施工机械设备群远程监控管理系统.doc

施工机械设备群远程监控管理系统.doc

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施工机械设备群远程监控管理系统

中铁工程机械研究设计院

容毅

一、概述

铁路施工特别是架桥机作业过程被认为是一个极易出事故的领域，通过对近年以来发

生的多次架桥机事故统计分析可以把事故原因归结为以下几方面。

1．施工管理原因

若工程施工单位未严格按照《铁路路基施工规范》和《铁路架桥机架梁规则》施工，有可能增大事故发生的几率。

此外某些施工企业职工责任心、技术水平、外聘民工素质有待提高，还有部分单位抓制度落实不够，瞎指挥，乱操作，无视施工环境影响、不按标准化施工生产、为赶工期往往省略有关安全措施等等。

有些施工人员在施工过程中为图快、图省事而违章作业，把一些必要的工序或安全措施予以省略，明知有隐患还还抱侥幸心理等。

2．设备自身及维护保养原因

　　架桥机是一种工作在野外恶劣环境、高度机动、维护保养难以规范、现场管理困难的大型复杂设备。

其机体长、自重大、轴重大、重心仍较高，且作业工序多，其中某个关键部位运转失灵或某个关键工序操作失误就可能导致架桥机的重大事故。

而且结构本身没有防护装置，一旦发现架桥机倾斜后，毫无办法，只能眼看着其倾覆。

国家质检总局与国家安全监管总局联合制定了《大型起重机械安装安全监控管理系统实施方案》，坚持“以人为本，安全发展”的原则和“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，应用观代物联网信息管理技术，以生产单位和使用单位为主体，提高大型起重机械本质安全性能，促进产品升级换代，防范事故发生，保障从业人员和公众的生命安全。

质监部门会同安监部门等相关部门对经确定的产和使用单位各选择1至2台新制造和1至2台在用的大型起重机械，在单机上安装安全监控管理系统，通过监视、控制、管理等手段，实观操作安全控制、危险临界报警、现场实时显示和数据记录保存等功能，同时达到运用视频和音频技术实时显示和记录工作状态、事后回放的功效。

在此基础上，在有条件的单位可根据具体情况和工作需要，进一步实现远程传输、远程监控、远程管理、远程服务，数据、视频和音频查询，数据、视频和音频统计与分析等功能，逐步建立基于物联网技术的起重机械安全监控管理的局域监控平台和远程监控平台。

二、系统简介

该系统是是一种基于Internet技术、面向工程施工安全管理的远程监控管理平台。

系统能够实时准确、生动形象、真实全面地反映广域网内监控对象的即时工况。

可随时再现设备不同时段的关键数据库，提供可追溯的客观历史记录，还可以通过远程操控及语音等手段对现场设备施工进行管理干预。

系统由企业集团级、现场项目级及现场设备级等三层网络组成（见下图）。

可对全国范围内的多个施工工地同时进行远程安全监控管理，每个工地由任意不同设备组成的设备群作为控制对象。

该系统为大型工程设备的现场施工提供了一种全新的安全监管手段。

本系统最大特点是不受环境影响，可在电信、手机信号覆盖不到的地方应用。

也可通过广域网传送实时图像信号，具有良好的实时性。

总部级

LAN

现场设备级平台负责把特定一台运架设备的所有监控管理数据处理打包后传送到项目部级设备平台，并接收项目部级及总部级下传的控制信号，完成远程停机等控制功能。

现场所有设备与瘦服务器组成项目部级实时控制WLAN，它能掌握各设备的运行状态（实时图像和数据），对设备之间的安全运行状态进行监控，对所监控的设备进行数据记录、打包并通过有线或无线宽带入网发送到上级平台。

集团总部级平台对各工地设备群进行远程集中监控管理，可实时掌握各项目部所有设备的运行状态（实时图像和数据），也可对单台设备进行监控，并能与项目部级平台进行语音通话，对所有设备运行数据进行保存。

