塔吊黑匣子

塔吊黑匣子，是用在吊塔內的實時監控設備，保證塔機的安全使用。

基本介紹

• 中文名：塔吊黑匣子
• 外文名：WTL tower crane monitoring
• 作用：塔機實時監控,保證塔機安全使用

國家要求

根據國家十二五計畫規定，大型起重機械必須安裝安全保護裝置（塔吊黑匣子），並且對生產銷售企業有嚴格要求：必須辦理《建設工業產品登記備案證明》與《企業產品執行標準登記證書》。

1.根據中華人民共和國住房和城鄉建設部關於產品備案登記《建築起重機械備案登記辦法》規定，生產銷售塔吊黑匣子企業必須辦理《建設工業產品登記備案證明》。

2.根據《中華人民共和國標準化法》規定，生產銷售塔機黑匣子企業必須辦理《企業產品執行標準登記證書》。

3.只有註冊資金在500w以上的企業才有資質生產塔吊黑匣子。

國家住建部嚴查一切非法生產企業。

簡介

塔吊黑匣子(又叫塔式起重機遠程安全監控系統）,主要套用於塔機的實時監控，避免因操作者的疏忽或判斷失塔機黑匣子誤而造成的安全事故，可極大的保證塔機的安全使用。隨著城市建設的飛速發展，塔式起重機被越來越多地使用在市政建設、橋樑、高層建築等施工場所。但是由於塔式起重機在使用過程中具有較大危險性，重大傷害事故的發生率也在提高。如何有效地預防和降低施工現場塔式起重機的安全事故，保證起重機的安全正常運行，已成為施工建設安全工作的一項重要難題。2008年8月，國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會，聯合發布塔式起重機國家標準，規定從2009年2月1日起，塔式起重機必須裝備具有採集、記錄、顯示、傳輸、預警、報警功能的安全記錄裝置-塔吊黑匣子。

用途

塔吊黑匣子的作用:可全程記錄起重機的使用狀況並能規範塔式起重機的製造、安拆、使用行為，控制和減少生產安全事故的發生。據介紹，這種塔吊黑匣子可有效避免誤操作和超載，如果操作有誤或者超過額定載荷時，系統會發出報警或自動切斷工作電源，強迫終止違章操作；還可以對機器的工作過程進行全程記錄；記錄不會被隨意更改，通過查閱“黑匣子”的歷史記錄，即可全面了解到每一台塔機的使用狀況。塔吊黑匣子採用藍色或灰白液晶屏顯示，可顯示當前重量、幅度、角度、額重、載荷率、工況等參數。並以棒狀圖形式動態顯示當前實重，在參數設定及調試時，每一相應的設定界面均有操作說明以方便用戶更輕鬆的適用本儀表。

