塔式起重機是建筑工程進(jìn)行起重運輸作業(yè)的重要設(shè)備，塔式起重機事故關(guān)系國計民生、危害重大，而目前眾多的塔式起重機司機雖然有上崗證，由于缺少監(jiān)督和復(fù)核手段，實際工作中違規(guī)嚴(yán)重。加強檢查和考核非常重要。

塔式起重機傾翻事故發(fā)生的原因可以分為兩大方面：

一方面由于塔式起重機管理不到位，違章操作、違章超載、斜拉斜吊現(xiàn)象普遍存在；

二是由于對塔式起重機安全隱患不能夠及時發(fā)現(xiàn)，例如，在塔式起重機基礎(chǔ)發(fā)生傾斜、關(guān)鍵焊縫出現(xiàn)微裂紋、螺栓松動的情況下沒有及時檢查維修，致使在塔式起重機繼續(xù)使用過程中使?jié)撛诘娜毕葸M(jìn)一步惡化，較終導(dǎo)致塔式起重機的傾翻。

下面對形成目前這種現(xiàn)狀的原因進(jìn)行探討，并分析使用塔機黑匣子（塔機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)）的意義。

一、原因分析

1、主觀原因：

塔式起重機使用單位從其施工速度考慮，總想在較短時間內(nèi)吊完所有需吊起的材料，因而在起吊次數(shù)一定的條件下，就想通過增加每吊重量來實現(xiàn)上述目的。在其主觀上存在超載的嚴(yán)重傾向。部分塔式起重機租賃單位為保持客戶不斷增長、租賃業(yè)務(wù)的不斷擴大，對使用單位的超載等違章操作行為，睜只眼閉只眼，甚至個別業(yè)務(wù)人員為賺取租賃差價，將低規(guī)格塔式起重機以高規(guī)格塔式起重機外租，即使使用單位按租賃協(xié)議噸位起吊，對塔式起重機本身已造成了超載，放縱了超載等違章作業(yè)行為，因而無論租賃單位或使用單位受利益驅(qū)使，從主觀上抵制有效監(jiān)管。

2、客觀原因：

塔式起重機原有的安全限位器，現(xiàn)場因缺少砝碼無法及時調(diào)試，造成安全限位器成了擺設(shè)。當(dāng)塔式起重機司機發(fā)現(xiàn)危險時，很容易出現(xiàn)急停急回。塔式起重機技術(shù)檔案特別是累計運轉(zhuǎn)記錄多為使用或租賃單位填寫，管理部門無法查證其真實性，給違章操作造成可乘之機。以上原因造成了塔式起重機使用過程中的普遍超載等違章作業(yè)，除了本身極易造成安全事故外，頻繁的超載極有可能引發(fā)塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)某些部位的疲勞損傷，特別是超載情況下的猛起猛落，對塔式起重機結(jié)構(gòu)損傷巨大，極易形成惡劣事故。

二、使用塔機黑匣子，起重機安全監(jiān)控管理裝置的意義分析

目前已開發(fā)使用的安全監(jiān)控裝置有“塔機黑匣子”和防傾翻監(jiān)控儀，其中監(jiān)控儀通過觀察塔式起重機的傾斜而進(jìn)行記錄和報警，無論是塔式起重機工作狀態(tài)（如超載、斜拉等），或非工作狀態(tài)（如螺栓松動、基礎(chǔ)不均勻下沉），使造成的塔式起重機機身傾斜度超過臨界狀態(tài)均可記錄和報警提示。

1、使用塔吊黑匣子，塔式起重機安全監(jiān)控管理裝置，通過高科技手段（如記錄芯片）獲取真實的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，而且不可人為更改，為真實貫徹《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理條例》（國

務(wù)院第393號令）、《建筑起重機械備案登記辦法》（建質(zhì)[2008]76號）、《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》（**第373號令）、《建筑起重機械安全監(jiān)督管理規(guī)定》（建設(shè)部第166號令）、《塔式起重機技術(shù)條件》GB/T9462-1999、《塔式起重機安全規(guī)程》GB5144-2006、《塔式起重機操作使用規(guī)程》JB/T100-1999的相關(guān)要求提供有力的技術(shù)支持。