同时在远程监控中心形成集团级安全运行数据库。

三、应用案例

下面通过一个实例来阐述本系统功能。

为某大型企业集团（如工程局等）设计的《施工机械设备群远程监控管理系统》；

㈠项目分析

工程局管辖内各项目部地理位置分散在全国各地，生产作业流动性大，野外施工环境恶劣。

同时，大型工程设备数量众多，新员工、外聘民工亦占相当比例。

如何能及时掌握工程设

备的生产状态信息，对其安全状况进行实时评估及监管，成为提高施工工程安全生产率的

关键。

以往单纯依靠手工现场收集数据的方式不仅不能满足铁路建设的生产需要，而且成

为制约企业快速发展的瓶径。

目前远程监控已经在很多领域有比较广泛成熟的应用，利用《施工机械设备群远程监控

管理系统》，可以大大地提高铁路建设的安全生产效率和信息化管理水平。

系统总体框架如下：

《施工机械设备群远程监控管理系统》有别于传统监控系统，除了对所有工地设备群的硬件部分进行全面监控与数据库记录备案以外，还突出了部分管理功能，所以称监控管理系统。

具体体现在以下几个方面：

⒈提供监管窗口；方便上级安全部门主管通过本系统直接监督全国各地所属施工工地。

随时掌握各工地情况，及时处理。

⒉与现场进行语音交流；宏观统筹。

⒊必要时直接对现场实施干预停机手段。

⒋安全数据实时分析、在线决策判断。

⒌配备故障报警短信自动编辑、自动群发功能。

⒍集团行政主管不论身处国内那个地方，都可以通过便携电脑终端（也可特殊定制智能手机终端）随时进入本系统来掌控全局，实施指挥。

㈡总部级平台

在现场级、项目部级和总部级三级网络结构中，总部级网络平台处于最顶端，企业集团所有施工中的设备数据都汇总到这里。

总部级平台一般设在专用的监控控制指挥中心，由远程集中监控终端服务器对各施工现场的数据进一步处理，并在监控终端大屏幕上实时模拟各现场设备的施工状况；监控终端可以与各现场终端交换数据，也可对现场终端发出专用指令，进行语音交流。

根据现场设备级平台的配置情况，显示运架设备现场施工的实时视频图像或模拟的实景动画。

总部级设备主要包括：

⒈终端服务器；数据及数据库处理中心，同时负责网络信息发布。

终端服务器在中心路由器之后，各施工现场的数据进一步处理，并负责在监控终端大屏幕上实时模拟各现场设备的施工状况；监控终端可以与各现场设备平台进行数据交流，也可对现场设备控制器发出专用指令，实现总部级与现场级安全监控；同时在远程监控终端形成完整的总部级安全运行数据库。

