起重機貭于特殊設備，器械的老化和磨損對運行 的安全性影響較大。由于起重機各主要部件的老化和 磨損程度一般可通過特定參數如SWP、BrSWP等數據 來反映，監(jiān)測以上參數，即可間接獲悉當前起重機運行 狀況、剩余使用時間（操作次數）等信息，依據這些信 息，操作人員可及時地進行部件檢修和維護，從而有效 地防止事故發(fā)生。

現階段有線式、單一設備的起重機安全監(jiān)控器即 可在現場實時監(jiān)控起重機運行情況。操作簡單，維護 方便，處理速度快，可靠性高，可以滿足小型起重機使 用場合的安全監(jiān)控和故障診斷需求[1]。但隨著生產規(guī) 模的逐漸增大，當起重機數量多、操作現場面積較大時,操作者需要從一個整體的視角去觀察和比較所有 起重機的運行狀態(tài)，這種方法迫使操作者對每臺起重 機監(jiān)控器都要分別做出操作，效率就顯得低下了。

物聯網（The Internet of Things)是通過射頻識別 (RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信 息傳感設備,按約定的協議，把任何物品與互聯網相連 接,進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟 蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。物聯網可以提高經濟，大 大降低成本，其將廣泛用于智能交通、地防入侵、環(huán)境 保護、政府工作、公共安全、智能電網、智能家居、智能 消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護理、個人健康等多個領域。

在起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)領域引人物聯網的概念，將起 重機安全監(jiān)控技術和物聯網技術相結合，建立安全監(jiān) 控網絡，可以實現起重機安全的遠程監(jiān)控。通過上位機軟件完成對網絡中所有起重機運行數據的處理，莊監(jiān)控的起重機較多時，方便操作者對所有起重機進行 統(tǒng)一管理，提高了起重機維護的效率。同時，物聯網技 術的引人可以為質量監(jiān)管部門和起重機用戶提供良好的交流平臺，以方便政府有關部門進^步完善起重機 行業(yè)規(guī)范和標準，進一步降低起重機事故發(fā)生幾率。

隨著物聯網技術和標準的不斷完善，起重機監(jiān)控 與物聯網技術的結合將使起重機監(jiān)控上升到一個新的 層面，現在已有文獻提出使用GPRS等技術實現起重 機運行信息從現場級到遠程監(jiān)控級的傳輸[M]。但由 于需要記錄的起重機運行信息繁多，傳輸的數據量較 大,這種依靠按流量計費的網絡傳輸數據的方法會給 用戶增加一筆額外的費用。文中給出了一種新的基于 Zigbee無線通信技術的起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng) 采用Zigbee無線通信技術實現現場起重機監(jiān)控器的 無線通信，網絡維護費用低，并使用超幀調度算法，避 免了信標幀沖突問題，保證了起重機監(jiān)控節(jié)點的通信 順暢,對起重機的安全監(jiān)控有一定的積極作用。

一、起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)整體結構

在現代生產過程中，操作者不僅需要在現場對起 重機進行操作，還需要在遠程了解起重機的運行狀況， 對起重機信息進行集中管理。因此文中采用一種三級 式的分布策略[51，如圖1所示。其主要由現場級監(jiān)控 層、用戶級監(jiān)控層、公司級監(jiān)控層三部分構成，以滿足 不同用戶的差異性需求。

現場監(jiān)控級的主要功能是采集起重機運行數據并 將其傳輸到上位機。數據采集端通過GPS模塊實時 采集起重機的物理位置信息，并實時獲取起重機的上 升次數、SWP%、載重等工作狀態(tài)信息，利用Zigbee無 線通信模塊將所有數據匯集到中心節(jié)點，即Zigbee網 絡協調器。起重機現場安全管理人員可以通過無線手持設備訪問Zigbee網絡協調器來得到現場各設備的運行信息。

局域監(jiān)控級，其主要功能是實現起重機管理人員 的遠程監(jiān)控，管理人員在電腦前即可實現對起重機信 息的了解和行為的干涉。局域監(jiān)控站信息處理中心將 收到的起重機運行信息進行處理和儲存。局域監(jiān)控站 和壁掛式LCD顯示設備可通過路由訪問信息處理中 心得到現場起重機報警信息、工作狀態(tài)、工作時長等工 作狀態(tài)信息，實現對起重機現場的實時掌控。

遠程監(jiān)控級，監(jiān)控人員可以通過總公司監(jiān)控站觀 測各地起重機作業(yè)信息和和故障信息,根據所得信息 給各地起重機使用商提出指導性的意見，幫助起重機 使用商及時發(fā)現問題，避免起重機長時間怠工，提高工業(yè)生產綜合效益。同時,政府機關相關管理部門也可 以通過遠程監(jiān)控管理當地起重機使用情況，規(guī)范起重 機的使用。

