一、起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

根據(jù)國家標準“起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)”（GB/T28264—2017）的明確規(guī)定，起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)由信息采集單元、信息處理單元、控制輸出單元、信息存儲單元、信息顯示單元、信息導出接口單元、遠程傳輸單元和遠程檢測中心等構成。港口起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)設計方案應包括以下內(nèi)容：

實時數(shù)據(jù)采集：通過傳感器、攝像頭等設備，實時采集起重機械的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，如起重量、工作幅度、回轉(zhuǎn)角度等。

異常檢測與預警：根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，實時判斷起重機械的工作狀態(tài)是否正常，如出現(xiàn)異常情況，及時發(fā)出預警信號，并記錄異常信息。

歷史數(shù)據(jù)分析：記錄起重機械的工作數(shù)據(jù)，并進行分析，以發(fā)現(xiàn)設備的工作規(guī)律和潛在問題，為設備的維護和安全管理提供支持。

遠程監(jiān)控：通過無線網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)，將起重機械的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和異常信息實時傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心，使管理人員能夠遠程監(jiān)控設備的運行狀態(tài)。

數(shù)據(jù)存儲與備份：對采集的數(shù)據(jù)進行本地存儲和備份，確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

系統(tǒng)集成：將起重機械的安全監(jiān)控系統(tǒng)與港口的其他管理系統(tǒng)進行集成，如設備維護管理系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)等，以提高整體管理效率和安全性。

為了實現(xiàn)該設計方案，可以利用現(xiàn)有的信息技術和網(wǎng)絡技術，建立一套遠程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測重機械設備的操作規(guī)范和現(xiàn)場環(huán)境，以及及時發(fā)現(xiàn)并解決安全問題。同時，通過應用人工智能和其他數(shù)字化手段，輔助管理人員對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行全天候監(jiān)控，并及時發(fā)出預警信息。此外，該系統(tǒng)還提供精確查詢和匯總統(tǒng)計監(jiān)控數(shù)據(jù)的功能。

二、起重機械穩(wěn)定性分析

起重機械的穩(wěn)定性分析主要涉及兩個關鍵方面：

（1）抗傾覆穩(wěn)定性：指起重機在受外部載荷和自重的共同作用下，保持穩(wěn)定并抵抗傾覆的能力。由于起重機的重心較高、工作半徑較大、支撐輪廓較小，因此需要進行抗傾覆穩(wěn)定性計算，以確保起重機具備足夠的抗傾覆穩(wěn)定性。在進行抗傾覆穩(wěn)定性校核時，通?？梢圆捎?種方法：力矩法、穩(wěn)定系數(shù)法以及根據(jù)臨界傾覆載荷標定額定起重量法。

（2）行駛穩(wěn)定性：車輛的穩(wěn)定性分為縱向和橫向兩個方面?？v向穩(wěn)定性主要是指當汽車行駛在坡度較大的路面時，起重機爬坡時可能會出現(xiàn)前輪失去輪胎對地面的接觸，導致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失去控制，或者車輛無法成功上爬而出現(xiàn)打滑的情況。橫向穩(wěn)定性則是指汽車在轉(zhuǎn)彎時，若速度過快，容易導致翻車，并且可能發(fā)生橫向滑動的情況。

三、起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)主要考慮以下幾個方面。

硬件構成：包括各種傳感器、監(jiān)控器、處理器等硬件設備的選擇和設計。這些設備應該能夠準確、實時地采集和傳輸起重機的各種狀態(tài)信息，如起升高度、載荷重量、回轉(zhuǎn)角度等。同時，還需要考慮如何將這些信息整合在一起，以便進行更高效的數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控。起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成主要由以下幾部分構成：核心設備，承擔處理和存儲所有采集數(shù)據(jù)的任務，并負責執(zhí)行控制指令。

顯示屏是起重機與人員進行交互的接口，可以展示不同的監(jiān)測參數(shù)和警報信息。攝像頭則用于監(jiān)控起重機的工作狀態(tài)，為安全監(jiān)控系統(tǒng)提供視頻信息。風速儀則起到測量和監(jiān)控環(huán)境風速的作用，對那些在風力較強的露天工作中運行的起重機尤為關鍵。同時，起重量傳感器和起重力矩傳感器也起到測量和監(jiān)控起重機的起重量和起重力矩的作用，以防止超載和力矩過大；起重機使用的各種傳感器有以下作用：高度傳感器用來測量和監(jiān)控起重機的工作高度；速度傳感器用來測量和監(jiān)控起重機的運動速度；傾斜傳感器用來測量和監(jiān)控起重機的傾斜角度；防碰撞傳感器用來防止起重機與其他物體發(fā)生碰撞；回轉(zhuǎn)角度傳感器用來測量和監(jiān)控起重機的回轉(zhuǎn)角度；水平度傳感器用來測量和監(jiān)控起重機的工作平臺的水平度。

