安全监控系统在水电站门式启闭机上的应用

胡美玲

0 引言
随着我国现代化建设的快速发展，起重机的需求量大幅度增加，国家虽然对起重机的设计、制造、安装以及使用均有明确的规定，但在实际生产使用中，起重机安全事故依然多发。鉴于以上情况，我国2012 年出版GB/T 28264—2012《起重机械 安全监控管理系统》，对起重机安装安全监控系统进行规范性的要求，而且国检办特联〔2015〕192 号文件《关于公布（安装安全监控管理系统的大型起重机械目录）和做好2015 年大型起重机械安全监控管理系统推广应用与试点工作的通知》中明确指出，100 t 及以上通用门式起重机于2017年12 月31 日前必须安装安全监控系统。对于水电站进水口门式启闭机和坝顶门式启闭机，大部分设备起重量均大于100 t，均需安装起重机安全监控系统。本文介绍一种适用于水电站门式启闭机安全监控系统的控制方案、安装实施方案、注意事项及应用的意义。

1 控制方案
启闭机安全监控管理系统要求在作业中能够直观、灵活、完整地向操作人员展示设备当前的状态信息，能够方便、快捷、准确地追溯历史操作信息。本方案按照起重机械安全监控管理系统国家标准的要求，结合原有设备电气控制系统，进行充分准备和精心设计，该启闭机安全监控管理系统功能完善、性能稳定、安全可靠、操作方便、扩展方便、性价比高。安全监控管理系统分为两部分，第一部分是设备状态参数的监控，第二部分是重点区域视频画面的监控。

1.1 设备状态参数的监控方案
本监控系统采用的工业控制器为西门子S7-1200PLC，在通过增加DP 从站通信模块，与设备原PLC 控制系统进行通讯，2 个系统的通信环境、硬件环境、软件环境相互兼容。随着应用需求的发展，系统能灵活扩充，并且在保证技术专业化程度的同时，也对各种应用系统有较好的通用性能，以适应日益发展的安全生产技术要求的需要。S7-1200 支持通过RS232、RS485 实现点对点通讯，支持ASCII、USS、Modbus、TCP/IP 通讯协议，可以与S7-200、S7-300 等系列PLC 行通讯。同时S7-1200 还可支持最多8 个扩展信号模块和3 个通讯模块，使系统各部分既可有机融合，又有相对独立性，系统的结构、容量、通信和处理能力等方面都考虑为日后系统的升级扩展和设备更新留有余地。系统通过S7-1200 PLC 进行设备状态参数的采集与计算，并将结果通过以太网传给上位机，上位机通过多个界面进行显示设备当前状态。门式启闭机安全监控管理系统需要采集的主要参数及获取方法如下。

1）起重量 主起升、回转吊起升等荷重传感器的数据进入了PLC，安全监控管理系统从PLC 中读取传感器的数据。

2）起升高度/ 下降深度 主起升、回转吊起升装有高度绝对编码器，并且绝对编码器的数据进入了PLC，安全监控管理系统从PLC 中读取编码器的数据，然后根据卷筒直径等机械参数计算出起升高度。

3）运行行程 大车、小车轮子部位或驱动电机轴上装设绝对值编码器，或在大车、小车上适当位置装设激光测距仪获取相应的运行行程。

4）同一或不同一轨道运行机构安全距离 若同一轨道中有2 台或多台启闭机设备，要测量设备间的安全距离，并提前报警。

5）操作指令 设备操作指令要求获取每一个机构每一个挡位的信息，安全监控管理系统从PLC 中操作指令的状态。

6）风速 对于门式启闭机要求获取风速大小参数，风速仪输出4~20 mA 信号并接入PLC 系统。

7）制动器状态 以通讯方式从原电气系统PLC 中获取或在对应的制动器合适位置设置限位开关，并将开关量信号接入本系统中的I/O 模块。

8）联锁保护 联锁保护包括门限位和机构之间的运行联锁。门限位的获取要求在适当的位置装设安全门和限位开关，并将限位开关的信号引入PLC。联锁信号从原电气系统中将设备各机构的运行状态信息传送到安全监控管理系统的PLC。

9）抗风防滑装置状态 门机设置有夹轨器、夹轮器、防滑器等抗风防滑装置，该装置在工作和非工作状态时会触碰到相应的限位开关，将限位开关的信号引入到PLC 的开关量输入模块。

10）供电电缆卷筒安全限位状态 门机电缆卷筒设置有安全限位，则该限位信号要求接入安全监控管理系统PLC，要求从限位开关上硬接线引入或从原电气控制系统中以通讯的方式获取。

11）超速保护装置状态 门机的起升机构和回转吊起升配置超速保护开关，可从原系统PLC 中读取。

12）偏斜度 大车运行机构装设偏斜度传感器并将状态信号引入PLC。

13）每次工作循环 工作循环是指起重机从起吊一个物品，到能开始起吊下一个物品止，包括起重机运行及正常的停歇在内的一个完整过程。该参数为人工选择监控的百分比起重量，由PLC 计算选定的起重量下完成工作循环的次数，最后在上位机界面上显示。

