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Apr 04,2018

起重机智慧管理平台 ——让起重机也有智慧


一、项目概述
1. 项目背景
为贯彻落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》和《促进大数据发展行动纲要》,加快实施国家大数据战略,推动大数据产业健康快速发展,工信部编制了《大数据产业发展规划(2016-2020年)》针对规划结合起重机在必威体育、建筑业和港口运输等方面有着不可替代的作用,起重机的安全生产和正常运行的要求更加严格。起重机属于特种设备,国家规范管理的重大危险源,纳入特种设备安全管理法,是设备管理的重中之重。全国范围内每年起重机事故近500起,造成的直接经济损失数十亿元。每年有数十万台起重机因管理不善,造成故障甚至报废。在现行的管理模式下,缺乏确实有效的起重机管理工具,需要对起重设备进行“全生命周期管理”为此,由中国联通,大连理工大学,大连久鹏电子联合研制开发的起重机智慧管理系统让起重机智慧起来。
2. 项目概况
该起重机智慧管理系统应用对象包括:桥式起重机、门式起重机、流动式起重机、塔式起重机、门座起重机、缆索起重机、桅杆起重机、架桥机、升船机、施工升降机,是严格依据GB/T 28264-2012《起重机械安全监控管理系统》、TSG Q7015–2016《起重机械定期检验规则》、TSG Q7016-2016《起重机械安装改造重大维修监督检验规则》、GB12602-2009《起重机机械超载保护装置安全技术规范》成功开发的起重机械智慧管理系统。独创的物联网、“云”计算的设计理念使该产品处于业内绝对领先地位。其主要技术特点:平台云端化、用户多样化、系统开放化、硬件数字化、摄像自动化、图像同步化、保养便捷化。
3. 项目目标
随着系统的不断升级最终将把起重机智慧管理系统打造成为一个集安全监控、设备维护保养、备品备件、寿命评估、专家诊断为一体的全国性起重机综合服务平台。通过起重机全生命周期的管理,最终建立中国首个起重机行业产业联盟。


二、项目实施概述
目前,起重机行业存在设备档案普遍缺失而且更新不及时,采购或租用的设备存在着品质风险,零配件供应混乱,质量参差不齐,设备维修、保养、检测未有效落实,设备状态及使用过程的信息不透明,健康状况不能预知,存在安全隐患,缺乏数据支撑,无法有效管理决策等问题,只有有效利用移动互联网、云计算、大数据、物联网等新的信息技术,才能对起重机进行全面监管,避免事故。通过本项目的开发,可实现设备信息实时监控,对行业不同用户提供差异化的信息服务,从而使设备质量和使用过程可控性提高70%,人员、财产安全性提高50%,管理效率提高20%。
1. 项目总体架构和主要内容
起重机智慧管理平台搭建在联通“沃云”上,采用了分布存储、集中管理的系统架构,实现多用户差异化信息服务,满足起重机监管部门和使用单位对设备的监管需要;并且平台接口开放,可对接市场上不同品牌硬件产品,通过一键获取现场存储的数据,实现数据、视频、3D动画同步回放,实现完全掌握设备运行状态;根据平台大数据,结合专家常识实现起重机寿命评估、故障诊断,消除安全隐患,为设备保驾护航。可向客户提供电脑版和手机版两种类型平台,其架构如图1所示:

图1 起重机智慧管理平台总体架构
2. 平台主要功能
2.1整体统计功能
主要实现对指定企业或指定区域的特种设备运行状态进行宏观统计,便于掌握所有设备整体运行情况。

