CN202512423U - 一种大吨位运架设备安全监控管理模型 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大吨位运架设备安全监控管理模型。本实用新型是基于一种分层设计的三层监控管理模型，包括：基于力学分析、结构计算的模型设备底层：这一层主要面向设备结构本身，这方面分析是整个建立安全监控管理模型的基础；基于施工者操作管理的模型中间层：这一层主要面向设备操控；以及基于高层管理的模型管理应用层：这一层主要面向设备群的全面监控管理，是管理模型的最高层。本实用新型具有如下优点：将现代设备管理理论与运架设备施工管理相结合。创建大吨位运架设备安全监控管理模型有助于推动此类设备安全设计与运行管理的规范化，旨在更加深入全面地提高设备的安全运行水平。符合大型工程机械设备高度信息化发展的必然趋势。

Description

一种大吨位运架设备安全监控管理模型

技术领域

本实用新型涉及一种安全监控管理模型，尤其是涉及一种大吨位运架设备安全监控管理模型。 

背景技术

铁路施工特别是架桥机作业过程是一个极易出事故的领域，通过对近年以来发生的多次架桥机事故统计分析可以把事故原因归结为以下几方面。 

①施工管理原因 

若工程施工单位未严格按照《铁路路基施工规范》和《铁路架桥机架梁规则》施工，有可能增大事故发生的几率。此外某些施工企业职工责任心、技术水平、外聘民工素质有待提高，还有部分单位抓制度落实不够，瞎指挥，乱操作，无视施工环境影响、不按标准化施工生产、为赶工期往往省略有关安全措施等等。有些施工人员在施工过程中为图快、图省事而违章作业，把一些必要的工序或安全措施予以省略，明知有隐患还抱侥幸心理等。 

②设备自身及维护保养原因 

架桥机工作在野外恶劣环境、高度机动、维护保养难以规范、现场管理困难的大型复杂设备。其机体长、自重大、轴重大、重心仍较高，且作业工序多，其中某个关键部位运转失灵或某个关键工序操作失误就可能导致架桥机的重大事故。而且结构本身没有防护装置，一旦发现架桥机倾斜后，毫无办法，只能眼看着其倾覆。 

国家质检总局与国家安全监管总局联合制定了《大型起重机械安装安全监控管理系统实施方案》，坚持“以人为本，安全发展”的原则和“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，应用观代物联网信息管理技术，以生产单位和使用单位为主体，提高大型起重机械本质安全性能，促进产品升级换代，防范事故发生，保障从业人员和公众的生命安全。 

质监部门会同安监部门等相关部门对经确定的生产和使用单位各选择1至2台新制造和1至2台在用的大型起重机械，在单机上安装安全监控管理系统，通过监视、控制、管理等手段，实现操作安全控制、危险临界报警、现场实时显示和数据记录保存等功能，同时达到运用视频和音频技术实时显示和记录工作状态、事后回放的功效。在此基础上，在有条件的单位可根据具体情况和工作需要，进一步实现远程传输、远程监控、远程管理、远程服务，数据、视频和音频查询，数据、视频和音频统计与分析等功能，逐步建立基于物联网技术的起重机械安全监控管理的局域监控平台和远程监控平台。 

上世纪80年代，我国在前苏联的计划预修体制基础上，吸收生产维修综合工程学、后勤工程和日本全员生产维修的内容，提出对设备进行综合管理的思想。这一体系在我国的《设备管理条例》里有比较详细的论述，但缺乏详细、可操作的规范。企业不同，对设备综合管理的理解不同，管理实践各有特点。虽然近年来国内在现代设备的科学管理理论和大型设备制造水平方面分别有诸多建树，但两者之间有影响的成功合作案例并不多见。在铁路施工的大吨位运架设备领域更是空白。 

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种创建大吨位运架设备安全监控管理模型有助于推动此类设备安全设计与运行管理的规范化，旨在更加深入全面地提高设备的安全运行水平。符合大型工程机械设备高度信息化发展的必然趋势。该项目研发目的明确，针对性强，是对国内铁路设备安全施工具有实质性帮助的一种大吨位运架设备安全监控管理模型。 

