吊钩可视化监控系统在冶金桥式起重机中的应用.pdf

冶金与材料第 44 卷舒九武等：钢铁企业设备检修的策略与规划研究吊钩可视化监控系统在冶金桥式起重机中的应用范侠（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京210035）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.44 No.3Mar.2024摘要：本研究深入分析了可视化监控系统在冶金桥式起重机吊钩环节的实际运用意义。在详细解析冶金桥式起重机的基本结构和工作原理的同时，特别关注了吊钩在关键任务中的关键功能。对当前吊钩监控技术水平进行了梳理，并提出了吊钩可视化监控系统的构思。系统的硬件和软件相互配合，进行实时监测。文章还就冶金行业使用的桥式起重机，探讨了吊钩可视化监控系统的整合、实时数据监测以及异常预警等议题。在讨论中强调了操作效率和安全性提升的重要性，并指出起重机的性能和安全等级经过案例验证得到显著提升。关键词：吊钩可视化监控系统；冶金桥式起重机；实时监测作者简介：范侠（1994），男，安徽淮南人，主要研究方向：电气。1研究背景及意义现阶段，冶金行业对起重设备提出了更高的性能和安全规范的要求。在这一背景下，对关键组件，特别是吊钩监控技术的优化升级势在必行。传统吊钩监控技术在满足复杂生产需求方面存在一定局限性。因此，在冶金桥式起重机领域，引入吊钩可视化监控系统显得尤为关键。文章涉及生产安全领域，同时在提高操作效率、降低安全风险以及推动冶金行业技术改革方面取得了实质性成果。2冶金桥式起重机概述2.1冶金桥式起重机的基本结构与工作原理冶金桥式起重机作为核心物料搬运设备，其基础结构包含上、下主梁、大车、小车、起重设备以及电气系统。主要结构由上下两根主梁组成，通常采用钢结构，以确保足够的负载承受力和结构坚固性。大车在主梁上进行横向移动装载，执行整个工作区域的全方位保障任务。小车则与大车相互垂直，用于进行纵向定位及吊运物体。起重设备包含钢丝绳、吊钩和承载物体，使用卷筒及减速箱实现升降功能。电气系统用于控制和监测各部分运行，以确保协同运作和操作安全。冶金桥式起重机的运作包含以下环节：首先，通过电气操控技术精准定位大车小车的移动路径。然后，利用起重设备将吊钩降至物体上方，将吊钩挂住吊物吊耳，来完成物体的升降吊运，通过调整吊钩升降速度实现对物体的精确控制。整个操作过程中，电气系统对各部分进行实时监控，并采用安全保护系统来确保稳定运行。2.2吊钩可视化监控的重要性在炼钢厂中，吊运铁水、钢水是一个必不可少的工作环节。吊运作业安全问题也是极其重要的。不安全的吊运作业容易导致事故的发生，对生产设备和工人的生命财产造成严重损失。因此，在炼钢厂的吊运作业，吊运安全问题必须得到高度重视。在炼钢厂中工位多、环境复杂、高亮、视角盲区等（如图 1 所示）都会使操作人员无法判断吊钩与吊物吊耳之间的状态。同时，在吊运铁水包、锅水包时会有频繁的挂钩、脱钩等操作，虛板钩挂、脱钩不彻底拖包，都会导致钢水包倾覆。目前这些操作都只能凭借操作人员的经验和地面指吊人员的判断，导致无法确保吊钩与吊物之间可靠挂好、完全脱离，因此这些都成为了急需解决的问题。吊钩可视化监控系统极为重要，可以帮助操作人员判断吊钩与吊物吊耳之间的状态，保证吊运作业的安全。2.3当前吊钩监控的技术现状目前，吊钩监控技术的不断进步使得起重设备的性能和操作安全性得以显著提升。传感器技术的广泛应用是一个明显的趋势，例如利用负荷传感器对吊钩负载进行实时监测，以防止超载情况的发生。