起重機(jī)貭于特殊設(shè)備，器械的老化和磨損對運(yùn)行 的安全性影響較大。由于起重機(jī)各主要部件的老化和 磨損程度一般可通過特定參數(shù)如SWP、BrSWP等數(shù)據(jù) 來反映，監(jiān)測以上參數(shù)，即可間接獲悉當(dāng)前起重機(jī)運(yùn)行 狀況、剩余使用時間（操作次數(shù)）等信息，依據(jù)這些信 息，操作人員可及時地進(jìn)行部件檢修和維護(hù)，從而有效 地防止事故發(fā)生。

現(xiàn)階段有線式、單一設(shè)備的起重機(jī)安全監(jiān)控器即 可在現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控起重機(jī)運(yùn)行情況。操作簡單，維護(hù) 方便，處理速度快，可靠性高，可以滿足小型起重機(jī)使 用場合的安全監(jiān)控和故障診斷需求[1]。但隨著生產(chǎn)規(guī) 模的逐漸增大，當(dāng)起重機(jī)數(shù)量多、操作現(xiàn)場面積較大時,操作者需要從一個整體的視角去觀察和比較所有 起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這種方法迫使操作者對每臺起重 機(jī)監(jiān)控器都要分別做出操作，效率就顯得低下了。

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things)是通過射頻識別 (RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信 息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連 接,進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟 蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)可以提高經(jīng)濟(jì)，大 大降低成本，其將廣泛用于智能交通、地防入侵、環(huán)境 保護(hù)、政府工作、公共安全、智能電網(wǎng)、智能家居、智能 消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護(hù)理、個人健康等多個領(lǐng)域。

在起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域引人物聯(lián)網(wǎng)的概念，將起 重機(jī)安全監(jiān)控技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，建立安全監(jiān) 控網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過上位機(jī)軟件完成對網(wǎng)絡(luò)中所有起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理，莊監(jiān)控的起重機(jī)較多時，方便操作者對所有起重機(jī)進(jìn)行 統(tǒng)一管理，提高了起重機(jī)維護(hù)的效率。同時，物聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)的引人可以為質(zhì)量監(jiān)管部門和起重機(jī)用戶提供良好的交流平臺，以方便政府有關(guān)部門進(jìn)^步完善起重機(jī) 行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步降低起重機(jī)事故發(fā)生幾率。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，起重機(jī)監(jiān)控 與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合將使起重機(jī)監(jiān)控上升到一個新的 層面，現(xiàn)在已有文獻(xiàn)提出使用GPRS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)起重 機(jī)運(yùn)行信息從現(xiàn)場級到遠(yuǎn)程監(jiān)控級的傳輸[M]。但由 于需要記錄的起重機(jī)運(yùn)行信息繁多，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較 大,這種依靠按流量計(jì)費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的方法會給 用戶增加一筆額外的費(fèi)用。文中給出了一種新的基于 Zigbee無線通信技術(shù)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng) 采用Zigbee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場起重機(jī)監(jiān)控器的 無線通信，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用低，并使用超幀調(diào)度算法，避 免了信標(biāo)幀沖突問題，保證了起重機(jī)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的通信 順暢,對起重機(jī)的安全監(jiān)控有一定的積極作用。

一、起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，操作者不僅需要在現(xiàn)場對起 重機(jī)進(jìn)行操作，還需要在遠(yuǎn)程了解起重機(jī)的運(yùn)行狀況， 對起重機(jī)信息進(jìn)行集中管理。因此文中采用一種三級 式的分布策略[51，如圖1所示。其主要由現(xiàn)場級監(jiān)控 層、用戶級監(jiān)控層、公司級監(jiān)控層三部分構(gòu)成，以滿足 不同用戶的差異性需求。

現(xiàn)場監(jiān)控級的主要功能是采集起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)并 將其傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。數(shù)據(jù)采集端通過GPS模塊實(shí)時 采集起重機(jī)的物理位置信息，并實(shí)時獲取起重機(jī)的上 升次數(shù)、SWP%、載重等工作狀態(tài)信息，利用Zigbee無 線通信模塊將所有數(shù)據(jù)匯集到中心節(jié)點(diǎn)，即Zigbee網(wǎng) 絡(luò)協(xié)調(diào)器。起重機(jī)現(xiàn)場安全管理人員可以通過無線手持設(shè)備訪問Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器來得到現(xiàn)場各設(shè)備的運(yùn)行信息。

局域監(jiān)控級，其主要功能是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)管理人員 的遠(yuǎn)程監(jiān)控，管理人員在電腦前即可實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)信 息的了解和行為的干涉。局域監(jiān)控站信息處理中心將 收到的起重機(jī)運(yùn)行信息進(jìn)行處理和儲存。局域監(jiān)控站 和壁掛式LCD顯示設(shè)備可通過路由訪問信息處理中 心得到現(xiàn)場起重機(jī)報(bào)警信息、工作狀態(tài)、工作時長等工 作狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)現(xiàn)場的實(shí)時掌控。

遠(yuǎn)程監(jiān)控級，監(jiān)控人員可以通過總公司監(jiān)控站觀 測各地起重機(jī)作業(yè)信息和和故障信息,根據(jù)所得信息 給各地起重機(jī)使用商提出指導(dǎo)性的意見，幫助起重機(jī) 使用商及時發(fā)現(xiàn)問題，避免起重機(jī)長時間怠工，提高工業(yè)生產(chǎn)綜合效益。同時,政府機(jī)關(guān)相關(guān)管理部門也可 以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控管理當(dāng)?shù)仄鹬貦C(jī)使用情況，規(guī)范起重 機(jī)的使用。