⒉大屏幕显示器；中心控制室显示终端。

大屏幕显示器是最终的显示终端，管理人员主要通过它了解现场设备的情况。

采用大屏幕能逼真的模拟现场设备的动作状态及各项运行参数，有身临其境的效果。

可以帮助指挥管理人员全面直观的把握现场设备的安全状况，从而高效合理的安排决策，极大提高设备的使用效率。

⒊数据库：

数据存储时间不应少于30个工作日。

（国家标准）

⒋局机关内部局域网授权终端；

⒌远程维护中心、工程局上级主管、国家监管部门等广域网授权终端；

⒍网授权终端用户可同步观看终端服务器的所有信息，而且每个终端可独立选择所需页面，并不受限制。

⒎网授权终端总数标配为10点。

可根据实际需要增减。

⒏故障报警短信自动编辑、自动群发模块。

⒐中心路由器；整个监控系统网络传输的关键节点。

中心路由器是总部级设备平台的核心，所有项目部的路由设备通过互联网与中心路由器建立连接，建立加密传输的数据通道组成总部级网络。

各项目部网络是总部级网络的子网，项目部路由设备都是总部级网络的一个远程站点。

中心路由器是整个大型监控系统网络传输的关键节点，需要大吞吐量的数据传输处理才能保证总部级网络的正常运行，必须选择专用的企业级设备才能保证性能。

㈢项目级及现场设备级平台

该工程局要利用本系统对麾下三个工地联网进行监控管理，根据工地设备分布现状，按照系统三层网络架构。

三个工地级系统分别设计为：

（三个工地的现场设备级平台结构基本类似；如下图所示）

⒈项目部一（以山西清徐工地为例）：

项目现场所有施工设备与项目部终端平台组成项目部级WLAN；对管辖范围内设备数据进行分析整理和记录。

根据分析的数据结果和安全规范标准的要求，在现场设备处于危险工况或运行参数异常时报警，提醒有关项目管理人员及时处置。

在项目部级监控终端形成完整的项目部安全运行数据库。

架桥机

提梁机

搬运机

运梁车

其他设备

Internet

项目级人机界面

瘦服务器

项目级平台

主要设备包括：

①项目部终端瘦服务器；是项目部级设备平台的核心，所有项目部管辖的施工机械设备的运行参数、现场图像都汇总到服务器上。

现场设备数据的分析处理都在服务器上完成，并在服务器的显示屏上以各种图形符号和图表显示，同时在服务器上建立项目部级安全运行数据库。

项目部瘦服务器采用工业级计算机，具有体积小功耗低的特点，采用了防尘防潮防静电等防护措施，可以长时间稳定运行，满足项目部瘦服务器较为苛刻的性能要求。

②控制传输节点设备；项目部级网络的核心节点设备，现场级子网通过它组成项目部级网络，所有的现场控制传输设备都是项目部级网络的一个远程站点。

控制传输节点设备与项目部瘦服务器连接，现场设备所有上传的数据都通过它进入服务器处理。

③有线/无线路由设备；负责将项目部瘦服务器处理的整个项目部设备数据上传至总部。

根据项目部所在地域的Internet建设情况，可采用有线或者无线3G方式接入互联网。

选择带有加密协议的有线/无线路由器等通讯设备，与总部核心路由器建立可靠的加密传输通道，最大限度保证在互联网上数据传输的安全。

④通讯天线（室内、室外）；采用信号增益高的室外天线。

天线的架设应根据现场和项目部地势选择合理的位置。

⑤项目部级人机界面；显示的是同一施工工地的设备。

项目部实时/模拟监控画面采用多画面分割，在屏幕上形成不同子画面监控显示区域。

⒉项目部二（以山西劲松工地为例）：

项目部二与项目部一明显的差别是劲松工地要少一台提梁机，所以为了节省成本，直接采用其中一台设备加以改进后兼作现场服务器用，该项目部可以通过申请网络发布终端的方式观看画面。

其它部分构造与项目部一基本相同。

架桥机

运梁车

其他设备

Internet

（瘦服务器）

搬运机

⒊项目部三（JQ165架桥机工地）：

这一部分比较特殊，由于JQ165架桥机这类架桥机缺少安全保护装置，所以要进行远程监控管理，必须先要符合最新《起重机械安全监控管理系统》国家强制标准。

可先安装PJJK-1型架桥机安全监控装置（参见该装置说明书），直接就可很方便地接入行远程监控管理系统。

⒋项目部四（PG28铺轨机工地）：

情况与JQ165架桥机完全一样，解决方案也完全一样。

四、施工机械设备群远程监控管理系统的主要技术参数：

名称

技术指标

工作电压

电压输入为AC220V；DC24V

现场设备级

ModBus/RTU或其它标准通讯协议

协议转换通信接口；

传感器层ZigBee网；

数据传输速率不低于19.2Kbps；

数据采集部分精度3.0％；

工作温度：

-25～+70℃。

；

系统通讯误码率不大于1.5％；

现场项目部级

基于私有协议的实时控制WLAN组网

项目部级数据库；

项目部级图形终端；（可选）

现场可控施工设备类型不限，数量为1~255台

数据传输速率不低于512kbps；（可传送实时图像）

有线Internet、3G、GPRS、CDMA或性能更优越的通讯形式

工作温度：

-25～+70℃。

；

载波功率

0.1～5W（20～37DB）

27db

传输距离

24KM

采用定向天线和中继可提高距离

工作频率

336～344MHZ

338MHZ

传输速率

512kbps（max）

可传输图像

启动时间

10s

7s～30s

企业集团级

全国范围内工地数量不限；

能同时显示各个工地施工设备的模拟动态工作过程；

每一种监测参数以图形报表形式显示；

实时图像与动态模拟交替显示；

监控管理终端具有自动流量管理功能，可择时传送实时图像；

可通过监控管理终端对任一现场实施停机控制；

监控管理数据的高效长期存储、海量查询；（可存储一年的全部数据）

可通过本地局域网和VPN广域网同时发布图文信息；

网络发布客户端数量；10个（标配）

装置可设定自动向指定的手机群发送警报信息。

远程故障诊断；

远程设备维护；

工作温度：

-5～+50℃；

系统的标准配置

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