高精度定位传感器用于监控吊钩的位置和动态，确保搬运的精确性和操作的高效性。图像处理技术在吊钩监控领域得到了广泛应用。通过摄像头或激光雷达等设备配置，实时监控吊钩周围环境，分析可能出现的障碍和危险因素。图像识别技术有助于分析吊装物体的形态、稳定性以及位置，并提供具体的吊钩状态信息。此外，物联网技术的应用使吊钩监控系统更加智能化。通过网络实现远程监控和数据传输，操作人员可以随时了解吊钩的状态，从而优化操作策略和实施，提高操作的灵活性和响应速度。52第 3 期图 1高亮及视角盲区现场图3吊钩可视化监控系统的设计与原理3.1吊钩可视化监控系统的基本构成吊钩可视化监控系统的搭建涉及硬件与软件两部分。在硬件方面，在每个固定工位左右两边安装 2 套工业级别摄像机，对工位进行无死角全方位监控、清晰观察到吊钩与吊物吊耳的状态，在起重机大梁左侧及右侧安装 2 套工业级别摄像机，在起重机吊运过程中也可实时观察到两侧吊钩的状态，将地面监控画面采用无线网桥的方式传送至行车操作室（现场布置如图2 左图），大梁监控画面通过网线方式传送至行车操作室。同时在操作室内安装一套视频显示器，将吊钩的状态实时反馈给操作人员。在通过起重机大车机构的格雷母线定位系统判断大车位置，当起重机到达指定工位时，操作室内工位视频显示器画面实时切换到相对应的工位画面，可帮助操作人员完成挂钩、脱钩动作咱1暂。在工位完成作业后，起重机离开工位，视频显示器画面再自动切换到大梁上的安装的 2 套摄像机画面，将起重机运行过程中吊钩的状态实时反馈到操作室。在软件方面，基于现场工位视频、大梁视频及格雷母线定位系统，结合智能视觉 AI 挂钩识别确认系统，可以实现吊钩挂钩视觉辅助确认功能。通过自研算法，对视频画面进行颜色区分并提示 AI 计算可以对挂钩处进行框选并提示，辅助操作工判断。在可清楚观测吊钩状态且不被遮挡的视角下，实时框选吊钩并提供颜色信息（红色：未挂稳；绿色：挂稳；模拟显示图如图 2 右图），辅助司机确认吊钩状态。同时可联动声音模块，在驾驶员挂取钢包时，提示吊钩实时状态，实现吊钩操作的全面可视化管理控制。3.2吊钩可视化监控系统的数据处理与实时反馈可视化监控系统在吊钩操作中扮演关键角色，其数据处理与实时反馈功能利用摄像头结合先进人工智能（AI）技术实现，确保对吊钩状态的准确监控、目标辨识以及操作人员实时信息的反馈。系统通过摄像头采集吊钩及其周围场景的图像数据，其中包括吊装物体、操作区域关键元素。通过应用 AI 技术，系统能够实现图 2现场布置图与模拟显示图地面无线网桥基站驾驶室显示器车载无线基站天车钢包吊钩挂耳摄像机摄像机范侠：吊钩可视化监控系统在冶金桥式起重机中的应用53冶金与材料第 44 卷吊钩的视觉追踪与确认，采用深度学习模型实时辨别各种形状、颜色和尺寸的目标，对吊装物体进行精确检测。实时图像信息通过系统进行处理，提供反馈功能，操作人员可以观察吊钩状态、位置及附近环境信息。经过算法分析后，显示界面呈现相关数据，使操作人员全面了解当前操作环境的具体状态。同时，系统根据预设的警示阈值和规则执行操作，对异常情况进行实时监控并触发警报，预警信息随时推送至操作人员。视觉监控系统不仅提高了驾驶员的工作效率，使其能够精准操控吊钩，并获得实时反馈支持。通过远程监控与控制技术，指吊人员可远离危险环境，从而提升了作业的实用性与安全性。4吊钩可视化监控系统的应用分析4.1适用性吊钩可视化监控系统在冶金桥式起重机适用性评估的核心在于确保系统能够顺利融入起重机操作流程，以在冶金产业中实现最大效益。首先，监控系统整合的重点在于考虑冶金桥式起重机的构造特性和实际作业环境。