主要功能

1.作業記錄

起重機的每次作業起止時間、載重量、迴轉角度、幅度、高度以及計算出來的力矩。

2.司機操作記錄

通過攝像頭對司機室的錄像和錄音，記錄司機的所有操作行為及收到的指令，一般主機可以支持60天錄像內容的存儲。

3.可視化操作

操作人員可以通過黑匣子的液晶屏，觀察當前的重量及額重，也可以觀察到後方平衡臂上卷輪的情況。

4.遠程管理

如有異常情況，黑匣子立刻將異常數據傳送到管理中心的網站，或者以簡訊方式傳送到管理人員手機。

5.管理平台

所有數據通過GPRS傳送到伺服器，管理人員可以非常方便地通過管理平台觀察每台塔機的詳細情況。

6.遠程開關機

通過遠程傳送指令，控制塔機電源，從而控制塔機動作。主要使用者是塔機租賃公司，方面回款，有效控制塔機的使用期限。

技術更新

隨著技術的創新，塔吊黑匣子在技術上有了突破性的進展。

塔吊安全監控系統，基於感測器技術、嵌入式技術、數據採集技術、數據融合處理、無線感測網路與遠程數據通信技術，高效率地完整實現建築塔吊單機運行和群塔干涉作業防碰撞的實時監控與聲光預警報警功能，並在報警的同時自動中止塔吊危險動作。與過去塔吊機械式限位器以及塔吊“黑匣子”或塔吊記錄儀的封閉式監控、記錄不同，塔吊安全監控系統前端監控裝置和後端遠程監控平台無縫融合，實現了開放式的實時監控，在對塔吊實現現場安全監控、運行記錄和聲光報警的同時，通過遠程高速無線數據傳輸，將塔吊運行工況安全數據和預警報警信息實時傳送到GIS可視化監控平台，並能在報警時自動觸發手機簡訊向相關人員報警，從而實現實時動態的遠程監控、遠程報警和遠程告知，使得塔吊安全監控成為開放的實時動態監控。

一．塔吊黑匣子迴轉防碰撞監控必須選用絕對值多圈編碼器

根據國家十二五計畫規定，大型起重機械必須安裝安全保護記錄裝置（也稱為安全黑匣子），並且對生產銷售企業有嚴格要求，建築機械塔吊黑匣子(又叫塔式起重機遠程安全監控系統）,主要套用於塔機的實時監控，避免因操作者的疏忽或判斷失誤而造成的安全事故，尤其在塔吊群多台塔吊之間的防碰撞功能，單台塔吊的禁行區防碰撞功能的監控，可極大地保證塔機的安全使用。

隨著城市建設的飛速發展，塔式起重機被越來越多地使用在市政建設、橋樑、高層建築等施工場所。但是由於塔式起重機在使用過程中具有較大危險性，重大傷害事故的發生率也在提高。為有效地預防和降低施工現場塔式起重機的安全事故，保證起重機的安全正常運行，2008年8月，國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會，聯合發布塔式起重機國家標準，規定從2009年2月1日起，塔式起重機必須裝備具有採集、記錄、顯示、傳輸、預警、報警功能的安全記錄裝置-塔吊黑匣子。

塔吊安全監控系統，是基於感測器技術、嵌入式技術、多數據採集技術、數據融合處理、無線感測網路與遠程數據通信技術，高效率地完整實現建築塔吊單機運行和群塔干涉作業防碰撞的實時監控與聲光預警報警功能，並在報警的同時自動中止塔吊危險動作。其中感測器技術是整個監控的核心及可靠性最重要的環節。

在塔吊黑匣子的監控系統中，塔吊吊臂高度、小車位置、吊臂迴轉角度及速度監控等都需要用到角度感測器，其中，吊臂迴轉角度關係到塔吊群中兩個塔吊吊臂之間防碰撞的關鍵性安全監控，由於防碰撞計算的吊臂長度對於測量角度的三角函式放大作用，測量迴轉角度感測器的精度及可靠性往往決定了安全監控的成敗。為此，在比較了各種角度感測器的特點適用性及成本要求，高位數高可靠性的絕對值多圈編碼器是必須的選擇。

按照塔吊黑匣子監控標準的要求，應允許塔吊吊臂做正反方向的迴轉三圈，角度監控的解析度優於1度，同時還有測量精度要求。為此，按此計算的總測量行程解析度必須大於360度x3圈=1080，這樣的解析度精度要求，原先塔吊用電位器測量的方法是不能滿足的（電位器解析度0.5%FS），用增量值編碼器也不符合抗干擾及停電位置不丟失的要求，只能用絕對值編碼器大於11位（大於1080分辨總數）及以上，而且是三圈以上測量量程。實際上因為安裝的方法，是依靠塔吊迴轉大齒輪帶動小齒輪測量，實際測量圈數值為幾十圈。