图2 起重机智慧管理平台整体统计功能
 
2.2公告管理功能
主要实现对公告信息、荣誉信息和曝光信息的发布、浏览和管理。

图3起重机智慧管理平台公告管理功能
 
2.3实时监控功能
主要实现设备运行状态的实时监控,包括运行数据、报警数据、视频图像、安装位置等信息,并通过3D仿真的形式对设备的运行状态进行直观展示。


图4 起重机智慧管理平台实时监控功能
 
2.4历史查询功能
对历史的违章数据、故障数据、报警数据、工作循环数据、视频数据和100ms的历史数据进行查询和同步回放。实现远程一键调取现场100ms历史数据,并对数据进行3D仿真,同时结合历史视频图像,进行直观的历史状态还原。

图5 起重机智慧管理平台历史查询功能
 
2.5数据分析功能
对工作等级、异常数据、传感器故障等数据进行统计和分析,并结合行业专家,实现专家诊断。

图6 起重机智慧管理平台数据分析功能
 
2.6企业管理功能
满足各种行业内相关单位的管理需要,对不同类型企业、不同类型工作人员提供个性化功能。

图7起重机智慧管理平台企业管理功能
 
2.8移动终端管理
通过手机、平板等移动设备,在任何时间任何地点都可对系统的整体运行数据以及单台塔机的运行情况进行全面监控,使管理变得更加的简单、便捷。



图8 起重机智慧管理平台移动终端界面
 
3. 网络互联架构

图9起重机智慧管理平台网络互联架构
 
3.1基本特点
高可用性、高扩展性、高实时性、高安全性。
3.2弹性云计算
根据平台不断变化的服务架构、业务体量和业务需求,快速提供动态、灵活、弹性、虚拟、共享和高效的计算资源服务。
4. 数据架构和应用

图10起重机智慧管理平台数据架构和应用
 
平台数据分三层结构实现:
1)数据存储层
平台采用双数据库实现方案,高速数据库主要用于高速的实时数据展示,存储数据库主要用于存储大量设备运行数据以及数据挖掘分析后的结果。
2)数据逻辑层
采用WebService为数据核心,同时向外辐射和扩展多个WebService为不同应用提供数据支撑。
3)数据展示层
平台展示层相当于数据的展示皮肤,仅仅将不同的数据展示出来即可。展示层目前提供网页端、安卓端、苹果端三大类主流App应用服务方式为客户提供便捷的使用体验。
5.安全及可靠性
4.1基础网络安全
采用可信网络连接机制,对检验连接到通信网络的设备进行可信,以防止非法接入用户。基础网络安全可以实现随着业务发展需要,灵活的制定安全策略、入侵防御、流量监管、负载均衡等安全功能,实现业务和网络安全高度融合。
4.2业务安全性
通过划分云安全区域边界,进行边界访问控制、包过滤及安全审计及完整性保护,可有效保障平台服务的安全性。
4.3数据安全性
针对核心的数据安全性问题,大家提供异地灾备、数据服务冗余及数据访问的安全审计等多种应对方案,以保障数据的可用性及安全性。
4.4数据传输安全性
平台与设备通过TCP的加密私有协议进行通讯,第一保证网络稳定、第二保证数据不会被监听而盗用。平台内部通讯均采用加密的数据结构以及固定IP、服务号、校验位等手段防止其他外围的监听盗用。同时也保证了内部通讯的稳定性和可靠性。
6. 智慧管理终端
新一代全数字式起重机智慧管理终端是集微处理器技术,数字通信技术,数字传感器技术,智能分析技术等多种高新技术为一体的新型高科技产品,产品的主要技术特点:标准化、通用化、数字化、网络化、高精度、结构紧凑、高稳定性、高可靠性、自校准、系统的适应性强、性价比更好。是新形势下起重机应用提高安全保障,预防重大安全事故,实现远程管理的必备产品,亦是模拟式起重机安全监理系统的更新替代产品,是当前各主管部门提高监管效率,降低监管成本,提高监管覆盖率切实有效的监管手段。
1、主要功能:
l   监控项目:可对吊钩高度、小车行程、环境风速、实时吊重、大臂转角、塔身倾斜 、力矩、视频等数据进行监控。
l   数据记录:以100ms为间隔储存3个月的数据 ,满足GBT28264标准。
l   数据显示:通过主机上的显示屏,实时显示监控的数据,以便司机随时了解塔机的工作状态
l   制动控制:当塔机各项监控数据达到预设值时,系统自动控制各路输出,只允许塔机向安全方向运动。
l   远程监控:利用3G/4G网络技术和完善的远程监控管理平台,实现远程在线管理监控。
l   传感器自校准:利用数字式传感器的自校准功能可实现塔机运行中的自校准保证安全装置运行可靠。
l   视频监控:实现对塔机吊钩的实时监控,本地保存7天以上历史图像。
 
