一、起重機(jī)械安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)”（GB/T28264—2017）的明確規(guī)定，起重機(jī)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(dǎo)出接口單元、遠(yuǎn)程傳輸單元和遠(yuǎn)程檢測中心等構(gòu)成。港口起重機(jī)械安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案應(yīng)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(shè)備，實時采集起重機(jī)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(yù)警：根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，實時判斷起重機(jī)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(yù)警信號，并記錄異常信息。

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

遠(yuǎn)程監(jiān)控：通過無線網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)，將起重機(jī)械的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和異常信息實時傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心，使管理人員能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)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(jìn)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(jī)械的安全監(jiān)控系統(tǒng)與港口的其他管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，如設(shè)備維護(hù)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(shè)計方案，可以利用現(xiàn)有的信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立一套遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測重機(jī)械設(shè)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(yīng)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(jìn)行全天候監(jiān)控，并及時發(fā)出預(yù)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(jī)械穩(wěn)定性分析

起重機(jī)械的穩(wěn)定性分析主要涉及兩個關(guān)鍵方面：

（1）抗傾覆穩(wěn)定性：指起重機(jī)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(jī)的重心較高、工作半徑較大、支撐輪廓較小，因此需要進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性計算，以確保起重機(jī)具備足夠的抗傾覆穩(wěn)定性。在進(jìn)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(biāo)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。縱向穩(wěn)定性主要是指當(dāng)汽車行駛在坡度較大的路面時，起重機(jī)爬坡時可能會出現(xiàn)前輪失去輪胎對地面的接觸，導(dǎo)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(dǎo)致翻車，并且可能發(fā)生橫向滑動的情況。

三、起重機(jī)械安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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

硬件構(gòu)成：包括各種傳感器、監(jiān)控器、處理器等硬件設(shè)備的選擇和設(shè)計。這些設(shè)備應(yīng)該能夠準(zhǔn)確、實時地采集和傳輸起重機(jī)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(jìn)行更高效的數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控。起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成主要由以下幾部分構(gòu)成：核心設(shè)備，承擔(dān)處理和存儲所有采集數(shù)據(jù)的任務(wù)，并負(fù)責(zé)執(zhí)行控制指令。

顯示屏是起重機(jī)與人員進(jìn)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(jī)的工作狀態(tài)，為安全監(jiān)控系統(tǒng)提供視頻信息。風(fēng)速儀則起到測量和監(jiān)控環(huán)境風(fēng)速的作用，對那些在風(fēng)力較強的露天工作中運行的起重機(jī)尤為關(guān)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(jī)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(jī)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(jī)的工作高度；速度傳感器用來測量和監(jiān)控起重機(jī)的運動速度；傾斜傳感器用來測量和監(jiān)控起重機(jī)的傾斜角度；防碰撞傳感器用來防止起重機(jī)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(jī)的回轉(zhuǎn)角度；水平度傳感器用來測量和監(jiān)控起重機(jī)的工作平臺的水平度。

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

軟件簡介：針對起重機(jī)的特定應(yīng)用，需要開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷等任務(wù)。軟件系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)起重機(jī)的實際運行狀態(tài)和各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理，同時還要能夠進(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)械的安全性、效率和可靠性。

四、起重機(jī)械遠(yuǎn)程控制技術(shù)

起重機(jī)械利用遙控技術(shù)使操作人員能夠在較遠(yuǎn)的位置控制操作臺。這種技術(shù)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(yuǎn)程控制技術(shù)，遠(yuǎn)程控制起重機(jī)械也可以在異地進(jìn)行。操作人員可以使用多種方法對起重機(jī)進(jìn)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(shù)要求較高。遠(yuǎn)程控制技術(shù)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(jī)械遠(yuǎn)程控制技術(shù)現(xiàn)狀

（一）物理隔離和身份認(rèn)證不足，人機(jī)互認(rèn)不到位

目前，現(xiàn)有的起重機(jī)械遠(yuǎn)程控制技術(shù)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(dǎo)致人機(jī)互認(rèn)精度不高的問題。在遠(yuǎn)程控制過程中，如果操作人員沒有足夠的權(quán)限來全面控制機(jī)械設(shè)備，那么在出現(xiàn)危險情況時，操作人員將無法憑借其技術(shù)來解決這些危險。這對在現(xiàn)場工作的人員來說，存在著嚴(yán)重的安全隱患。與此同時，由于機(jī)械受限于權(quán)力，操作人員無法全面了解機(jī)械的狀況，因此可能在操作過程中出現(xiàn)不清楚機(jī)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(yuǎn)程傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃圆蛔?/p>