14）工作时间 每个工作状态所对应的具体时间，即为记录一个工作状态的时钟时间（年/ 月/ 日/ 时/ 分/ 秒)。每个工作状态的改变会产生一个消息触发，消息记录状态改变发生的时刻和工作状态的值，该操作由安全监控管理系统上位机软件实现。

15）累计工作时间 累计工作时间是已完成的工作循环的累计时间总和。变量由PLC 将选定起重量的工作循环时间进行累加，然后将结果传送到安全监控管理系统上位机界面进行显示。

1.2 重点区域视频监控方案
每台设备在关键位置布置相应数量摄像机，根据设备的不同，布置适当数量的摄像机，主要监视区域包括：起升机构卷筒、起升吊点和大车行走区域。视频监控系统包括前端信号采集部分、视频传输部分、控制与存储部分和显示部分。其中摄像头选用大华或海康威视高清摄像头。视频数据通过网线经交换机后存储在硬盘录像机上，硬盘录像机内的图像数据通过放置在司机室的显示器显示。视频数据通过网线经交换机后存储在硬盘录像机上，硬盘录像机的图像数据通过放置在操作人员室的显示器显示。

2 安装实施方案及注意事项
2.1 安装实施方案
1）将新盘柜及相关设备运至指定地点堆放, 现场进行新设备及相关附件设备参数型号等信息的核对，查验盘柜外观有无损坏，设备配置是否符合要求，验收合格后方可开工。

2）工作开展前施工方对设备临空面焊接支架并装设安全围栏，经验收合格后方可开展安全监控系统加装的后续步骤。

3）使用镀锌角铁在指定地点对监控摄像头的安装底座进行加工处理，加工过程中现场摆放2 只检验合格的干粉灭火器与若干防火石棉布防止火星飞溅。

4）将加工好的安装底座焊接至指定位置，并固定相应的监控摄像头。

5）在指定位置通过焊接或钻孔固定门限位开关、大车激光测距仪、小车运行编码器或激光测距仪。

6）在安装间或主厂房指定区域将相关元器件安装至安全监控系统控制柜内，然后搬运至司机室指定位置进行控制柜的安装固定。

7）电缆敷设时，将动力线和控制线分开，高空作业时系挂好安全带，保证施工人员的人身安全。

8）所有安装工作结束后对施工过程中产生的铁屑、焊渣、扎带等垃圾进行全面的清洁打扫，经验收合格后方可开展安全监控系统的调试工作。

9）对安全监控系统进行全面检查确认后可上电调试，调试严格按照调试步骤进行调试。在调试运行正常，完成竣工图纸、说明书等资料准备工作后申请验收。

2.2 安装注意事项
1）在搬运控制柜及设备时做好人身防护，安排足够的人员，防止人员和设备损伤；工作过程中严禁野蛮施工，不得触碰与工作无关的设备；设备加装时必须做好隔离措施和相应的防护措施，防止设备误动或损坏设备。

2）在上下楼梯处装设防护围栏进行隔离并粘贴警告标示，任何人未经监理人员同意不得进入开展工作。

3）使用检验合格且带漏电保护开关的电源盘，必须在指定检修电源箱内进行电源搭接；使用的电动工器具必须经检验合格并在有效期内，使用时佩戴绝缘手套，并不定期的检查导线的绝缘是否良好。

4）如涉及动火作业，进行动火作业的人员必须经过培训合格，并持证上岗。动火作业必须远离易燃物，现场配备2 只合格的干粉灭火器。进行焊接作业时使用石棉布对作业现场进行隔离，防止火花飞溅。

5）工作中正确使用工器具，设备搬运过程中做好防护，防止砸伤、划伤。

6）高空作业系挂好安全带，安全带高挂抵用。工作人员行走过程中拉好扶手，对于容易踩空部位悬挂明显的警示标志。

7）工作中一律使用工具袋，对于较大的工具应固定在牢固的构件上，不准随意乱放，上下传递物件应用绳索绑扎牢固，严禁上下抛掷。

8）现场使用的工器具和材料需整齐放置在施工指定的位置，每日工作结束后及时清理现场垃圾。

3 安全监控系统应用意义
1）改变管理模式 从根本上改变水电站启闭机的使用管理和监督管理方式，做到事先预防，为使用、监督提供科学有效的技术手段。变被动为主动管理，变间断性检查管理为连续可追溯的实时信息化管理，达到减少乃至消灭起重机因违章和超载引起事故的目的。

2）避免误操作和超载 该系统可实时向操作者显示启闭机当前的工作参数，包括起重量、起升度、运行距离以及主要工作区域的视频画面等，改变以往靠司机经验估计的盲目性操作。

3）为处理事故提供翔实证据 判断起重机事故的起因是复杂的工作，主要是取证难、复现事故过程难。该系统的使用将客观地复现事故过程，为判定事故提供可靠的依据。

4 结束语
该水电站门式启闭机安全监控系统具有高可靠性、高稳定性，广泛适用于目前水电站的门式启闭机，设备操作方便、快速、高效，软件界面简洁，使操作人员一目了然，操作起来更得心应手，有效避免误操作引起的安全事故，同时实时记录和历史追溯功能使运行状态和故障信息有据可查。