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1) 主要功能
塔机安全监控管理系统主要功能如下：塔机运行状态检测预警、远程锁机、行程限位、防超载、区域保护、防碰撞、防倾覆、风速报警、GPS 定位、GPRS 远程数据传输、离线检测模块、管理平台（定制化）、吊钩视频功能模块（定制化）、人员管理、设备拆装视频监控。
2) 塔机监控方案设计
塔机安全监控系统的系统原理框图如下图 2-1。该系统由系统主机、显示器、传感采
集设备、吊钩视频功能模块、通信模块组成。
2-1 系统总框图
图 2.1 系统显示器
采用ARM 平台技术，用于采集塔机的运行状态，包括：转角、吊重、风速以及起升、变幅的模拟量输入，内含物理存储卡，能够实时记录，至少可存储周期为一年的数据信息， 存储塔机的各种运行状态、操作记录等。主机箱内的处理器实现了塔机的高度以及幅度限位
功能，以及风速检测与报警；主机模块如下图 2-2。
该模块可扩展无线通讯模块以及 GPRS 模块，用于塔机防碰撞以及远程监控；
图 2.2 系统主控制器
系统通过对塔机吊重以及幅度的实时检测，合成塔机的实时起重力矩，利用塔机的载荷 曲线性能表，实现塔机超载保护，传感器采用定制的销轴传感器检测塔机的起重量。
图 2.3a 吊重检测传感器 图 2.3b 变幅检测传感器
实时采集塔机当前的回转角度值。
实时采集塔机当前的吊钩高度值。
当塔机塔身由于螺栓松动，载重过大等因素硬起角度倾斜过大时，传感器能检测到倾斜 角度，并发出报警信号。
实时采集当前的风速值，进行危险报警提示。
系统采用无线通信模块 433Mh 或 2.4GHZ 模块进行群塔数据通信，通信协议满足JGJ332-2014 行业规程要求。在塔机由于高低不同发生大臂碰钢丝，大臂碰大臂，钢丝碰平衡臂等各种情况是，系统自动发出报警并发出控制信号。图 2.4a 为系统回转检测，2.4b 为 433 无线通讯模块。
图 2.4a 回转传感器及安装
图 2.4b 433 无线通讯模块
吊钩视频组成和工作原理
吊钩视频功能组成由图 2-5-1 所示的 6 个部分组成：高度传感器、幅度传感器、主机、
显示器、摄像头以及电源组成。具体应用中，主机实时采集幅度和吊钩高度数据，通过计算
得到摄像头距吊钩的距离 L、摄像头能清楚看到吊钩位置的角值θ，输出控制信号指令，指
引摄像头俯仰角和对焦来实现吊钩位置实时可视化跟踪功能，如图 2-5-2 所示。
图 2-5-1 吊钩视频系统的组成
图 2-5-2 吊钩视频工作原理模拟图
1) 吊钩视频应用价值
1) 物联网+视频 行业首例
系统率先行业提出了利用变幅传感器检测塔机吊钩水平方向的运动轨迹，利用高度传感器检测吊钩垂直方向的运动轨迹，再借助吊钩追踪算法实用新型专利技术，指令控制高清摄像头自动对焦，360 度无死角追踪拍摄，危险状况随时可见，杜绝盲吊，降低隔山吊安全隐患。
系统摄影头采用定制级 36 倍光学智能变焦一体机，双滤光镜片，不但能使夜视红外距离高
达 120-150 米，更能实时接收主控制器各项指令，秒速智能对焦旋转，有效解决“灯下效
应”造成的视频模糊不清等施工难题，保障安全 24 小时可视。
系统经过近一年的内外场测试，尝试几十种摄影头安装方案，最终遴选出两种摄像头安装方 式，其中尤以臂根安装为最优，不但能适应于不同的塔机类型，更能有效保障技术工程师安 装风险，具有普适化、安全系数高等多重特点。
塔机顶升过程中，由于起重臂不平衡导致安全事故，目前起重臂的平衡状态主要靠操作 人员的经验、观察，人为因素导致安全安全事故很多，于是本系统在塔机的回转平台上安装
倾角检测模块，协助操作员进行平衡判断，避免事故发生。倾角传感器安装与下回转台上， 使用安装支架安装。该模块实时检测塔机起重臂在 X、Y 两个平面内的倾角，并实时显示， 便于操作人员进行调整。当顶升套架倾斜角度过大时，系统自动输出控制信号，限制顶升。 安装位置如 2.7 所示。该倾角传感器的检测精度为 0.1 度。
2.7 倾角传感器安装位置
该模块主要实现将现场工作的塔机运行实时数据传输到远程监控平台，便于施工企业以及项目部对塔机的运行状态实时跟踪。塔机数据传输主要有以下两种模式，根据现场环境 不同，可以进行选择。
