隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，起重機被廣泛使用在各個領(lǐng)域。由于起重機運行工況復雜，操作人員素質(zhì)良莠不齊，指揮信號無法滿足大型起重機要求，因此迫切需要建立一套安全監(jiān)控系統(tǒng)以滿足安全運行的需要。起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)主要通過監(jiān)視、控制、管理等手段，實現(xiàn)操作安全控制、危險臨界報警、現(xiàn)場實時顯示和數(shù)據(jù)記錄保存等功能。組態(tài)軟件是用于工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和過程控制的專用軟件開發(fā)平臺，主要應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理層。隨著計算機技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的不斷使用，組態(tài)軟件已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)場控制、企業(yè)信息化管理和遠程監(jiān)控的重要實現(xiàn)手段。

一、起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計要求

起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)要達到的總體設(shè)計要求如下：

（1）系統(tǒng)可靠性高

系統(tǒng)可靠性是該系統(tǒng)設(shè)計的最重要的環(huán)節(jié)。因為起重機屬于大型特種設(shè)備，其工作環(huán)境復雜多變且比較惡劣，起重機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計必須能適應(yīng)起重機的實際工作環(huán)境，而起重機在工業(yè)生產(chǎn)中往往承擔重要作用，其機械設(shè)備和電氣設(shè)備也都比較昂貴，所以必須避免出現(xiàn)由于監(jiān)控系統(tǒng)的自身故障，而導致系統(tǒng)損壞和引起起重機故障和事故等嚴重后果的情況發(fā)生，所以，系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的可靠性是該系統(tǒng)設(shè)計中首要考慮和最為重要的環(huán)節(jié)，包括系統(tǒng)方案設(shè)計、原理設(shè)計、元器件選型、系統(tǒng)裝配、軟件編程，系統(tǒng)調(diào)試，運行等多方面都會影響系統(tǒng)的可靠性，都需要綜合考慮。

（2）具備技術(shù)先進性

起重機監(jiān)控技術(shù)采用了數(shù)據(jù)總線技術(shù)、計算機控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及多媒體控制技術(shù)等多學科知識，其硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和信息處理等方面都體現(xiàn)了技術(shù)先進性。

（3）便于操作和使用

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)提供清晰的畫面圖形顯示，便于操作人員在短時間內(nèi)熟悉和掌握系統(tǒng)的操作和使用方法，降低對技術(shù)專業(yè)知識的要求，操作內(nèi)容盡量簡單清晰，硬件系統(tǒng)的原基于組態(tài)軟件和無線網(wǎng)絡(luò)的起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計理設(shè)計應(yīng)盡量簡潔明了，元器件排布和裝配必須合理，并配有清晰的信號指示，便于現(xiàn)場的維修和更換。

（4）系統(tǒng)具有可擴展性

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可擴展行，并具有可升級性，適用不同的起重機和不同的監(jiān)控需求，系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)中應(yīng)留有擴展的接口，便于擴展系統(tǒng)功能，軟件系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循規(guī)范化、模塊化的原則，程序語言清晰明了，具有方便的可升級操作選項。

（5）成本合理

由于起重機是廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備，大部分的造價成本都不是很高，所以起重機監(jiān)控系統(tǒng)的成本要比較合理，在保證系統(tǒng)可靠性和功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量降低系統(tǒng)的造價成本，以適應(yīng)市場的需求，使產(chǎn)品更具有市場競爭力。

二、起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

本系統(tǒng)的設(shè)計主要分為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和處理單元和監(jiān)控系統(tǒng)主機兩個部分（如需實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能可添加無線通訊模塊）。數(shù)據(jù)采集和處理單元通過現(xiàn)場總線采集現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)，包括開關(guān)量、模擬量以及報警故障信息等，并將信息處理后發(fā)給監(jiān)控主機。起重機監(jiān)控主機運行監(jiān)控軟件，通過組態(tài)軟件設(shè)計友好的人機界面，顯示起重機各個機構(gòu)的實時運行數(shù)據(jù)以及故障信息，實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放、數(shù)據(jù)分析以及故障報警等功能。

三、硬件總體設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計由數(shù)據(jù)采集和處理單元（PLC）和監(jiān)控主機（工控機）組成（如下圖所示），其中數(shù)據(jù)采集和處理單元與起重機控制系統(tǒng)之間采用現(xiàn)場總線通訊，數(shù)據(jù)采集和處理單元和監(jiān)控主機之間采用OPC數(shù)據(jù)通訊方式。其中，數(shù)據(jù)采集和處理單元可通過擴展RS485通訊模塊實現(xiàn)與無線通訊單元的數(shù)據(jù)通訊，從而實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸。

四、起重機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求和現(xiàn)場實際需求，本系統(tǒng)實現(xiàn)對門式起重機工作情況的監(jiān)控，包括起重量監(jiān)控、起升高度監(jiān)控、運行行程監(jiān)控、門限位監(jiān)控、機構(gòu)之間的運行連鎖監(jiān)控、運行機構(gòu)安全距離監(jiān)控、超速保護監(jiān)控、操作指令監(jiān)控、工作時間監(jiān)控、視頻監(jiān)控、風速監(jiān)控、電機監(jiān)控等，以及各機構(gòu)實時的動作狀態(tài)，系統(tǒng)故障的報警信息和設(shè)備運行維護數(shù)據(jù)，起重機監(jiān)控系統(tǒng)軟件的總體功能設(shè)計框圖如下圖所示。

基于組態(tài)軟件設(shè)計的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合了數(shù)據(jù)總線技術(shù)、計算機控制技術(shù)以及多媒體控制技術(shù)等多種先進技術(shù)，PLC控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線采集起重機械結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)的各種傳感器數(shù)據(jù)和信息；監(jiān)控主機通過組態(tài)軟件，實現(xiàn)起重機的圖形動態(tài)化監(jiān)控、故障報警跟蹤、數(shù)據(jù)歷史記錄及查詢、數(shù)據(jù)趨勢曲線分析、運行維護數(shù)據(jù)統(tǒng)計和視頻監(jiān)控等功能，從而大大提高了設(shè)備維護和管理效率，縮短設(shè)備停機時間。