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 

一种大吨位运架设备安全监控管理模型，其特征在于，该大吨位运架设备安全监控管理模型中设备的电气系统是基于一种分层设计的三层监控管理模型，如图1所示，其包括： 

基于力学分析、结构计算的模型设备底层：这一层主要面向设备结构本身，这方面分析是整个建立安全监控管理模型的基础； 

基于施工者操作管理的模型中间层：这一层主要面向设备操控； 

基于高层管理的模型管理应用层：这一层主要面向设备群的全面监控管理，是管理模型的最高层。 

在上述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，所述的模型设备底层构建的装置包括： 

超程保护装置：由受力状态决定机构速度及距离； 

超载保护装置：机构受力状态保护； 

超速保护装置：卷筒重力失速监测； 

钢丝绳均衡受力控制装置：主动排绳控制； 

运动同步控制装置：位置传感器实现同步控制； 

运动姿态监测装置：插销状态检测； 

构件锁紧装置：多机构联动互锁； 

整机结构受力监测装置：轮组均衡压力监测； 

液压系统压力监测装置：悬挂油缸开启压力监测； 

整机位置及状态监控：喂梁接近及水平状态监测； 

整机移动监测装置：纵移过跨运行时的测距保护； 

在上述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，所述的模型中间层构建的装置包括： 

设备的自检测模块：自检测传感元件通过设备的PLC模块，由监控管理模型中间层软件模块处理； 

误操作处理模块：硬件互锁及软件联锁，由中间层软件模块处理； 

故障的自诊断模块：故障自诊断专家系统，由中间层软件模块处理； 

故障冗余技术：关键硬件采用备份； 

备用工作模式：设置备用工作模式，即K1工作模式，在该模式下，通过人机界面可以启动不同故障下的多种操作方式，作为应急处理； 

联网通信机制：现场组网接口。 

在上述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，所述的管理应用层构建的装置包括： 

高性能工业控制计算机：运行大吨位运架设备安全监控管理模型管理应用层软件模块，作业步骤的管理，远程软件管理； 

大屏幕图形终端：人机图形界面及人员配置的监控； 

实时数据库管理系统：实时数据处理； 

大容量数据存储系统：历史数据的存储和查询； 

宽带远程通信接口：用于广域网(全国范围)内联网控制； 

网络发布功能模块：广域网数据发布； 

短信发布DTU：故障报警短信自动编辑、自动群发模块； 

打印模块：档案追溯与打印； 

实时视频监视与存储装置：设备运行的实时视频监视与存储； 

远程语音通道：远程语音交流。 

在上述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，所述的安全监控管理模型是现代设备管理理论TPM与计算机力学分析同时在某一具体设备中的应用。 

在上述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，所述的安全监控管理模型既能用于单台大型施工设备，也可应用于由多台设备组成的设备群。 

因此，本实用新型具有如下优点：将现代设备管理理论与运架设备施工管理相结合。创建大吨位运架设备安全监控管理模型有助于推动此类设备安全设计与运行管理的规范化，旨在更加深入全面地提高设备的安全运行水平。符合大型工程机械设备高度信息化发展的必然趋势。本实用新型目的明确，针对性强，对国内铁路设备安全施工具有实质性的帮助。 

附图说明

附图1是本实用新型中三层监控管理模型的结构原理示意图。 

附图2是本实用新型中模型设备底层的结构原理示意图。 

附图3是本实用新型中模型中间层的结构原理示意图。 

附图4是本实用新型中模型管理应用层的结构原理示意图。 

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。 

实施例： 

本实用新型专利是在现代设备管理维修制度TPM系统的基础上，提出了一套具体的、有针对性的、可实现的、面向设备的安全监控管理模型。通过这套模型可以结合设备自身的控制系统，能够有效地在不同设备对象上实现TPM全效率、全系统和全员参加的具体特征。 

本实施例中，安全监控管理模型的建立步骤为： 

①模型的分层设计； 

模型分层的初衷是为了减少建模的复杂性，解决通信的异质性(heterogeneity)问题，上层解决各种宏观管理内容(数据的不同表示)，下层解决设备独立安全运行机制，使复杂问题简单化，高层屏蔽低层的细节问题。层数太少难以实现标准化，层数太多会使系统过于复杂。本模型设计为三层结构。 

