隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，起重機(jī)被廣泛使用在各個(gè)領(lǐng)域。由于起重機(jī)運(yùn)行工況復(fù)雜，操作人員素質(zhì)良莠不齊，指揮信號(hào)無(wú)法滿足大型起重機(jī)要求，因此迫切需要建立一套安全監(jiān)控系統(tǒng)以滿足安全運(yùn)行的需要。起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)監(jiān)視、控制、管理等手段，實(shí)現(xiàn)操作安全控制、危險(xiǎn)臨界報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)記錄保存等功能。組態(tài)軟件是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制的專用軟件開發(fā)平臺(tái)，主要應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理層。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的不斷使用，組態(tài)軟件已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、企業(yè)信息化管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控的重要實(shí)現(xiàn)手段。

一、起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求

起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)要達(dá)到的總體設(shè)計(jì)要求如下：

（1）系統(tǒng)可靠性高

系統(tǒng)可靠性是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)槠鹬貦C(jī)屬于大型特種設(shè)備，其工作環(huán)境復(fù)雜多變且比較惡劣，起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須能適應(yīng)起重機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境，而起重機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中往往承擔(dān)重要作用，其機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備也都比較昂貴，所以必須避免出現(xiàn)由于監(jiān)控系統(tǒng)的自身故障，而導(dǎo)致系統(tǒng)損壞和引起起重機(jī)故障和事故等嚴(yán)重后果的情況發(fā)生，所以，系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首要考慮和最為重要的環(huán)節(jié)，包括系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、原理設(shè)計(jì)、元器件選型、系統(tǒng)裝配、軟件編程，系統(tǒng)調(diào)試，運(yùn)行等多方面都會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性，都需要綜合考慮。

（2）具備技術(shù)先進(jìn)性

起重機(jī)監(jiān)控技術(shù)采用了數(shù)據(jù)總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及多媒體控制技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，其硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和信息處理等方面都體現(xiàn)了技術(shù)先進(jìn)性。

（3）便于操作和使用

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)提供清晰的畫面圖形顯示，便于操作人員在短時(shí)間內(nèi)熟悉和掌握系統(tǒng)的操作和使用方法，降低對(duì)技術(shù)專業(yè)知識(shí)的要求，操作內(nèi)容盡量簡(jiǎn)單清晰，硬件系統(tǒng)的原基于組態(tài)軟件和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)潔明了，元器件排布和裝配必須合理，并配有清晰的信號(hào)指示，便于現(xiàn)場(chǎng)的維修和更換。

（4）系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可擴(kuò)展行，并具有可升級(jí)性，適用不同的起重機(jī)和不同的監(jiān)控需求，系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)中應(yīng)留有擴(kuò)展的接口，便于擴(kuò)展系統(tǒng)功能，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循規(guī)范化、模塊化的原則，程序語(yǔ)言清晰明了，具有方便的可升級(jí)操作選項(xiàng)。

（5）成本合理

由于起重機(jī)是廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，大部分的造價(jià)成本都不是很高，所以起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的成本要比較合理，在保證系統(tǒng)可靠性和功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量降低系統(tǒng)的造價(jià)成本，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求，使產(chǎn)品更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

二、起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和處理單元和監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)兩個(gè)部分（如需實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能可添加無(wú)線通訊模塊）。數(shù)據(jù)采集和處理單元通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線采集現(xiàn)場(chǎng)傳感器的數(shù)據(jù)，包括開關(guān)量、模擬量以及報(bào)警故障信息等，并將信息處理后發(fā)給監(jiān)控主機(jī)。起重機(jī)監(jiān)控主機(jī)運(yùn)行監(jiān)控軟件，通過(guò)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)友好的人機(jī)界面，顯示起重機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及故障信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)回放、數(shù)據(jù)分析以及故障報(bào)警等功能。

三、硬件總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)采集和處理單元（PLC）和監(jiān)控主機(jī)（工控機(jī)）組成（如下圖所示），其中數(shù)據(jù)采集和處理單元與起重機(jī)控制系統(tǒng)之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，數(shù)據(jù)采集和處理單元和監(jiān)控主機(jī)之間采用OPC數(shù)據(jù)通訊方式。其中，數(shù)據(jù)采集和處理單元可通過(guò)擴(kuò)展RS485通訊模塊實(shí)現(xiàn)與無(wú)線通訊單元的數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

四、起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)門式起重機(jī)工作情況的監(jiān)控，包括起重量監(jiān)控、起升高度監(jiān)控、運(yùn)行行程監(jiān)控、門限位監(jiān)控、機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)行連鎖監(jiān)控、運(yùn)行機(jī)構(gòu)安全距離監(jiān)控、超速保護(hù)監(jiān)控、操作指令監(jiān)控、工作時(shí)間監(jiān)控、視頻監(jiān)控、風(fēng)速監(jiān)控、電機(jī)監(jiān)控等，以及各機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)的動(dòng)作狀態(tài)，系統(tǒng)故障的報(bào)警信息和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)，起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的總體功能設(shè)計(jì)框圖如下圖所示。

基于組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合了數(shù)據(jù)總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及多媒體控制技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，PLC控制系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線采集起重機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)的各種傳感器數(shù)據(jù)和信息；監(jiān)控主機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的圖形動(dòng)態(tài)化監(jiān)控、故障報(bào)警跟蹤、數(shù)據(jù)歷史記錄及查詢、數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線分析、運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和視頻監(jiān)控等功能，從而大大提高了設(shè)備維護(hù)和管理效率，縮短設(shè)備停機(jī)時(shí)間。