水电工程施工设备防撞安全管理系统

水电工程施工设备防撞安全管理系统

许晓峰

无锡国信置业有限公司江苏无锡214026

摘要：本防撞安全管理系统利用高精度GPS和光电编码器采集各种施工设备的位置和状态，服务器建立大坝施工现场的三维数学模型，很形象地用动画的形式模拟出了大坝施工时的设备状态，准确地发出防止碰撞的报警信号和停机信号，为司机操作提供了安全保障。

关键词：水电工程；施工设备；防撞安全；管理

1施工机械设备安全管理必要性分析

建设项目的安全管理作为首要控制环节，直接关系到人民群众的生命安全。其中，机械设备安全管理在水电安全管理中占有重要地位。近年来，随着中国水电行业的快速发展，需要对水电工程项目的安全管理是强大的。确保水电工程的长远发展，为道路使用者提供更安全、更舒适的服务。作为水电站安全管理的一个重要组成部分，进一步完善和加强机械设备的安全管理，工程施工企业领导和设备管理人员、工程建设和生产不仅需要做，还需要对机械设备安全管理的重视，掌握安全管理的要点，所以为保证机械设备的正常运行，水电项目通过提高经济效益。

2工作原理

防撞安全管理系统的数据处理主要是由系统服务器来完成的，利用一台工业计算机作为系统服务器，它具有运算速度快，可靠性高的特点。系统服务器将水电站施工现场建立一个三维数学模型，把各防撞设备的位置输入三维坐标。系统服务器通过无线以太网通讯收集各防撞设备的动态数据，建立实时的动态模型。在各防撞设备的司机室内安装触摸屏，触摸屏以动画的形式显示各防撞设备的位置和工作状态。系统服务器将收集到的各防撞设备的静态和动态数据进行实时的计算和分析，当设备之间出现干涉时，发出断续的声光报警;当有可能碰撞时，发出连续的声光报警，并发出停机指令。

3运算处理系统

3.1系统服务器

系统服务器是本防撞系统的控制中心，它可以与每一台防撞设备上的控制单元进行通讯，收集每一台防撞设备的位置和状态数据。服务器建立起大坝施工工地三维数据模型，采集各防撞设备的位置和状态信号，建立各防撞设备的三维模型，并将各防撞设备的三维模型置于大坝三维模型中，以动画的形式显示在每一台设备的人机界面上。服务器接收到每一台防撞设备的位置和动态信息后，对这些信息进行处理，判断这些设备是否会发生碰撞。当有设备进入另一台设备的防碰撞区域时，服务器向两台设备发出报警信号，当有设备有可能要发生碰撞时，服务器向两台设备发出停机信号。防撞区域和防撞距离是根据设备的运行速度来决定的，是一个动态的数据，服务发出停机信号以后设备停止时滑行距离应小于防撞距离，确保设备之间不会发生碰撞。

服务器可以存储1个月左右的报警指令和位置及运行轨迹的信息备查，并提供相应的历史状态回放和事故分析等功能，一旦因操作人员的疏忽而造成了施工设备间的碰撞或是有其他方面的需要，可方便地调用回放程序，分析设备的运行状况及系统发出的报警指令，帮助进行事故原因分析。

4施工设备上的控制单元

4.1缆机防撞控制单元

缆机控制单元安装在缆机主塔电气房内，以一套S7-300系列PLC为核心，该PLC与缆机原有的PLC进行通讯，获取缆机的位置和各机构的运行状态数据，并把收集到的数据处理成服务器所需要的数据，通过无线以太网传送到服务器。接收服务器输出的防碰撞报警和停机信号，并转发给缆机PLC系统，实现缆机的防碰撞功能。

4.2混凝土供料线防撞控制单元

混凝土供料线防撞控制单元安装在混凝土供料线的立柱上，以一套S7-1200系列PLC为核心，PLC连接安装在每一个混凝土供料线立柱上的GPS装置，用GPS数据定位混凝土供料线的位置以及混凝土供料线的高度。将GPS数据处理成服务器所需要的数据，通过无线以太网传送到服务器。因为混凝土供料线位置相对固定，所以它是属于被动防撞的设备，不需要从服务器接收报警和停机信号等控制信号。