其中遠(yuǎn)程監(jiān)控級和局域監(jiān)控級之間通過Internet 相連接，局域監(jiān)控級和現(xiàn)場監(jiān)控級之間的連接方式根 據(jù)不同的工業(yè)現(xiàn)場情況可采用USB、RS232、RS485等不同的連接方式。局域監(jiān)控級用戶也可以通過手機(jī)接收現(xiàn)場監(jiān)控級 GSM模塊發(fā)送的短信實(shí)時掌握起重機(jī)運(yùn)行信息。

二、 Zigbee無線通信技術(shù)

Zigbee無線通信技術(shù)已經(jīng)在智能家居、醫(yī)療監(jiān)控 等多個遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用[61。在相同的技術(shù)環(huán) 境中,Zigbee的抗干擾能力要遠(yuǎn)強(qiáng)于藍(lán)牙和WLAN,可 用于起重機(jī)現(xiàn)場這種電磁干擾比較強(qiáng)的場所。并且它 采用2. 401^通信頻率，該頻段為全球統(tǒng)一無需申請 的ISM頻段，維護(hù)費(fèi)用低廉，可以在起重機(jī)現(xiàn)場大量 布置節(jié)點(diǎn)[7#]。

由于樹路由協(xié)議不需要路由表支持[11],數(shù)據(jù)包的 發(fā)送完全依賴于父子節(jié)點(diǎn)之間的連接，這種路由策略 很適合資源有限的Zigbee節(jié)點(diǎn)。所以采用樹形拓?fù)? 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示：

Zigbee使用分布式尋址方案來分配網(wǎng)絡(luò)地址。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器決定了每個節(jié)點(diǎn)最大孩子節(jié)點(diǎn)的個數(shù) (Cm)、每個節(jié)點(diǎn)最大的網(wǎng)絡(luò)深度（Z)m)以及每個節(jié)點(diǎn) 最大路由器的個數(shù)根據(jù)Cm,Z)m和Km可計(jì)算 出每個節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)剩余的地址空間Cskip。

(2)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器還定義了網(wǎng)絡(luò)的超幀結(jié)構(gòu)，即信標(biāo)的 順序（BO)和超幀的順序(S0),根據(jù)和SO可計(jì)算 出兩個重要的參數(shù)，信標(biāo)幀的間隔(B7)和超幀持續(xù)時 間（邪）在Zigbee樹族型網(wǎng)絡(luò)中，每一簇必須通過信標(biāo)幀 來同步，當(dāng)兩個路由節(jié)點(diǎn)是鄰居節(jié)點(diǎn)或擁有共同的鄰 居節(jié)點(diǎn)時，信標(biāo)_會分別發(fā)生直接信標(biāo)幀沖突和間接 信標(biāo)幀沖突[12]。采用超幀調(diào)度算法后，每個協(xié)調(diào)器的 超幀持續(xù)時間彼此沒有重疊，就不會發(fā)生 信標(biāo)峨之間以及信標(biāo)幀和數(shù)據(jù)幀之間的 沖突,避免了發(fā)生直接信標(biāo)幀沖突和間接 信標(biāo)幀沖突的問題。

三、數(shù)據(jù)采集端硬件構(gòu)成

圖1所示系統(tǒng)反映起重機(jī)運(yùn)行信息的數(shù)據(jù)都是由數(shù)據(jù)采集端給出的，因此數(shù) 據(jù)采集端對起重機(jī)運(yùn)行信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 采集和實(shí)時處理顯得非常重要。其硬件結(jié) 構(gòu)如圖4所示。這其中處理芯片采用MC9S12DG128。它包括四 路傳感器信號,分別來自重力傳感器、電流互感器、溫 度傳感器和濕度傳感器。從傳感器端出來的模擬信號 經(jīng)過信號放大電路和濾波電路傳送到CPU的AD 口， CPU對收到的信息進(jìn)行處理，在采集端顯示屏上顯示。 起重機(jī)的上升下降等信息作為開關(guān)量通過單片機(jī)的10 口進(jìn)人單片機(jī)。同時，數(shù)據(jù)采集單元通過CAN總 線與起重機(jī)的變頻器通信，獲取起重機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、電 機(jī)頻率等多種電機(jī)參數(shù)信息。信號采集端CPU對采 集到的信號進(jìn)行處理并通過RS232將數(shù)據(jù)發(fā)送給Zig-bee無線通信模塊，由Sgbee無線通信模塊將數(shù)據(jù)匯 集到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)并傳輸給局域控制站。并且， CPU還會根據(jù)采集到的信號判斷起重機(jī)安全信息，當(dāng)起重機(jī)出現(xiàn)故障時,CPU會通過RS232將故障代碼發(fā) 送到GSM通信模塊。

四、結(jié)束語

文中將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng) 中，使用Zigbee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)現(xiàn)場級的無 線通信，采用三級式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)滿足了不同用戶的差 異性需求，并在現(xiàn)場級和局域級之間給出三種不同的 通信方式來適應(yīng)不同的起重機(jī)作業(yè)現(xiàn)場，同時采用超 幀調(diào)度算法避免了節(jié)點(diǎn)之間的信標(biāo)幀沖突問題，確保 了合法用戶對起重機(jī)狀態(tài)的實(shí)時訪問,基本實(shí)現(xiàn)了起 重機(jī)安全管理的全面覆蓋。使用該系統(tǒng)可以有效地減少現(xiàn)場起重機(jī)故障給用戶帶來的怠工時間，提高工業(yè)生產(chǎn)效率，對起重機(jī)的安全管理具有深遠(yuǎn)意義，具有廣 闊的應(yīng)用前景。