對起重機(jī)械的遠(yuǎn)程控制而言，安全和穩(wěn)定的控制信號至關(guān)重要。然而，在當(dāng)前的發(fā)展過程中，許多技術(shù)都存在一定的缺陷。在控制信號的遠(yuǎn)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(jī)械正常工作，甚至引發(fā)事故，對財物和人身安全造成嚴(yán)重?fù)p失。

（三）替代隨車控制的狀態(tài)感知能力不全面，風(fēng)險防護(hù)措施不充分

起重機(jī)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(jī)械，那么問題不大。然而，若采用遠(yuǎn)程技術(shù)對起重機(jī)械進(jìn)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(dǎo)致操作員難以實時了解起重機(jī)械的運行狀態(tài)，進(jìn)而無法有效規(guī)避風(fēng)險并采取充分的風(fēng)險防護(hù)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(yuǎn)程控制起重機(jī)械時，會遇到各種問題，對操作人員的應(yīng)急反應(yīng)和專業(yè)素質(zhì)提出了考驗。

六、遠(yuǎn)程控制技術(shù)設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)考慮的影響因素

（一）系統(tǒng)和設(shè)備的影響

首先，在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)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(dǎo)致的危險隱患。其次，在遠(yuǎn)程控制過程中，需要通過有線、無線或網(wǎng)絡(luò)等方式對操縱臺、移動設(shè)備和計算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程登錄和控制。另外，還需考慮身份驗證、口令保護(hù)、權(quán)限管理等功能，以確保能夠準(zhǔn)確識別用戶身份并分配適當(dāng)?shù)脑L問權(quán)限，從而有效地防止未授權(quán)操作。同時，需避免意外啟動。當(dāng)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(jìn)行控制，當(dāng)發(fā)出停機(jī)命令后，如不能阻止停機(jī)，保護(hù)裝置應(yīng)立即執(zhí)行停機(jī)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(jī)控制和急?？刂瞥?。其次，在遠(yuǎn)程正常停機(jī)時，停機(jī)控制必須具有優(yōu)先啟動控制的屬性。另外，在選擇遠(yuǎn)程控制模式時，控制模式設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮急停之外的其他所有控制手段。為了有效預(yù)防可能發(fā)生的危險操作，遠(yuǎn)程控制起重機(jī)械應(yīng)配置自動立即停止裝置。例如，當(dāng)設(shè)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(jī)的狀態(tài)、位置等相關(guān)信息時，如果起重機(jī)不在操作人員的視野范圍內(nèi)，應(yīng)立即啟動自動停機(jī)功能。

七、起重機(jī)械遠(yuǎn)程控制技術(shù)的設(shè)計原則

（一）防止危險發(fā)生的能力

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

（二）響應(yīng)遠(yuǎn)程操作能力

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

（三）具備安全管理能力

無論使用何種技術(shù)，安全都是首要考慮因素，遠(yuǎn)程控制技術(shù)在起重機(jī)械中亦然。遠(yuǎn)程控制技術(shù)需具備安全管理功能，包括操作人員和起重機(jī)械的安全責(zé)任。對操作人員而言，合理、恰當(dāng)?shù)牟僮骺商岣吖ぷ餍?，同時要時刻觀察操作環(huán)境，做出必要調(diào)整。針對起重機(jī)械的特點，考慮到其構(gòu)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(yuǎn)程操控技術(shù)合理運用，以降低起重機(jī)械的損耗。

（四）具備異常應(yīng)急能力

由于種種原因，操作人員也可能會犯錯誤，因此在遠(yuǎn)程操控技術(shù)的發(fā)展過程中，應(yīng)具備出色的緊急響應(yīng)能力，以最大限度地保障操作人員和起重機(jī)械的安全。這項技術(shù)需要具備處理危險情況和預(yù)測能力，以幫助操作人員在關(guān)鍵時刻有效控制異常情況。總的來說，遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)急響應(yīng)能力能夠最大限度地保護(hù)項目工作人員和相關(guān)設(shè)備，其重要性不言而喻。

八、結(jié)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(jī)械操作中的重要作用進(jìn)行了深入探討。這些創(chuàng)新技術(shù)為提升起重機(jī)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(shù)不斷進(jìn)步，起重機(jī)械行業(yè)將繼續(xù)從這些創(chuàng)新中受益，以應(yīng)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(xiàn)。