②基于力学分析、结构计算的模型设备底层设计，如图2所示： 

首先根据不同种类的设备进行力学分析，在其力学结构分析结果的基础上，应用本实用新型的方法提出单台设备的安全监控模型。设备底层要求可执行性、高可靠性、独立性。独立性是指设备底层可以脱离上面两层单独运行。而反之则不行。这也是设备底层与其它2层的本质区别。模型设备底层设计原则是在满足用户要求的基础上，尽量减少设备的硬件开销，把一些非实时的信息(如数据库等)交给上一层去处理。但是在接口的软硬件设计上要做到规范化。为上一层的标准化处理提供方便。 

③基于施工者操作管理的模型中间层设计，如图3所示： 

模型的这一层已经基本上与硬件没有多少关系了。它的重点在于如何满足现场施工设备的操控与一线管理的需求，确定设备的紧急停机机制、故障处理、现场维护等能力。中间层设计必须保证在没有上一层管理应用层的情况下能够和设备底层联合工作，提高设备底层的安全性能指标，降低对施工现场设备维护管理人员专业知识的要求。 

④基于高层管理的模型管理应用层设计，如图4所示： 

模型管理应用层全面反映了现代设备管理理念在大吨位运架设备中的应用。这一层主要面向设备群的全面监控管理，是管理模型的最高层，包括人员配置的监控管理、作业步骤的管理、数据库管理、事故管理、远程通信安全、 流量控制、中断通道、远程维护这些方面。用户的所有要求都可以在这一层一览无遗地表现出来。管理应用层模型是设备群的联控及跨地域的远程监控系统的设计基础。 

下面借助一个架桥机实用案例来进行本实用新型技术方案的详细阐述： 

一、基于力学分析、结构计算的模型设备底层(本层面向设备硬件、接口归一化)：这方面分析是整个建立安全监控管理模型的基础；它是大吨位箱梁运架设备安全控管理模型的底层，传统的设备结构分析计算通常只是为了使设备满足结构和起重机规范要求。而大吨位箱梁运架设备安全监控管理模型的力学分析则是在此基础上面向安全监控管理要求，提出相关动态监控内容。 

1)、架桥机力学结构特性(图5)：前支腿垂直度；关键位置的局部应力；局部稳定性；总体位移；应力分布趋势的一致性。 

2)、建立测控对象(模型对不同设备具有不同的对象描述)。 

(1)起重小车安全防护： 

超程保护：由受力状态决定机构速度及距离。 

超载保护：机构受力状态保护。 

超速保护：卷筒重力失速监测。 

钢丝绳均衡受力控制。 

(2)前支腿安全防护：包括运动控制、运动姿态监测、构件锁紧、超程保护以及同步控制。 

(3)整机安全防护：包括整机结构受力监测、液压系统压力监测、整机位置控制、多机构联动互锁、整机移动监测、以及整机水平状态监测。 

3)、根据测控对象配置硬件。 

(1)起重小车安全防护系统包括： 

起升高度限位：重锤式高度限位和超声测距限位。 

超载保护：采用载荷仪检测及控制。 

起升卷筒失速保护：卷筒转速传感器测速+计算机控制+液压盘式制动器制动。起升速度控制。 

起升卷筒设有主动排绳装置，钢丝绳检测。 

纵向运行：预警行程开关+终点行程开关+机械止挡，左右运行同步检测， 速度控制。 

定量横移：位置传感器实现定量横移。 

横移限位：油缸终点限位+机械止挡。 

(2)前支腿安全防护系统：包括手拉急停开关、超声测距传感器防止箱梁碰撞一号柱、垂直度检测传感器、一号柱左、右插销状态检测、前进、后退限位开关以及左右同步检测，运行速度控制、 

(3)整机安全防护系统：包括纵移过跨运行时的测距保护、行走轮组均衡油缸压力监测、走行速度控制、悬挂开启压力监测、喂梁接近检测以及报警、整机水平状态监测、风力监测、总电源电动空气开关装有漏电保护模块、以及遥控器急停与司机室急停。 