在吊钩可视化监控系统的硬件方面，设备应充分应对冶金行业中极端高温、高粉尘及湿度较高的特殊环境，选用抗腐蚀和高温稳定性佳的物料以确保设备稳定运行。为满足冶金起重机操作需求，吊钩可视化监控系统中的算法与数据处理模块应在软件层面进行优化。在冶金行业中，吊运的钢、铁包温度较高，因此监控系统在高温环境下的数据处理与传输必须满足性能需求。此外，针对复杂的生产场景，系统应具备识别和适应各种工作环境的能力，实现对各类吊装场景的准确监控与反馈。吊钩可视化监控系统要确保与冶金桥式起重机控制系统无缝连接。在接口设计及通信协议选择方面，需要确保监控系统与起重机控制系统能够高效且稳定地互联互通，实现对吊钩实时状态的监测和精确控制。同时，吊钩可视化监控系统应具备可调配置功能，进行适应性研究，以适用于各类型与尺寸的冶金桥式起重机，提升系统的广泛应用与适应性咱2暂。4.2实时监测与异常预警实时监控与预警功能在吊钩可视化监控系统中占据重要地位。系统通过传感器获取实时数据，能够监测吊钩负载、倾斜角度和位置等关键数据。这些数据经过系统算法的实时运算和处理，对吊钩状态进行全面评估。系统能够实时监测负载，迅速识别过载情况，避免因负载过大导致吊钩安全隐患的发生。同时，监测吊钩实时倾斜度，系统可以准确识别吊钩失衡状态，预警操作团队进行相应变动，以确保在运输过程中物体保持平衡。异常预警机制针对环境和操作进行全方位监控。例如，通过分析吊装区域摄像头捕捉的实时画面，系统能够识别出隐藏的障碍物、工人及潜在的危险因素。当系统检测到异常情况时，会立即发出警示信号，强烈建议操作人员严格遵守安全操作规程。此外，预设的工作原则与安全标准可以进行调整与应用，一旦检测到不符合相应规范的行为，立即发出预警警报。4.3操作效率与安全性在提升操作效率与确保安全性方面，吊钩可视化监控系统将多元功能与尖端技术相结合，实现了全面环境监控及智能操作支持。系统采用实时数据监测和可视化反馈提高了操作人员对吊钩状态与周围环境的精确把控。通过实时空间坐标、倾斜角度及负载数据，操作人员对起重物体方位和状态的操控速度与精确度得到提升，从而提高了操作的精确性。系统还通过自主算法驱动实现了智能监控系统的可视化，提升了驾驶员的操作效能，使其能够更精准地指引与反馈，从而降低操作员的负担，提升作业效率。在确保安全性方面，吊钩可视化监控系统通过实时数据检测与异常预警功能协同运作，有效控制了事故发生的概率。系统能够及时识别异常情况并发出警报，操作员需要迅速作出反应。系统具备高度专业化的智能自学与适应技能，逐渐适应各种环境下的典型操作方法，提高了在工作环境中的适应性，降低了误报概率，从而提升了系统的稳定性能。吊钩可视化监控系统还能存储和分析历史数据，用于日常维护与设备管理。通过对吊钩使用数据的分析，系统实施更优化的维护计划，降低了设备故障发生率，延长了设备使用寿命。5结束语在金属冶炼与桥梁起重设备领域，吊钩可视化监控系统的运用极大地提升了操作效率和安全性。此外，前所未有的技术革新为冶金领域带来了巨大的飞跃。通过实时监控、智能辅助和异常预警系统的应用，事故风险显著降低，吊钩操作的准确性和可靠性得到了增强。对于集成与冶金桥式起重机的适用性研究使其在特定工作场景下表现卓越。吊钩监控系统在吊钩运行过程中的成功应用为起重设备行业注入了新的活力，同时为冶金产业提供了优秀、可信、高效的应对措施。参考文献1 张延年，张学峰，张明展，等.塔机安全施工可视化监控系统J.沈阳建筑大学学报（自然科学版），2022，38（3）：559-564.2 刘旭东.QDY 系列起重机安全监控管理系统 J.铸造设备与工艺，2018（5）：26-28.54