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1) 主要功能
塔機安全監控管理系統主要功能如下：塔機運行狀態檢測預警、遠程鎖機、行程限位、防超載、區域保護、防碰撞、防傾覆、風速報警、GPS 定位、GPRS 遠程數據傳輸、離線檢測模塊、管理平臺（定制化）、吊鉤視頻功能模塊（定制化）、人員管理、設備拆裝視頻監控。
2) 塔機監控方案設計
塔機安全監控系統的系統原理框圖如下圖 2-1。該系統由系統主機、顯示器、傳感采
集設備、吊鉤視頻功能模塊、通信模塊組成。
2-1 系統總框圖
圖 2.1 系統顯示器
采用ARM 平臺技術，用于采集塔機的運行狀態，包括：轉角、吊重、風速以及起升、變幅的模擬量輸入，內含物理存儲卡，能夠實時記錄，至少可存儲周期為一年的數據信息， 存儲塔機的各種運行狀態、操作記錄等。主機箱內的處理器實現了塔機的高度以及幅度限位
功能，以及風速檢測與報警；主機模塊如下圖 2-2。
該模塊可擴展無線通訊模塊以及 GPRS 模塊，用于塔機防碰撞以及遠程監控；
圖 2.2 系統主控制器
系統通過對塔機吊重以及幅度的實時檢測，合成塔機的實時起重力矩，利用塔機的載荷 曲線性能表，實現塔機超載保護，傳感器采用定制的銷軸傳感器檢測塔機的起重量。
圖 2.3a 吊重檢測傳感器 圖 2.3b 變幅檢測傳感器
實時采集塔機當前的回轉角度值。
實時采集塔機當前的吊鉤高度值。
當塔機塔身由于螺栓松動，載重過大等因素硬起角度傾斜過大時，傳感器能檢測到傾斜 角度，并發出報警信號。
實時采集當前的風速值，進行危險報警提示。
系統采用無線通信模塊 433Mh 或 2.4GHZ 模塊進行群塔數據通信，通信協議滿足JGJ332-2014 行業規程要求。在塔機由于高低不同發生大臂碰鋼絲，大臂碰大臂，鋼絲碰平衡臂等各種情況是，系統自動發出報警并發出控制信號。圖 2.4a 為系統回轉檢測，2.4b 為 433 無線通訊模塊。
圖 2.4a 回轉傳感器及安裝
圖 2.4b 433 無線通訊模塊
吊鉤視頻組成和工作原理
吊鉤視頻功能組成由圖 2-5-1 所示的 6 個部分組成：高度傳感器、幅度傳感器、主機、
顯示器、攝像頭以及電源組成。具體應用中，主機實時采集幅度和吊鉤高度數據，通過計算
得到攝像頭距吊鉤的距離 L、攝像頭能清楚看到吊鉤位置的角值θ，輸出控制信號指令，指
引攝像頭俯仰角和對焦來實現吊鉤位置實時可視化跟蹤功能，如圖 2-5-2 所示。
圖 2-5-1 吊鉤視頻系統的組成
圖 2-5-2 吊鉤視頻工作原理模擬圖
1) 吊鉤視頻應用價值
1) 物聯網+視頻 行業首例
系統率先行業提出了利用變幅傳感器檢測塔機吊鉤水平方向的運動軌跡，利用高度傳感器檢測吊鉤垂直方向的運動軌跡，再借助吊鉤追蹤算法實用新型專利技術，指令控制高清攝像頭自動對焦，360 度無死角追蹤拍攝，危險狀況隨時可見，杜絕盲吊，降低隔山吊安全隱患。
系統攝影頭采用定制級 36 倍光學智能變焦一體機，雙濾光鏡片，不但能使夜視紅外距離高
達 120-150 米，更能實時接收主控制器各項指令，秒速智能對焦旋轉，有效解決“燈下效
應”造成的視頻模糊不清等施工難題，保障安全 24 小時可視。
系統經過近一年的內外場測試，嘗試幾十種攝影頭安裝方案，最終遴選出兩種攝像頭安裝方 式，其中尤以臂根安裝為最優，不但能適應于不同的塔機類型，更能有效保障技術工程師安 裝風險，具有普適化、安全系數高等多重特點。
塔機頂升過程中，由于起重臂不平衡導致安全事故，目前起重臂的平衡狀態主要靠操作 人員的經驗、觀察，人為因素導致安全安全事故很多，于是本系統在塔機的回轉平臺上安裝
傾角檢測模塊，協助操作員進行平衡判斷，避免事故發生。傾角傳感器安裝與下回轉臺上， 使用安裝支架安裝。該模塊實時檢測塔機起重臂在 X、Y 兩個平面內的傾角，并實時顯示， 便于操作人員進行調整。當頂升套架傾斜角度過大時，系統自動輸出控制信號，限制頂升。 安裝位置如 2.7 所示。該傾角傳感器的檢測精度為 0.1 度。
2.7 傾角傳感器安裝位置
該模塊主要實現將現場工作的塔機運行實時數據傳輸到遠程監控平臺，便于施工企業以及項目部對塔機的運行狀態實時跟蹤。塔機數據傳輸主要有以下兩種模式，根據現場環境 不同，可以進行選擇。