2、使用塔機黑匣子，塔式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)裝置，是加大監(jiān)督管理力度，消除事故隱患的需要。安裝塔吊黑匣子，塔式起重機安全監(jiān)控管理裝置可以有效地減少違規(guī)現(xiàn)象，首先，塔式起重機管理人員已經(jīng)習(xí)慣的灰色地帶經(jīng)過數(shù)據(jù)整理將全部透明；其次，不熟練的甚至不具備資質(zhì)的操作人員的技能評估將通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計被暴光；最后，所有的塔式起重機使用過程（包括吊載狀態(tài)和非吊載狀態(tài)）數(shù)據(jù)將通過數(shù)據(jù)分析得到再現(xiàn)，從而使相關(guān)人員習(xí)慣于被監(jiān)督的工作狀態(tài)；而以前是相反的（即幾乎所有的相關(guān)人員的工作內(nèi)容包括司機、拆裝工、指揮人員（信號工）的維護(hù)、使用、拆裝工作是不被監(jiān)督的）。有的管理人員錯誤地認(rèn)為只要保證目前的安全限位器正常使用即能保證塔式起重機安全，實際上，非超載狀態(tài)的安全和所有的運行記錄是無法通過目前的安全限位器實現(xiàn)的。

3、使用塔機黑匣子，塔式起重機安全監(jiān)控管理裝置，是培養(yǎng)隊伍、提高從業(yè)人員素質(zhì)、提高監(jiān)督管理技術(shù)水平的需要。通過處罰司機操作過程中打反車、急停急吊、斜拉斜吊等錯

誤行為，教育司機和管理者，將有效地消除惡性事故的發(fā)生概率。

特別是當(dāng)塔吊司機觀察不到所吊重物時，若指揮人員不限制工人裝配的貨物狀態(tài)（重量、位置），起吊時司機可通過監(jiān)控儀獲知所吊重物是否超載或斜拉，及時采取措施糾正。

對于塔式起重機有時出現(xiàn)連接銷軸孔與銷軸配合不符合設(shè)計要求，連接高強螺栓松動后未及時擰緊的現(xiàn)象，通過及時維修和補救措施，可以保證建筑工程安全、可靠的施工進(jìn)度。通過司機上班觀察塔吊黑匣子儀器指示的塔身傾角和每月一次的數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理可以保證塔身軸心線側(cè)向垂直度滿足要求，減少了塔身軸心線側(cè)向垂直度的測量次數(shù)，不必每次必須用經(jīng)緯儀和專業(yè)人員完成塔身軸心線側(cè)向垂直度測量，簡化了管理環(huán)節(jié)、提高了管理水平。

塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，基于傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)融合處理、無線傳感網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信技術(shù)，高效率地完整實現(xiàn)建筑塔機單機運行和群塔干涉作業(yè)防碰撞的實時監(jiān)控與聲光預(yù)警報警功能，并在報警的同時自動中止塔機危險動作。與過去塔機機械式限位器以及塔機“黑匣子”或塔機記錄儀的封閉式監(jiān)控、記錄不同，塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)前端監(jiān)控裝置和后端遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺無縫融合，實現(xiàn)了開放式的實時監(jiān)控，在對塔機實現(xiàn)現(xiàn)場安全監(jiān)控、運行記錄和聲光報警的同時，通過遠(yuǎn)程高速無線數(shù)據(jù)傳輸，將塔機運行工況安全數(shù)據(jù)和預(yù)警報警信息實時發(fā)送到GIS可視化監(jiān)控平臺，并能在報警時自動觸發(fā)手機短信向相關(guān)人員報警，從而實現(xiàn)實時動態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程報警和遠(yuǎn)程告知，使得塔機安全監(jiān)控成為開放的實時動態(tài)監(jiān)控。

