CN105712220A - 基于起重机监控系统的黑匣子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于起重机监控系统的黑匣子，包括主处理单元模块、数据采集模块、数据通信模块、数据存储模块和实时时钟模块；所述数据采集模块用于实时采集起重机的状态数据；所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块所采集到的起重机的状态数据；所述数据通信模块用于向远端设备传输起重机的状态数据；所述实时时钟模块用于为起重机提供实时时间信息；所述主处理单元模块用于对实时采集的起重机的状态数据进行分析与处理，并根据分析结果，为起重机提供相应的预警。本发明的基于起重机监控系统的黑匣子能够提供全方位的起重机状态数据的记录和重现功能。

Description

基于起重机监控系统的黑匣子

技术领域

本发明涉及一种起重机监控的技术领域，特别是涉及一种基于起重机监控系统的黑匣子。

背景技术

起重机监控系统是独立的，能自动检测出起重机所吊载的质量及起重臂所处的角度，并能显示出其额定载重量和实际载荷、工作半径、起重臂所处的角度。起重机监控系统能够实时监控检测起重机工况，自带诊断功能，对危险状况进行快速地报警及安全控制；同时具有黑匣子功能，能够自动记录作业时的危险工况，为事故分析处理提供依据。

黑匣子是用于采集多种状态信息，以及监测、记录目标在运行过程中各项性能参数。记录结束后，根据需求可以回放各种参数，查看当前目标的性能，并进行数据分析处理。通过对目标性能的长期监测，当发生故障或者事故时，便于取出数据进行分析，进行故障或事故原因的排查。

随着集装箱起重机在航运中的广泛的应用，高效性和低故障性越来越成为起重机的重要指标，从而使得对于起重机发生故障的分析与后期的优化显得尤其重要。而这些分析与优化都需要起重机当时的全面精确的数据作为支持。由此在起重机中引入“黑匣子”概念，当故障或事故发生时记录下起重机的各部分的数据与状态，供码头查询当时故障的发生原因或事故发生的原因，为后期避免和防止同样问题的发生提供宝贵的数据支持。

现有技术中，具有高性能的黑匣子技术已经广泛应用于飞行器、汽车、船舶等领域。其中，飞行器和船用的黑匣子监测参数繁多，结构复杂，成本较高，而起重机黑匣子的极限工作环境远达不到以上两种黑匣子的要求；汽车黑匣子技术在我国还是不太成熟，而且汽车黑匣子偏重于监测汽车的行驶路线与周围车距，不适合起重机行业。另外，在起重机监测系统中的应用的黑匣子相对很少，并大多以力矩限制器形式呈现。因此，有必要开发起重机特有的黑匣子，为起重机或者码头管理起到进化积累的作用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于起重机监控系统的黑匣子，能够提供全方位的起重机状态数据的记录和重现功能，并根据不同需求可分为用于CMS(CraneManagementSystem，起重机管理系统)数据的记录及回放的CMS黑匣子和用于视频、音频信号的记录及回放的CCTV(ClosedCircuitTelevision，闭路电视)黑匣子。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于起重机监控系统的黑匣子，包括主处理单元模块、数据采集模块、数据通信模块、数据存储模块和实时时钟模块；所述数据采集模块、所述数据通信模块、所述数据存储模块和所述实时时钟模块均与所述主处理单元模块相连；所述数据采集模块用于实时采集起重机的状态数据；所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块所采集到的起重机的状态数据；所述数据通信模块用于向远端设备传输起重机的状态数据；所述实时时钟模块用于为起重机提供实时时间信息；所述主处理单元模块用于对实时采集的起重机的状态数据进行分析与处理，并根据分析结果，为起重机提供相应的预警。

根据上述的基于起重机监控系统的黑匣子，其中：所述数据采集模块包括开关量采集模块、数字量采集模块和模拟量采集模块。

根据上述的基于起重机监控系统的黑匣子，其中：所述起重机的状态数据包括起重机重量、起升高度、俯仰角度、大车/小车位置、风速、吊具尺寸、监控音视频数据、电相关参数以及限位参数。