這些傳感器和設備是安全監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵組成部分，能夠獲取涉及起重機運行安全的多種關鍵參數(shù)。經(jīng)過主機處理后，可以通過顯示屏等方式實現(xiàn)對起重機的實時安全監(jiān)控，以確保安全。

軟件簡介：針對起重機的特定應用，需要開發(fā)相應的軟件系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷等任務。軟件系統(tǒng)應能夠根據(jù)起重機的實際運行狀態(tài)和各種傳感器數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)處理，同時還要能夠進行有效的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，包括對異常數(shù)據(jù)的警報、對故障部位的精確定位等。

與其他系統(tǒng)的集成：起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)還要考慮與其他的系統(tǒng)（如管理信息系統(tǒng)、作業(yè)控制系統(tǒng)等）進行集成，實現(xiàn)信息的共享和協(xié)同工作。這樣可以更有效地提高起重機械的安全性、效率和可靠性。

四、起重機械遠程控制技術

起重機械利用遙控技術使操作人員能夠在較遠的位置控制操作臺。這種技術基于實時監(jiān)控，操作人員可以隨時隨地觀看畫面和聽到聲音，以便靈活操作控制桿。除了在不同小范圍空間內(nèi)使用遠程控制技術，遠程控制起重機械也可以在異地進行。操作人員可以使用多種方法對起重機進行操控，包括手動、半自動和全自動等方式。這對操作人員的技術要求較高。遠程控制技術可以在一定程度上減輕勞動人員的壓力，同時減少人力成本。

五、起重機械遠程控制技術現(xiàn)狀

（一）物理隔離和身份認證不足，人機互認不到位

目前，現(xiàn)有的起重機械遠程控制技術還存在一些不足之處。例如，物理隔離和身份驗證的不完善可能導致人機互認精度不高的問題。在遠程控制過程中，如果操作人員沒有足夠的權限來全面控制機械設備，那么在出現(xiàn)危險情況時，操作人員將無法憑借其技術來解決這些危險。這對在現(xiàn)場工作的人員來說，存在著嚴重的安全隱患。與此同時，由于機械受限于權力，操作人員無法全面了解機械的狀況，因此可能在操作過程中出現(xiàn)不清楚機械目前狀態(tài)的情況，從而引發(fā)潛在的失誤。

（二）控制信號遠程傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃圆蛔?/p>

對起重機械的遠程控制而言，安全和穩(wěn)定的控制信號至關重要。然而，在當前的發(fā)展過程中，許多技術都存在一定的缺陷。在控制信號的遠程傳輸過程中，安全性和可靠性方面仍然存在不足。由于天氣或電力等影響，控制信號的傳輸可能會中斷或不流暢，這對信號的傳輸安全性和可靠性提出了巨大的挑戰(zhàn)。若信號在傳輸中間出現(xiàn)中斷或傳輸不暢，將會影響起重機械正常工作，甚至引發(fā)事故，對財物和人身安全造成嚴重損失。

（三）替代隨車控制的狀態(tài)感知能力不全面，風險防護措施不充分

起重機械的運轉(zhuǎn)依賴于操作人員對其各項功能的熟悉程度。如果操作人員能夠?qū)崟r掌控起重機械，那么問題不大。然而，若采用遠程技術對起重機械進行控制，情況可能會有所不同，替代隨車控制狀態(tài)感知能力欠缺的問題可能會出現(xiàn)，導致操作員難以實時了解起重機械的運行狀態(tài)，進而無法有效規(guī)避風險并采取充分的風險防護措施。一旦發(fā)生這種情況，將給整個項目帶來巨大的損失。同時，遠程控制起重機械時，會遇到各種問題，對操作人員的應急反應和專業(yè)素質(zhì)提出了考驗。