一、塔機黑匣子回轉(zhuǎn)防碰撞監(jiān)控必須選用絕對值多圈編碼器

根據(jù)國家十二五計劃規(guī)定，大型起重機械必須安裝安全保護(hù)記錄裝置（也稱為安全黑匣子），并且對生產(chǎn)銷售企業(yè)有嚴(yán)格要求，建筑機械塔機黑匣子(又叫塔式起重機遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)）,主要應(yīng)用于塔機的實時監(jiān)控，避免因操作者的疏忽或判斷失誤而造成的安全事故，尤其在塔機群多臺塔機之間的防碰撞功能，單臺塔機的禁行區(qū)防碰撞功能的監(jiān)控，可極大地保證塔機的安全使用。隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，塔式起重機被越來越多地使用在市政建設(shè)、橋梁、高層建筑等施工場所。但是由于塔式起重機在使用過程中具有較大危險性，重大傷害事故的發(fā)生率也在提高。為有效地預(yù)防和降低施工現(xiàn)場塔式起重機的安全事故，保證起重機的安全正常運行，2008年8月，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理**，聯(lián)合發(fā)布塔式起重機國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定從2009年2月1日起，塔式起重機必須裝備具有采集、記錄、顯示、傳輸、預(yù)警、報警功能的安全記錄裝置-塔機黑匣子。塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，是基于傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、多數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)融合處理、無線傳感網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信技術(shù)，高效率地完整實現(xiàn)建筑塔機單機運行和群塔干涉作業(yè)防碰撞的實時監(jiān)控與聲光預(yù)警報警功能，并在報警的同時自動中止塔機危險動作。其中傳感器技術(shù)是整個監(jiān)控的核心及可靠性較重要的環(huán)節(jié)。在塔機黑匣子的監(jiān)控系統(tǒng)中，塔機吊臂高度、小車位置、吊臂回轉(zhuǎn)角度及速度監(jiān)控等都需要用到角度傳感器，其中，吊臂回轉(zhuǎn)角度關(guān)系到塔機群中兩個塔機吊臂之間防碰撞的關(guān)鍵性安全監(jiān)控，由于防碰撞計算的吊臂長度對于測量角度的三角函數(shù)放大作用，測量回轉(zhuǎn)角度傳感器的精度及可靠性往往決定了安全監(jiān)控的成敗。

為此，在比較了各種角度傳感器的特點適用性及成本要求，高位數(shù)高可靠性的絕對值多圈編碼器是必須的選擇。按照塔機黑匣子監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)允許塔機吊臂做正反方向的回轉(zhuǎn)三圈，角度監(jiān)控的分辨率優(yōu)于1度，同時還有測量精度要求。為此，按此計算的總測量行程分辨率必須大于360度x3圈=1080，這樣的分辨率精度要求，原先塔機用電位器測量的方法是不能滿足的（電位器分辨率0.5%FS），用增量值編碼器也不符合抗干擾及停電位置不丟失的要求，只能用絕對值編碼器大于11位（大于1080分辨總數(shù)）及以上，而且是三圈以上測量量程。實際上因為安裝的方法，是依靠塔機回轉(zhuǎn)大齒輪帶動小齒輪測量，實際測量圈數(shù)值為幾十圈。有一些塔機黑匣子廠家選用了電位器作為回轉(zhuǎn)角度的監(jiān)控，還有一些廠家選用了10位單圈絕對值并行信號的編碼器，都不符合塔機安全監(jiān)控的要求。電位器無論是分辨率還是精度都太低，其觸點接觸式的工作原理的不可靠性，更不能應(yīng)用在安全性設(shè)備中。而單圈絕對值十位并行編碼器，依賴外部機械減速齒輪達(dá)到三圈的量程，10位1024分辨率已經(jīng)略1080，而且還要經(jīng)過機械減速的回程誤差，其分辨率也是勉強湊數(shù)的，而精度更因為回轉(zhuǎn)齒輪的誤差而更差，如果嚴(yán)格一點要求，也不能達(dá)到安全黑匣子標(biāo)準(zhǔn)。為此，塔機黑匣子的防碰撞回轉(zhuǎn)角度的監(jiān)控必須用較高位數(shù)的絕對值多圈編碼器才能真正符合塔機黑匣子監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)的要求。