如圖 2.8a 所示每臺塔機有獨立的 GPRS 數據傳輸模塊，塔機運行數據直接通過運營商基站傳輸到監控平臺,該傳輸方式目前監控設備較為常用的傳輸方式，技術程序度和穩定性都較高。存在的問題是：需要數據流量，數據傳輸的效率受現場信號的強弱影響。而且成本相對高。
圖 2.8a 分布式數據傳輸方式
如圖 2.8b，每臺塔機使用無線通信模塊（如 433MHz）組成工地的局域網，塔機的運行數據通過無線模塊傳入地面監控中心，然后地面監控中心再通過有線網絡將整個工地塔機 的數據傳輸到遠程監控平臺。
圖 2.8b 集中式數據傳輸方式
該傳輸方式，優點是：可以借用我們防碰撞系統通用的無線通訊模塊，成本低，數據的實時性主要受制于現場無線信號的情況，但這種方案在一些工地可能存在以下兩個方面的 問題：
（1） 考慮到施工現場的對講機大量使用免費的 433 頻率，因此，該通訊信號受干擾的可能比較大；
（2） 考慮到施工現場“地面監控中心”一般都放在地面，隨著樓層高度變化或者現場建筑物對信號的遮擋，現場有可能出現“地面監控中心”接收塔機信號不良的情況。
駕駛員管理人臉識別模塊
通過安裝人員識別模塊（IC 卡、指紋識別、人臉識別），達到限制未經授權的人員操作塔機的目的。塔機上電以后，駕駛員首先要進行身份驗證，只有驗證通過才能操作，沒有驗證通過或不識別的人員無法操作塔機。通過這個功能可以有效避免工地現場人員操作塔機 引發的安全事故。
使用錄像設備或現有攝像頭將整個裝拆過程進行拍攝記錄，將影像資料上傳存儲，為 安全管理留下重要資料。視頻在保留分辨率的情況下進行處理，歸檔，存儲。如果已有監控 系統將進行數據接入，打通接口。
A 運行過程監控產品功能
1) 狀態顯示功能：采集塔機操作過程中的各種數據，包括吊重、高度、幅度、運行行程、回轉、風速等，7 寸觸控監視器上實時顯示，并及時提
供預警和告警及語言，為塔機司機提供操作依據
2) 起重量檢測報警功能：采集塔機吊鉤所吊物體的重量，在達到設置的預警筏值時，自動發出警示及控制信號
3) 力矩檢測報警功能：實時計算塔機的當前力矩，當達到塔機的性能曲線臨界筏值時，自動發出警示及控制信號
4) 幅度限位功能：檢測變幅小車的實時位置，當小車達到內外限位時，自動發出警示及控制信號
5) 高度限位功能：檢測吊鉤距離地面的高度位置，當吊鉤達到上限位時， 自動發出警示及控制信號
6) 塔群防碰撞檢測報警功能：對群塔作業進行干涉報警，當塔機之間即將發生碰撞趨勢時，自動發出報警及控制信號（需增加傳感器）
7) 區域限制保護功能：限制塔機吊鉤進入設置的區域，
8) 風速檢測報警功能：檢測現場風速的大小
9) GPS 塔機定位功能：定位塔機的當前位置，并上傳遠端平臺
10) 遠程數據傳輸功能：實時將塔機的運行狀態數據發送至網絡監控平臺
11) 故障診斷功能：系統及傳感器發生故障時，系統將立即顯示并記錄故障及發出報警信息，同時切斷對應傳感器的操作回路并上報監控平臺，直至故障解除。
12) 黑匣子記錄功能：記錄塔機的工作數據，便于事故的原因定位，數據存儲時間不少于 30 個連續工作日；工作循環不少于 16000 條，存儲 1 個月的操作記錄。
13) 控制輸出功能：支持 24 路輸出控制繼電器，且觸點容量不低于 3A；
14) 智能人臉識別功能：系統安裝調試時，預錄完成特種作業人員相關信息并通過數據傳輸將作業人員的信息傳輸至遠程平臺。作業人員在每次啟動升降機之前需要進行身份信息驗證，同設備預設信息比對，認證后方能啟動施工升降機。同時，系統默認籠門關閉狀態為合法狀態，具備啟動條件，可正常識別并操作施工升降機。因此，每次打開籠門后需重新識別及進行相關操作。
15) 安拆視頻記錄存儲功能：重要影像資料存儲
安全狀態的實時監控是遠程在線監控系統的核心功能，主要為司機以外起重機械設備安全管 理人員提供實時數據，對不安全的作業行為，不安全的環境因素等進行實時預警、報警和遠 程控制。
監控平臺依據黑匣子采集的數據，智能模擬現場塔機運行情況，與現場同步預警，所有運行 狀態均可回放。
根據 GIS 信號在地圖上顯示工地的地理位置和設備運行情況分布圖，工地所在位置、項目信息、塔機數量等在電子地圖中匯總顯示。
根據 GIS 信號自動識別塔式起重機分布位置，通過塔機運行數據智能分析碰撞關系，并適時報警。
對違章行為，管理人員可查詢每臺起重機械總的違章次數，也可查詢每次違章的詳細時間點， 并根據需要，對違章的過程進行全程模擬回放。
實現對起重機械運行各項數據的綜合統計分析，系統掌握起重機械設備的安全狀況，以及司機的技能水平和工作狀態。