二、基于施工者操作管理的模型中间层(与硬件无关)：这一层是大吨位箱梁运架设备安全监控管理模型的中间层，它主要是面向设备应用。 

1)、建立测控对象 

依照本模型的分层原则，架桥机的模型中间层包含如下几个方面内容： 

设备的自检测；误操作处理；故障的自诊断；故障冗余技术；备用工作模式：以及联网通信机制： 

2)、中间层对应测控对象的处理模块包括：设备的主PLC模块、自检测传感元件、硬件互锁及软件联锁、故障自诊断专家系统、关键硬件采用备份、网络通信接口、大吨位运架设备安全监控管理模型中间层软件模块以及设置备用工作模式(K1)，在该模式下，通过人机界面可以启动不同故障下的多种操作方式，作为应急处理。 

三、基于高层管理的模型管理应用层(与硬件无关、与网络关联度较高)：管理层是大吨位箱梁运架设备安全监控管理模型的最高层，完全侧重于管理。 

1)、管理应用层的功能内容，它的功能大致有下面几个方面：人员配置的监控；作业步骤的管理；数据库管理；事故管理；远程通信安全；流量控制；中断通道以及远程维护。 

2)、管理应用层功能的实现包括：高性能工业控制计算机、大屏幕图形终端、实时数据库管理系统、大容量数据存储系统、大吨位运架设备安全监控管理模型管理应用层软件模块、宽带远程通信接口、网络发布功能模块、短信发布DTU、 打印模块、实时视频监视与存储装置、以及远程语音通道。 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

Claims (6)

1.一种大吨位运架设备安全监控管理模型，其特征在于，该大吨位运架设备安全监控管理模型中设备的电气系统是基于一种分层设计的三层监控管理模型，包括：

基于力学分析、结构计算的模型设备底层：这一层主要面向设备结构本身，这方面分析是整个建立安全监控管理模型的基础；

基于施工者操作管理的模型中间层：这一层主要面向设备操控；

基于高层管理的模型管理应用层：这一层主要面向设备群的全面监控管理，是管理模型的最高层。

2.根据权利要求1所述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，其特征在于，所述的由模型设备底层构建的装置包括：

超程保护装置：由受力状态决定机构速度及距离；

超载保护装置：机构受力状态保护；

超速保护装置：卷筒重力失速监测；

钢丝绳均衡受力控制装置：主动排绳控制；

运动同步控制装置：位置传感器实现同步控制；

运动姿态监测装置：插销状态检测；

构件锁紧装置：多机构联动互锁；

整机结构受力监测装置：轮组均衡压力监测；

液压系统压力监测装置：悬挂油缸开启压力监测；

整机位置及状态监控：喂梁接近及水平状态监测；

整机移动监测装置：纵移过跨运行时的测距保护。

3.根据权利要求1所述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，其特征在于，所述的模型中间层构建的装置包括：

设备的自检测模块：自检测传感元件通过设备的PLC模块，由监控管理模型中间层软件模块处理； 

误操作处理模块：硬件互锁及软件联锁，由中间层软件模块处理；

故障的自诊断模块：故障自诊断专家系统，由中间层软件模块处理；

故障冗余技术：关键硬件采用备份；

备用工作模式：设置备用工作模式，即K1工作模式，在该模式下，通过人机界面可以启动不同故障下的多种操作方式，作为应急处理；

联网通信机制：现场组网接口。

4.根据权利要求1所述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，其特征在于，所述的管理应用层构建的装置包括：

高性能工业控制计算机：运行大吨位运架设备安全监控管理模型管理应用层软件模块，作业步骤的管理，远程软件管理；

大屏幕图形终端：人机图形界面及人员配置的监控；

实时数据库管理系统：实时数据处理；

大容量数据存储系统：历史数据的存储和查询；

宽带远程通信接口：用于广域网内联网控制；

网络发布功能模块：广域网数据发布；

短信发布DTU：故障报警短信自动编辑、自动群发模块；

打印模块：档案追溯与打印；

实时视频监视与存储装置：设备运行的实时视频监视与存储；

远程语音通道：远程语音交流。

5.根据权利要求1所述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，其特征在于，所述的安全监控管理模型是现代设备管理理论TPM与计算机力学分析同时在某一具体设备中的应用。

6.根据权利要求1所述的一种大吨位运架设备安全监控管理模型，其特征在于，所述的安全监控管理模型既能用于单台大型施工设备，也可应用于由多台设备组成的设备群。 

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