4.3门机和塔机防撞控制单元

门机和塔机的防撞控制单元安装在门、塔机司机室内，以一套S7-1200系列PLC为核心，PLC连接编码器和GPS。编码器和GPS都是用来对门机或塔机进行定位和检测其运行状态的，运行状态包括起升高度、小车位置和回转角度。在塔顶和臂架头部各安装一个GPS，用于检测塔机或门机的位置和臂架的回转角度。编码器安装在小车卷筒和起升卷筒上，用于测量小车的运行位置和起升的高度。PLC把接收到的GPS和编码器数据处理成服务器所需要的数据，通过无线以太网传送给服务器。PLC通过无线以太网接收服务器的防撞报警信号和停机信号，并接收服务器发送的其他防撞设备的位置信号，以动画的形式把所有防撞设备的位置和状态显示在人机界面上。

5信息交换系统与人机界面

本防撞系统采用了多种通讯方式进行信息交换，各防撞设备与服务器之间采用无线以太网通讯，PLC与编码器之间采用Profibus-DP通讯，PLC与GPS之间采用串行通讯，PLC与触摸屏之间采用串行通讯。如图1所示。

在每台门机和塔机上安装了一台触摸屏，触摸屏

以动画的形式显示每台防撞设备的位置和工作状态，用于司机观察防碰撞情况。触摸屏界面如图2所示。

缆机的防撞动画显示在缆机司机室的工控机显示屏上，为了方便司机监控，缆机防撞系统动画效果图显示在原有的缆机运行界面中。动画效果如图3所示。

6硬件设备

(1)服务器上的硬件设备:①S7-300PLC1套，用于收集各防撞设备的静态和动态位置数据。②带组态软件的工控机1套，防撞系统处理核心，用于建立三维模型，处理各防撞设备的防撞数据，经处理以后输出报警和停机信号。③交换机1台，用于以太网的连接。④无线通讯设备1套，用于跟其他设备的无线以太网连接，无线通讯频率为5.8GHz，通讯距离可达15km。⑤高精度GPS定位仪1个，用于与其他防撞设备上的GPS差分定位。

(2)缆机上的硬件设备:①S7-300PLC1套，用于收集缆机的位置信号并经过处理传送到服务器，接收服务器传过来的报警和停机信号。②绝对值光电编码器3个，用于检测起升高度、小车位置、大车位置。③交换机1台，用于以太网的连接。④工业计算机一台，用动画的形式显示各防撞设备的位置和状态。⑤声光报警器1个。

(3)混凝土供料线上的硬件设备:①S7-1200PLC1套，用于收集混凝土供料线的位置信号，经处理后传送给服务器。②交换机1台，用于以太网连接。③无线通讯设备1套，用于与服务器之间的无线以太网连接。④高精度GPS定位仪5个，安装在混凝土供料线的每一个立柱上，用于检测混凝土供料线的位置和高度。

(4)门机或塔机上的硬件设备:①S7-1200PLC1套，用于收集位置信号，经处理后传送给服务器，接收服务器传过来的报警和停机信号。②交换机1台，用于以太网连接。③触摸屏1台，以动画的形式显示各防撞设备的动态位置和状态。④无线通讯设备1套，用于与服务器之间的无线以太网连接。⑤高精度GPS定位仪2个，安装在塔顶和臂架头部，用于检测塔机或门机的位置。⑥绝对值光电编码器2个，用于检测起升高度、小车位置。

7远程管理与后续管理

本防撞系统已接入互联网，在有授权的情况下，互联网接入的任何电脑上都可以打开防撞系统的运行界面，并且可以调用服务器中存储的信息。设备管理人员通过使用该功能就可以在远程及时掌握现场设备的运行情况，进行相应的指挥和协调工作，提高设备的工作效率。如果施工期间和后续施工设备需要并入防撞安全管理系统，解决施工设备的位置形状检测（检测到GPS），和交换机和无线通信模块的安装，并建立通信防碰撞安全管理服务器可以在硬件上实现防碰撞功能。在软件上，碰撞分析程序安全管理服务器还必须增加新的施工设备和原始设备，和结果发送给原始设备；同时，在原有设备的增加或运行程序和修改新的防碰撞施工设备；此外，修改新的设备操作程序，具有防碰撞功能与其他设备。

8结束语

通过远程管理方式为后方设备管理人员提供现场设备的工作数据，大大提高了设备管理的效率。本防撞安全管理系统为观音岩水电工程施工提供了安全保障，大大提高了施工设备的效率，得到了使用单位的好评。

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