有一些塔吊黑匣子廠家選用了電位器作為迴轉角度的監控，還有一些廠家選用了10位單圈絕對值並行信號的編碼器，都不符合塔吊安全監控的要求。電位器無論是解析度還是精度都太低，其觸點接觸式的工作原理的不可靠性，更不能套用在安全性設備中。而單圈絕對值十位並行編碼器，依賴外部機械減速齒輪達到三圈的量程，10位1024解析度已經略低於1080，而且還要經過機械減速的回程誤差，其解析度也是勉強湊數的，而精度更因為迴轉齒輪的誤差而更差，如果嚴格一點要求，也不能達到安全黑匣子標準。為此，塔吊黑匣子的防碰撞迴轉角度的監控必須用較高位數的絕對值多圈編碼器才能真正符合塔吊黑匣子監控標準的要求。

二．絕對值多圈編碼器在塔吊黑匣子上的套用

1.真正意義的安全性——絕對值真多圈編碼器。絕對值多圈編碼器，都是內部由高精密機械齒輪帶動的全行程真多圈絕對值編碼器（機械鐘錶齒輪式），這種編碼器技術是真正意義上的唯一“絕對值”。其內部為非接觸式絕對值數字編碼測量原理，無需計數、無需電池、無需靠停電記憶，所有位置絕對唯一，不怕干擾不怕停電，不僅僅可以在360度內測量，還可以依賴內部的鐘表式齒輪在多圈的角度絕對值測量，是真正意義的“安全性”角度感測器。

2.絕對值多圈編碼器的特性描述：

a.測量圈數及每圈解析度：分為2種，一種測量4096圈，每圈4096解析度；另一種測量64圈，總測量解析度為14位16384.

b.信號輸出：一種為RS485數位訊號+4—20mA雙備份信號輸出（安全冗餘），另一種為RS485數位訊號或者4—20mA（或1—5V）信號（選一）。

c.工作環境等級：標準工業等級（歐標），溫度-25度——80度，防護等級為外殼IP67，另外或輕載型經濟級。

其中，防護等級是指外殼的防塵防水，編碼器的防護等級是塔吊黑匣子必須考慮的重要因素，塔吊在於露天工作，即使是編碼器外部有盒子，但是對於日夜溫差產生的水汽，編碼器外殼必須是無螺絲全密封的，不然水汽容易浸入影響編碼器光學系統，編碼器不穩定甚至報廢（就好比戴眼鏡怕水汽一樣）。所以防護等級外殼要達到IP65以上，從外觀上看，就是外殼無螺絲金屬全密封。

d.編碼器的信號引線及可靠性：無論是選用RS485信號還是4—20mA信號，編碼器的信號引線都是2根。編碼器的信號引線的可靠性因素，並行信號接線多，電纜長，電纜成本接頭成本上去了，而且塔吊工作環境振動、水汽等，線頭太多也帶來了接頭可靠性不穩定的問題。另外，並行信號芯線多，大多不會做TVS防浪涌保護，對於雨天潮濕、雷擊等很容易損壞。RS485信號只用2根信號線，信號接頭的不可靠機率大大下降，一般RS485口都有TVS浪涌保護。另外，有些並行10位編碼器沒有用格雷碼，而是用了BCD碼或純二進制碼（BIN碼），這種編碼不如格雷碼，會產生跳碼，國外真正的編碼器廠家從不生產這種並行編碼的，這種跳碼機率帶來的是黑匣子不穩定性，有時在使用中因跳碼而誤動作。RS485信號為數字式通訊信號，抗干擾可靠性高。

e.迴轉精度，全行程真多圈絕對值編碼器有解析度12位甚至14位的，迴轉精度高；而如果用單圈10位編碼器通過外部減速的方法，精度損失較大，對於迴轉5度的精度要求有時都難以滿足。

結語

塔吊黑匣子作為安全性監控設備，其中的感測器的選用，是其可靠性安全性的核心，同時，作為塔吊黑匣子的研發及生產廠家，一樣要考慮到產品的品質因素、價格因素、服務成本因素、性價比，以及遠期的發展戰略。在此，絕對值多圈編碼器作為吊臂迴轉角度的監控，或者是吊臂高度、小車位置的監控，是真正到位的選擇，是塔吊黑匣子廠家都需要重點考慮的產品。