2、技术特点:
1)   高精度:所有传感器都为0.3级传感器,保证数据准确。拉力、幅度综合误差2%以内。
2)   数字化:所有传感器为数字传感器、避免传输过程中干扰。力矩综合误差在3%以内。
3)   高实时性:采样速度100ms,数据保存速度100ms。数据保存时间3个月以上。
4)   网络化:设备之间采用以太网和4G网络传输,实时性强、扩展性强、可传输视频。
5)   视频集成:视频可自动追踪吊钩,视频保存时间120小时以上。
6)   自校准:系统可自校准,避免运行过程中产生累积误差。
 
以上特点保证了系统的高精度,高速度和视频管理功能,完全满足GBT28264标准。由于采用以太网结构,使系统具有极大的扩展性,为行业发展预留升级空间。
 

三、下一步实施计划
打通整个起重设备数据服务,全面实现起重机“智慧管理”


四、项目创新点和实施效果
1. 项目先进性及创新点
GB/T 28264-2012《起重机械安全监控管理系统》中明确提出了数据的采集和存储的时间周期为100ms,目前市场上没有能够满足这个要求的产品,为了达到产品能够全面满足国家的标准,经过半年坚持不懈的努力成功开发TC核心板。
1.2采集模块
采集模块采用并行方式同时读取多个传感器数据,可以完美对接市场上绝大部分的传感器。通过数据总线与MCU进行传感器读取命令和和传感器响应数据的交互,从而实现每100ms一次的高速采集频率。

传感器读取波形(周期为100ms 每个周期左为读取命令,右为响应数据)
1.3储存模块
数据储存方面,采用了独家的数据储存算法,并已申请专利。该算法通过对数据储存方式,寻址方式的优化,实现了对储存器的高度读写,以满足高效的数据储存及所需数据的快速读取。储存器的容量支撑扩展,通过对储存器容量的扩展,可以最多支撑长达360自然日的数据储存。
1.4通讯接口
本产品通讯接口,支撑以太网口,RS-485接口,RS-232接口,均可以实现对实时数据,报警数据及设备运行状态的监视。与数据中心的数据交互通过以太网口,采用TCP/IP协议,保证了数据的可靠性。数据上传速率和频率都可配置,适应不同的带宽和数据实时性的要求。
1.5 GPS模块
本产品配备GPS模块,一般条件下,均可实现快速的设备定位。并可以提供卫星授时功能,确保本产品与国际标准时间的同步。
2. 实施效果
经过18个月的规划开发,硬件产品顺利通过辽宁安科院检验,起重机智慧管理云平台及硬件产品多次和国家质检总局特种设备处、北京起重运输机械设计研究院、中国建筑科学研究院、浙江省特种设备检验研究院等国家管理部门及科研院所进行技术交流,得到了各位领导和专家的高度认可,并获得中国通信必威体育协会“2017中国物联网优秀解决方案奖”。经过近半年推广,目前已经有辽宁、江苏、河南、湖南四省的八个城市的500台起重机设备已接入我企业的起重机智慧管理系统平台,常州市安监站已把该平台作为本地建筑塔机安全监控管理的总平台,现场安全管理人员对手机APP中的报警管理和违章管理等功能给与了高度好评。
 

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