其中遠程監(jiān)控級和局域監(jiān)控級之間通過Internet 相連接，局域監(jiān)控級和現場監(jiān)控級之間的連接方式根 據不同的工業(yè)現場情況可采用USB、RS232、RS485等不同的連接方式。局域監(jiān)控級用戶也可以通過手機接收現場監(jiān)控級 GSM模塊發(fā)送的短信實時掌握起重機運行信息。

二、 Zigbee無線通信技術

Zigbee無線通信技術已經在智能家居、醫(yī)療監(jiān)控 等多個遠程監(jiān)控系統(tǒng)中得到應用[61。在相同的技術環(huán) 境中,Zigbee的抗干擾能力要遠強于藍牙和WLAN,可 用于起重機現場這種電磁干擾比較強的場所。并且它 采用2. 401^通信頻率，該頻段為全球統(tǒng)一無需申請 的ISM頻段，維護費用低廉，可以在起重機現場大量 布置節(jié)點[7#]。

由于樹路由協議不需要路由表支持[11],數據包的 發(fā)送完全依賴于父子節(jié)點之間的連接，這種路由策略 很適合資源有限的Zigbee節(jié)點。所以采用樹形拓撲, 網絡拓撲結構如圖2所示：

Zigbee使用分布式尋址方案來分配網絡地址。網絡協調器決定了每個節(jié)點最大孩子節(jié)點的個數 (Cm)、每個節(jié)點最大的網絡深度（Z)m)以及每個節(jié)點 最大路由器的個數根據Cm,Z)m和Km可計算 出每個節(jié)點的子節(jié)點剩余的地址空間Cskip。

(2)網絡協調器還定義了網絡的超幀結構，即信標的 順序（BO)和超幀的順序(S0),根據和SO可計算 出兩個重要的參數，信標幀的間隔(B7)和超幀持續(xù)時 間（邪）在Zigbee樹族型網絡中，每一簇必須通過信標幀 來同步，當兩個路由節(jié)點是鄰居節(jié)點或擁有共同的鄰 居節(jié)點時，信標_會分別發(fā)生直接信標幀沖突和間接 信標幀沖突[12]。采用超幀調度算法后，每個協調器的 超幀持續(xù)時間彼此沒有重疊，就不會發(fā)生 信標峨之間以及信標幀和數據幀之間的 沖突,避免了發(fā)生直接信標幀沖突和間接 信標幀沖突的問題。

三、數據采集端硬件構成

圖1所示系統(tǒng)反映起重機運行信息的數據都是由數據采集端給出的，因此數 據采集端對起重機運行信息數據的準確 采集和實時處理顯得非常重要。其硬件結 構如圖4所示。這其中處理芯片采用MC9S12DG128。它包括四 路傳感器信號,分別來自重力傳感器、電流互感器、溫 度傳感器和濕度傳感器。從傳感器端出來的模擬信號 經過信號放大電路和濾波電路傳送到CPU的AD 口， CPU對收到的信息進行處理，在采集端顯示屏上顯示。 起重機的上升下降等信息作為開關量通過單片機的10 口進人單片機。同時，數據采集單元通過CAN總 線與起重機的變頻器通信，獲取起重機的電機轉速、電 機頻率等多種電機參數信息。信號采集端CPU對采 集到的信號進行處理并通過RS232將數據發(fā)送給Zig-bee無線通信模塊，由Sgbee無線通信模塊將數據匯 集到網絡協調器節(jié)點并傳輸給局域控制站。并且， CPU還會根據采集到的信號判斷起重機安全信息，當起重機出現故障時,CPU會通過RS232將故障代碼發(fā) 送到GSM通信模塊。

四、結束語

文中將物聯網技術應用在起重機安全監(jiān)控系統(tǒng) 中，使用Zigbee無線通信技術實現起重機現場級的無 線通信，采用三級式的網絡架構滿足了不同用戶的差 異性需求，并在現場級和局域級之間給出三種不同的 通信方式來適應不同的起重機作業(yè)現場，同時采用超 幀調度算法避免了節(jié)點之間的信標幀沖突問題，確保 了合法用戶對起重機狀態(tài)的實時訪問,基本實現了起 重機安全管理的全面覆蓋。使用該系統(tǒng)可以有效地減少現場起重機故障給用戶帶來的怠工時間，提高工業(yè)生產效率，對起重機的安全管理具有深遠意義，具有廣 闊的應用前景。