六、遠程控制技術設計過程中應當考慮的影響因素

（一）系統(tǒng)和設備的影響

首先，在遠程控制系統(tǒng)的設計中，應考慮防止?jié)撛诘奈ｋU事件的發(fā)生，并確保系統(tǒng)能夠經(jīng)受住一定的操作壓力和外部干擾。這樣可以避免由系統(tǒng)硬件和軟件故障所引發(fā)的危險情況，以及邏輯錯誤和人為操作失誤導致的危險隱患。其次，在遠程控制過程中，需要通過有線、無線或網(wǎng)絡等方式對操縱臺、移動設備和計算機等設備進行遠程登錄和控制。另外，還需考慮身份驗證、口令保護、權限管理等功能，以確保能夠準確識別用戶身份并分配適當?shù)脑L問權限，從而有效地防止未授權操作。同時，需避免意外啟動。當控制系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時，可能會出現(xiàn)危險情況，因此必須對控制系統(tǒng)參數(shù)進行控制，當發(fā)出停機命令后，如不能阻止停機，保護裝置應立即執(zhí)行停機命令。

（二）其他情況影響

首先，需要確保動力源異常時不會產(chǎn)生危險情況。如果存在多個控制位置的情況，必須將其中一個指定為控制位置，而不能使用其他控制位置，但停機控制和急?？刂瞥狻Ｆ浯?，在遠程正常停機時，停機控制必須具有優(yōu)先啟動控制的屬性。另外，在選擇遠程控制模式時，控制模式設計應優(yōu)先考慮急停之外的其他所有控制手段。為了有效預防可能發(fā)生的危險操作，遠程控制起重機械應配置自動立即停止裝置。例如，當設備失去控制或出現(xiàn)安全部件錯誤等情況時，或者操作人員或自動控制系統(tǒng)無法獲取起重機的狀態(tài)、位置等相關信息時，如果起重機不在操作人員的視野范圍內(nèi)，應立即啟動自動停機功能。

七、起重機械遠程控制技術的設計原則

（一）防止危險發(fā)生的能力

起重機械遠程控制技術必須具備預防危險的能力。因為與現(xiàn)場操控相比，遠程控制技術更依賴操作人員的專業(yè)素養(yǎng)和應急響應能力，同時也須為操作人員和機器本身提供安全保護。當遭遇危險情況時，該技術應能啟動緊急機制。此外，遠程控制技術還須實時監(jiān)測機器狀態(tài)，并驗證操作員指令的合理性，以確保機器和作業(yè)現(xiàn)場的安全。在操作人員未完全掌握遠程控制技術之前，應避免獨自執(zhí)行任務，以免造成起重機械不可逆的損壞。

（二）響應遠程操作能力

為了運用遠程操控技術，起重機械必須具備響應遠程操作的能力。然而，許多市面上的起重機械在安裝配備響應遠程操控所需的硬件設施和軟件設備時，并未經(jīng)過嚴格的產(chǎn)品質(zhì)量檢查，導致起重機械出廠后并沒有很強的響應遠程操作能力。在后續(xù)任務中，即使操作員下達正確指令，由于響應遠程操作能力不足，起重機仍可能無法按照操作員指令的質(zhì)量和數(shù)量進行執(zhí)行，這將嚴重影響項目的進展。因此，生產(chǎn)者應高度重視起重機的遠程操作響應能力。

（三）具備安全管理能力

無論使用何種技術，安全都是首要考慮因素，遠程控制技術在起重機械中亦然。遠程控制技術需具備安全管理功能，包括操作人員和起重機械的安全責任。對操作人員而言，合理、恰當?shù)牟僮骺商岣吖ぷ餍剩瑫r要時刻觀察操作環(huán)境，做出必要調(diào)整。針對起重機械的特點，考慮到其構架龐大、生產(chǎn)成本高以及損傷后的成本，操作人員必須通過遠程操控技術合理運用，以降低起重機械的損耗。

（四）具備異常應急能力

由于種種原因，操作人員也可能會犯錯誤，因此在遠程操控技術的發(fā)展過程中，應具備出色的緊急響應能力，以最大限度地保障操作人員和起重機械的安全。這項技術需要具備處理危險情況和預測能力，以幫助操作人員在關鍵時刻有效控制異常情況?？偟膩碚f，遠程控制技術的應急響應能力能夠最大限度地保護項目工作人員和相關設備，其重要性不言而喻。

八、結束語

在本研究中，我們對自動化安全控制系統(tǒng)、實時監(jiān)測和故障檢測以及控制策略優(yōu)化在起重機械操作中的重要作用進行了深入探討。這些創(chuàng)新技術為提升起重機械的安全性、可靠性和效率提供了強有力的手段。然而，我們也強調(diào)了確保操作成功和持續(xù)性的重要性，同時平衡安全性和效率。隨著技術不斷進步，起重機械行業(yè)將繼續(xù)從這些創(chuàng)新中受益，以應對日益提高的工業(yè)生產(chǎn)挑戰(zhàn)，并為未來制造業(yè)做出更大貢獻。