根据上述的基于起重机监控系统的黑匣子，其中：所述数据存储模块中，针对不同的数据采取不同的存储设备。

根据上述的基于起重机监控系统的黑匣子，其中：所述数据通信模块采用以下一种或多种通信模式：3G无线传输、点对点无线传输和有线传输。

根据上述的基于起重机监控系统的黑匣子，其中：所述实时时钟模块包括掉电检测装置和备用电池。

根据上述的基于起重机监控系统的黑匣子，其中：还包括电源模块，用于向各个模块供电。

根据上述的基于起重机监控系统的黑匣子，其中：还包括外壳，所述主处理单元模块、所述数据采集模块、所述数据通信模块、所述数据存储模块和所述实时时钟模块均设置在所述外壳内。

根据上述的基于起重机监控系统的黑匣子，其中：所述黑匣子根据功能分为CMS黑匣子和CCTV黑匣子；所述CMS黑匣子用于起重机管理系统数据的记录及回放；所述CCTV黑匣子用于视频、音频信号的记录及回放。

如上所述，本发明的基于起重机监控系统的黑匣子，具有以下有益效果：

(1)可以有效保障起重机的安全操作，减少工作人员的伤亡事故，满足安监部门对设备管理的需求，同时对故障进行有效排查，追溯事故或者故障发生原因，对事故调查、责任认定以及后期作业避免发生同样的事故起到积极作用；

(2)通过起重机远程实时监控有效减少了人员成本以及现场维护成本，以及事故发生时的原因调查、责任认定成本；

(3)将无线传输技术、大容量数据的现场/远程存储、OPC(OLEforProcessControl，用于过程控制的OLE)采集技术等相结合，实现了基于网络的起重机械安全运行的监测及现场/远程的黑匣子功能，并有效拓宽了黑匣子技术的应用领域，可广泛应用于起重机长期监测的项目中。

附图说明

图1显示为本发明的基于起重机监控系统的黑匣子结构示意图；

图2显示为本发明中CMS黑匣子系统的结构示意图；

图3显示为本发明中CCTV黑匣子系统的结构示意图。

元件标号说明

1主处理单元模块

2数据采集模块

3数据通信模块

4数据存储模块

5实时时钟模块

6电源模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参照图1，本发明的基于起重机监控系统的黑匣子包括主处理单元模块1、数据采集模块2、数据通信模块3、数据存储模块4和实时时钟模块5。其中，数据采集模块2、数据通信模块3、数据存储模块4和实时时钟模块5均与主处理单元模块1相连。

数据采集模块2用于实时采集起重机的状态数据。具体地，数据采集模块包括开关量采集模块、数字量采集模块和模拟量采集模块。其中，状态数据包括起重机重量、起升高度、俯仰角度、大车/小车位置、风速、吊具尺寸、监控音视频数据、电相关参数以及各种限位参数等。

数据存储模块4用于存储数据采集模块所采集到的起重机的状态数据，以便后续对故障进行有效排查，追溯事故或者故障发生原因。其中，针对不同的数据采取不同的存储设备。如音视频信息存储于视频服务器，状态信息则存储于不同的存储设备中，例如SD卡、硬盘等。

数据通信模块3用于向远端设备传输起重机的状态数据。其中，数据通信模块可以采用多种通信模式，例如3G无线传输以及点对点无线传输以及有线传输等方式。远端设备包括远程服务器、司机室操作站、大车操作站。

实时时钟模块5用于提供实时时间信息。确保起重机断电后时钟芯片增量器正常运行，实时时钟模块还包括有掉电检测装置和备用电池，以备掉电后正常计时。

主处理单元模1块用于对实时采集的起重机各种状态数据进行分析与处理，并进行集中管理以及浏览，同时根据分析结果，为起重机提供相应的预警。

优选地，还包括电源模块6，用于向各个模块供电。电源模块6能够提供不间断电源，如UPS(UninterruptiblePowerSupply)，以便能实时监控起重机的各种状态数据。

优选地，本发明的基于起重机监控系统的黑匣子还包括外壳(图中未示出)，主处理单元模块、数据采集模块、数据通信模块、数据存储模块、实时时钟模块和电源模块均设置在外壳内，以保证整个基于起重机监控系统的黑匣子不受外界环境干扰，能够正常的工作。