二、絕對值多圈編碼器在塔機黑匣子上的應(yīng)用

1、真正意義的安全性——絕對值真多圈編碼器。絕對值多圈編碼器，都是內(nèi)部由高精密機械齒輪帶動的全行程真多圈絕對值編碼器（機械鐘表齒輪式），這種編碼器技術(shù)是真正意義上的唯一“絕對值”。其內(nèi)部為非接觸式絕對值數(shù)字編碼測量原理，無需計數(shù)、無需電池、無需靠停電記憶，所有位置絕對唯一，不怕干擾不怕停電，不僅僅可以在360度內(nèi)測量，還可以依賴內(nèi)部的鐘表式齒輪在多圈的角度絕對值測量，是真正意義的“安全性”角度傳感器。

絕對值多圈編碼器的特性描述：

a.測量圈數(shù)及每圈分辨率：分為2種，一種測量4096圈，每圈4096分辨率；另一種測量64圈，總測量分辨率為14位16384.

b.信號輸出：一種為RS485數(shù)字信號+4—20mA雙備份信號輸出（安全冗余），另一種為RS485數(shù)字信號或者4—20mA（或1—5V）信號（選一）。

c.工作環(huán)境等級：標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)等級（歐標(biāo)），溫度-25度——80度，防護(hù)等級為外殼IP67，另外或輕載型經(jīng)濟(jì)級。其中，防護(hù)等級是指外殼的防塵防水，編碼器的防護(hù)等級是塔機黑匣子必須考慮的重要因素，塔機在于露天工作，即使是編碼器外部有盒子，但是對于日夜溫差產(chǎn)生的水汽，編碼器外殼必須是無螺絲全密封的，不然水汽容易浸入影響編碼器光學(xué)系統(tǒng)，編碼器不穩(wěn)定甚至報廢（就好比戴眼鏡怕水汽一樣）。所以防護(hù)等級外殼要達(dá)到IP65以上，從外觀上看，就是外殼無螺絲金屬全密封。

d.編碼器的信號引線及可靠性：無論是選用RS485信號還是4—20mA信號，編碼器的信號引線都是2根。編碼器的信號引線的可靠性因素，并行信號接線多，電纜長，電纜成本接頭成本上去了，而且塔機工作環(huán)境振動、水汽等，線頭太多也帶來了接頭可靠性不穩(wěn)定的問題。

另外，并行信號芯線多，大多不會做TVS防浪涌保護(hù)，對于雨天潮濕、雷擊等很容易損壞。RS485信號只用2根信號線，信號接頭的不可靠概率大大下降，一般RS485口都有TVS浪涌保護(hù)。另外，有些并行10位編碼器沒有用格雷碼，而是用了BCD碼或純二進(jìn)制碼（BIN碼），這種編碼不如格雷碼，會產(chǎn)生跳碼，國外真正的編碼器廠家從不生產(chǎn)這種并行編碼的，

這種跳碼概率帶來的是黑匣子不穩(wěn)定性，有時在使用中因跳碼而誤動作。RS485信號為數(shù)字式通訊信號，抗干擾可靠性高。

e.回轉(zhuǎn)精度，全行程真多圈絕對值編碼器有分辨率12位甚至14位的，回轉(zhuǎn)精度高；而如果用單圈10位編碼器通過外部減速的方法，精度損失較大，對于回轉(zhuǎn)5度的精度要求有時都難以滿足。

結(jié)語

塔機黑匣子作為安全性監(jiān)控設(shè)備，其中的傳感器的選用，是其可靠性安全性的核心，同時，作為塔機黑匣子的研發(fā)及生產(chǎn)廠家，一樣要考慮到產(chǎn)品的品質(zhì)因素、價格因素、服務(wù)成本因素、性價比，以及遠(yuǎn)期的發(fā)展戰(zhàn)略。在此，絕對值多圈編碼器作為吊臂回轉(zhuǎn)角度的監(jiān)控，或者是吊臂高度、小車位置的監(jiān)控，是真正到位的選擇，是塔機黑匣子廠家都需要重點考慮的產(chǎn)品。