如图 2.8a 所示每台塔机有独立的 GPRS 数据传输模块，塔机运行数据直接通过运营商基站传输到监控平台,该传输方式目前监控设备较为常用的传输方式，技术程序度和稳定性都较高。存在的问题是：需要数据流量，数据传输的效率受现场信号的强弱影响。而且成本相对高。
图 2.8a 分布式数据传输方式
如图 2.8b，每台塔机使用无线通信模块（如 433MHz）组成工地的局域网，塔机的运行数据通过无线模块传入地面监控中心，然后地面监控中心再通过有线网络将整个工地塔机 的数据传输到远程监控平台。
图 2.8b 集中式数据传输方式
该传输方式，优点是：可以借用我们防碰撞系统通用的无线通讯模块，成本低，数据的实时性主要受制于现场无线信号的情况，但这种方案在一些工地可能存在以下两个方面的 问题：
（1） 考虑到施工现场的对讲机大量使用免费的 433 频率，因此，该通讯信号受干扰的可能比较大；
（2） 考虑到施工现场“地面监控中心”一般都放在地面，随着楼层高度变化或者现场建筑物对信号的遮挡，现场有可能出现“地面监控中心”接收塔机信号不良的情况。
驾驶员管理人脸识别模块
通过安装人员识别模块（IC 卡、指纹识别、人脸识别），达到限制未经授权的人员操作塔机的目的。塔机上电以后，驾驶员首先要进行身份验证，只有验证通过才能操作，没有验证通过或不识别的人员无法操作塔机。通过这个功能可以有效避免工地现场人员操作塔机 引发的安全事故。
使用录像设备或现有摄像头将整个装拆过程进行拍摄记录，将影像资料上传存储，为 安全管理留下重要资料。视频在保留分辨率的情况下进行处理，归档，存储。如果已有监控 系统将进行数据接入，打通接口。
A 运行过程监控产品功能
1) 状态显示功能：采集塔机操作过程中的各种数据，包括吊重、高度、幅度、运行行程、回转、风速等，7 寸触控监视器上实时显示，并及时提
供预警和告警及语言，为塔机司机提供操作依据
2) 起重量检测报警功能：采集塔机吊钩所吊物体的重量，在达到设置的预警筏值时，自动发出警示及控制信号
3) 力矩检测报警功能：实时计算塔机的当前力矩，当达到塔机的性能曲线临界筏值时，自动发出警示及控制信号
4) 幅度限位功能：检测变幅小车的实时位置，当小车达到内外限位时，自动发出警示及控制信号
5) 高度限位功能：检测吊钩距离地面的高度位置，当吊钩达到上限位时， 自动发出警示及控制信号
6) 塔群防碰撞检测报警功能：对群塔作业进行干涉报警，当塔机之间即将发生碰撞趋势时，自动发出报警及控制信号（需增加传感器）
7) 区域限制保护功能：限制塔机吊钩进入设置的区域，
8) 风速检测报警功能：检测现场风速的大小
9) GPS 塔机定位功能：定位塔机的当前位置，并上传远端平台
10) 远程数据传输功能：实时将塔机的运行状态数据发送至网络监控平台
11) 故障诊断功能：系统及传感器发生故障时，系统将立即显示并记录故障及发出报警信息，同时切断对应传感器的操作回路并上报监控平台，直至故障解除。
12) 黑匣子记录功能：记录塔机的工作数据，便于事故的原因定位，数据存储时间不少于 30 个连续工作日；工作循环不少于 16000 条，存储 1 个月的操作记录。
13) 控制输出功能：支持 24 路输出控制继电器，且触点容量不低于 3A；
14) 智能人脸识别功能：系统安装调试时，预录完成特种作业人员相关信息并通过数据传输将作业人员的信息传输至远程平台。作业人员在每次启动升降机之前需要进行身份信息验证，同设备预设信息比对，认证后方能启动施工升降机。同时，系统默认笼门关闭状态为合法状态，具备启动条件，可正常识别并操作施工升降机。因此，每次打开笼门后需重新识别及进行相关操作。
15) 安拆视频记录存储功能：重要影像资料存储
安全状态的实时监控是远程在线监控系统的核心功能，主要为司机以外起重机械设备安全管 理人员提供实时数据，对不安全的作业行为，不安全的环境因素等进行实时预警、报警和远 程控制。
监控平台依据黑匣子采集的数据，智能模拟现场塔机运行情况，与现场同步预警，所有运行 状态均可回放。
根据 GIS 信号在地图上显示工地的地理位置和设备运行情况分布图，工地所在位置、项目信息、塔机数量等在电子地图中汇总显示。
根据 GIS 信号自动识别塔式起重机分布位置，通过塔机运行数据智能分析碰撞关系，并适时报警。
对违章行为，管理人员可查询每台起重机械总的违章次数，也可查询每次违章的详细时间点， 并根据需要，对违章的过程进行全程模拟回放。
实现对起重机械运行各项数据的综合统计分析，系统掌握起重机械设备的安全状况，以及司机的技能水平和工作状态。