基于电气房整体位置在起重机后大梁处，外层有机器房作为保护，震动小、粉尘少，同时具有密闭、恒温环境，且供电稳定，有利于黑匣子系统的长时间稳定工作。所有设备信号和控制命令都是从电气房内收集和发送，司机室与电气房之间有光纤进行信号传输，所以电气房是放置黑匣子的理想位置。

在本发明中，基于起重机监控系统的黑匣子根据功能可分为用于CMS数据的记录及回放的CMS黑匣子和用于视频、音频信号的记录及回放的CCTV黑匣子。

如图2所示，CMS黑匣子系统可采用一台性能高的工控机。在该工控机上部署OPC软件和读取浏览器的HISTORIAN软件。该软件用于实现各种数据的实时记录并存储，以便历史回放需要。其中所有的数据传输依赖于TCP通讯。

OPC负责采集起重机上所有需记录的数据，包括PLC数据和第三方硬件设备。经过OPC转化包装成标准的OPC地址供组态软件和HISTORIAN使用。这些数据可通过远程传输技术如无线，光缆等传出到远端。

CMS黑匣子实施于具体项目过程中，首先配置软件环境，包括数据采集软件OPCServer(支持43种通讯协议，两万点的高容量采集)，实时数据库EZHistorian(高精度数据的存储，支持高频数据的采集，容量可达两万点)以及监控画面组态软件EZSCADA(无限点，支持CCTV等多种插件)；其次配置硬件环境，主要硬件包括黑匣子工控机、以太网交换机以及CCTV系统中的硬盘录像机、拾音器以及网络摄像机。

CMS黑匣子配置完成后，系统将配备的绝对值编码器、重量传感器等监测设备的数据，按照时间轴存储在CMS黑匣子中。当用户需要查询时，可按照时间轴从CMS黑匣子中进行读取。

在实际使用中，起重机设备及其他传感器通过OPC读取数据并存入到CMS黑匣子工控机的实时数据库中。电气房操作站通过读取实时数据库的数据来实现历史状态的回放，同时通过以太网路由器，其他站点也能读取到这些数据，比如司机室操作站，大车操作站等。

用户可以通过历史回放播放器选择历史回放的开始和结束时间。在播放状态下，可以随意打开任一监控画面重现历史时刻起重机的状态。CMS黑匣子还可以曲线形式呈现的数据分析，理论上数据的采样周期可达50ms。实际采样周期受数据量、各种设备性能等因素制约。根据经验，一般起重机的平均扫描周期可达500毫秒。通过大量数据分析出维护规律，可以有效对设备进行预警。

CMS黑匣子由于采用了实时数据库技术与OPC数据采集技术，相对其它监控系统有如下明显的优势：

(1)起重机监控系统包含的实时数据库具有长时间，大批量数据储存的性能优点，数据平均精度在500ms，满足起重机日常操作中产生的信号频率精度。

(2)起重机监控系统包含的OPC数据采集软件拥有广泛的开放的数据接口与通信协议，支持市场上常见的20多种PLC型号和各类电表、柴油机、锂电池等；能最全面地收集起重机上各厂家设备的数据，并且整合在一个系统内供实时数据库存储，为后期的分析提供全面的数据支持。

参照图3，CCTV黑匣子首先配置CCTV系统，包括摄像机、拾音器、硬盘录像机/视频服务器，负责采集与存储视频、音频信息。电气房操作站通过嵌入到ZPMC起重机监控系统的CCTV监控画面实现视、音频信息的历史回放以及实时播放，同时通过以太网路由器转播，其他站点的ZPMC起重机监控系统也能读取相关视频、音频信息，例如大车操作站、司机室操作站。

CCTV黑匣子实施过程中，桥吊上一共布置四个高清枪型摄像机。小车架的两个摄像机用于监视吊点，分开监控吊具前后。后大梁的摄像机用于监视大车行走区域，机器房的摄像机用于监视机器房各类设备的运行状态。在司机室配置一个显示器连接于硬盘录像机(或视频服务器)，可方便司机实时查看各个监视点的视频信号。同时在司机室安装有拾音器，可实时录取司机室语音记录到硬盘录像机(或视频服务器)。这些语音信号跟图像信号一起可被追溯再现。

CCTV黑匣子针对历史点的回放不仅仅局限在设备参数和状态，而具有更多的外部环境及其他外部因素信息的提供，使历史回放内容更加具体全面。CCTV监控画面可嵌入起重机监控系统。这样不仅可以实时播放CCTV画面，还可从视频服务器或者硬盘录像机获取存储的CCTV数据，包括图像和音频，通过与实时数据库的时间同步技术，实现起重机起重监控参数跟CCTV画面的同步回放，使整个数据分析中有更多的外部影像资料。

通过在起重机监控系统采用CMS黑匣子以及CCTV黑匣子取得了良好的效果，具体如下：

(一)事故回放

当事故或者故障发生，可通过历史回放模块。定位到事故发生的时间点，将存储的数据进行正常速率的播放。结合各设备数据、司机联动台的操作动作、视频录像等相关情况，可以对事故或者故障进行一个完整的回放。

(二)司机操作习惯跟踪

司机室操作数据与收发指令都能通过无线网络传回台控制室，后台管理人员通过实时传回的数据跟踪追溯司机室的操作过程。司机室违章操作或者地面人员违章指挥可及时加以纠正或者制止，有效地提高司机的操作安全水平。

(三)故障记录和预警

通过整套黑匣子系统，设备维护人员可定期观察设备的故障记录，当发生报警时，可及时采取应对措施。同时对某机构的故障频率增加或者异常，可提前对该机构进行检查或者更换，降低机损事故。

综上所述，本发明的基于起重机监控系统的黑匣子可以有效保障起重机的安全操作，减少工作人员的伤亡事故，满足安监部门对设备管理的需求，同时对故障进行有效排查，追溯事故或者故障发生原因，对事故调查、责任认定以及后期作业避免发生同样的事故起到积极作用；通过起重机远程实时监控有效减少了人员成本以及现场维护成本，以及事故发生时的原因调查、责任认定成本；将无线传输技术、大容量数据的现场/远程存储、OPC采集技术等相结合，实现了基于网络的起重机械安全运行的监测及现场/远程的黑匣子功能，并有效拓宽了黑匣子技术的应用领域，可广泛应用于起重机长期监测的项目中。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：包括主处理单元模块、数据采集模块、数据通信模块、数据存储模块和实时时钟模块；所述数据采集模块、所述数据通信模块、所述数据存储模块和所述实时时钟模块均与所述主处理单元模块相连；

所述数据采集模块用于实时采集起重机的状态数据；

所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块所采集到的起重机的状态数据；

所述数据通信模块用于向远端设备传输起重机的状态数据；

所述实时时钟模块用于为起重机提供实时时间信息；

所述主处理单元模块用于对实时采集的起重机的状态数据进行分析与处理，并根据分析结果，为起重机提供相应的预警。

2.根据权利要求1所述的基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：所述数据采集模块包括开关量采集模块、数字量采集模块和模拟量采集模块。

3.根据权利要求1所述的基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：所述起重机的状态数据包括起重机重量、起升高度、俯仰角度、大车/小车位置、风速、吊具尺寸、监控音视频数据、电相关参数以及限位参数。

4.根据权利要求1所述的基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：所述数据存储模块中，针对不同的数据采取不同的存储设备。

5.根据权利要求1所述的基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：所述数据通信模块采用以下一种或多种通信模式：3G无线传输、点对点无线传输和有线传输。

6.根据权利要求1所述的基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：所述实时时钟模块包括掉电检测装置和备用电池。

7.根据权利要求1所述的基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：还包括电源模块，用于向各个模块供电。

8.根据权利要求1所述的基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：还包括外壳，所述主处理单元模块、所述数据采集模块、所述数据通信模块、所述数据存储模块和所述实时时钟模块均设置在所述外壳内。

9.根据权利要求1所述的基于起重机监控系统的黑匣子，其特征在于：所述黑匣子根据功能分为CMS黑匣子和CCTV黑匣子；所述CMS黑匣子用于起重机管理系统数据的记录及回放；所述CCTV黑匣子用于视频、音频信号的记录及回放。