塔式起重機(jī)是建筑工程進(jìn)行起重運(yùn)輸作業(yè)的重要設(shè)備，塔式起重機(jī)事故關(guān)系國計(jì)民生、危害重大，而目前眾多的塔式起重機(jī)司機(jī)雖然有上崗證，由于缺少監(jiān)督和復(fù)核手段，實(shí)際工作中違規(guī)嚴(yán)重。加強(qiáng)檢查和考核非常重要。塔式起重機(jī)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(jī)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(jī)安全隱患不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，例如，在塔式起重機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生傾斜、關(guān)鍵焊縫出現(xiàn)微裂紋、螺栓松動(dòng)的情況下沒有及時(shí)檢查維修，致使在塔式起重機(jī)繼續(xù)使用過程中使?jié)撛诘娜毕葸M(jìn)一步惡化，最終導(dǎo)致塔式起重機(jī)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(jī)黑匣子（塔機(jī)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(jī)使用單位從其施工速度考慮，總想在最短時(shí)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(shí)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(jī)租賃單位為保持客戶不斷增長、租賃業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)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(gè)別業(yè)務(wù)人員為賺取租賃差價(jià)，將低規(guī)格塔式起重機(jī)以高規(guī)格塔式起重機(jī)外租，即使使用單位按租賃協(xié)議噸位起吊，對塔式起重機(jī)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(jī)原有的安全限位器，現(xiàn)場因缺少砝碼無法及時(shí)調(diào)試，造成安全限位器成了擺設(shè)。當(dāng)塔式起重機(jī)司機(jī)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，很容易出現(xiàn)急停急回。
塔式起重機(jī)技術(shù)檔案特別是累計(jì)運(yùn)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(shí)性，給違章操作造成可乘之機(jī)。
因以上原因造成了塔式起重機(jī)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(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)損傷巨大，極易形成惡劣事故。
二、使用塔機(jī)黑匣子，起重機(jī)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(jī)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(jī)的傾斜而進(jìn)行記錄和報(bào)警，無論是塔式起重機(jī)工作狀態(tài)（如超載、斜拉等），或非工作狀態(tài)（如螺栓松動(dòng)、基礎(chǔ)不均勻下沉），使造成的塔式起重機(jī)機(jī)身傾斜度超過臨界狀態(tài)均可記錄和報(bào)警提示。
1、使用塔吊黑匣子，塔式起重機(jī)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(shí)的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，而且不可人為更改，為真實(shí)貫徹《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》（國務(wù)院第393號(hào)令）、《建筑起重機(jī)械備案登記辦法》（建質(zhì)[2008]76號(hào)）、《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》（國務(wù)院第373號(hào)令）、《建筑起重機(jī)械安全監(jiān)督管理規(guī)定》（建設(shè)部第166號(hào)令）、《塔式起重機(jī)技術(shù)條件》GB/T9462-1999、《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》GB5144-2006、《塔式起重機(jī)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(jī)黑匣子，塔式起重機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)被暴光；最后，所有的塔式起重機(jī)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(jī)、拆裝工、指揮人員（信號(hào)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(cuò)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(jī)安全，實(shí)際上，非超載狀態(tài)的安全和所有的運(yùn)行記錄是無法通過目前的安全限位器實(shí)現(xiàn)的。
3、使用塔機(jī)黑匣子，塔式起重機(jī)安全監(jiān)控管理裝置，是培養(yǎng)隊(duì)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(jī)操作過程中打反車、急停急吊、斜拉斜吊等錯(cuò)誤行為，教育司機(jī)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(jī)觀察不到所吊重物時(shí)，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(shí)司機(jī)可通過監(jiān)控儀獲知所吊重物是否超載或斜拉，及時(shí)采取措施糾正。
對于塔式起重機(jī)有時(shí)出現(xiàn)連接銷軸孔與銷軸配合不符合設(shè)計(jì)要求，連接高強(qiáng)螺栓松動(dòng)后未及時(shí)擰緊的現(xiàn)象，通過及時(shí)維修和補(bǔ)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(jī)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(jì)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(jī)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(shí)現(xiàn)建筑塔機(jī)單機(jī)運(yùn)行和群塔干涉作業(yè)防碰撞的實(shí)時(shí)監(jiān)控與聲光預(yù)警報(bào)警功能，并在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)中止塔機(jī)危險(xiǎn)動(dòng)作。與過去塔機(jī)機(jī)械式限位器以及塔機(jī)“黑匣子”或塔機(jī)記錄儀的封閉式監(jiān)控、記錄不同，塔機(jī)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(tái)無縫融合，實(shí)現(xiàn)了開放式的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在對塔機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場安全監(jiān)控、運(yùn)行記錄和聲光報(bào)警的同時(shí)，通過遠(yuǎn)程高速無線數(shù)據(jù)傳輸，將塔機(jī)運(yùn)行工況安全數(shù)據(jù)和預(yù)警報(bào)警信息實(shí)時(shí)發(fā)送到GIS可視化監(jiān)控平臺(tái)，并能在報(bào)警時(shí)自動(dòng)觸發(fā)手機(jī)短信向相關(guān)人員報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程報(bào)警和遠(yuǎn)程告知，使得塔機(jī)安全監(jiān)控成為開放的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。
一．塔機(jī)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(jì)劃規(guī)定，大型起重機(jī)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(jī)械塔機(jī)黑匣子(又叫塔式起重機(jī)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)）,主要應(yīng)用于塔機(jī)的實(shí)時(shí)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(jī)群多臺(tái)塔機(jī)之間的防碰撞功能，單臺(tái)塔機(jī)的禁行區(qū)防碰撞功能的監(jiān)控，可極大地保證塔機(jī)的安全使用。
隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，塔式起重機(jī)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(jī)在使用過程中具有較大危險(xiǎn)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(jī)的安全事故，保證起重機(jī)的安全正常運(yùn)行，2008年8月，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，聯(lián)合發(fā)布塔式起重機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定從2009年2月1日起，塔式起重機(jī)必須裝備具有采集、記錄、顯示、傳輸、預(yù)警、報(bào)警功能的安全記錄裝置-塔機(jī)黑匣子。
塔機(jī)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(shí)現(xiàn)建筑塔機(jī)單機(jī)運(yùn)行和群塔干涉作業(yè)防碰撞的實(shí)時(shí)監(jiān)控與聲光預(yù)警報(bào)警功能，并在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)中止塔機(jī)危險(xiǎn)動(dòng)作。其中傳感器技術(shù)是整個(gè)監(jiān)控的核心及可靠性最重要的環(huán)節(jié)。
在塔機(jī)黑匣子的監(jiān)控系統(tǒng)中，塔機(jī)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(jī)群中兩個(gè)塔機(jī)吊臂之間防碰撞的關(guān)鍵性安全監(jiān)控，由于防碰撞計(jì)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(diǎn)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(jī)黑匣子監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)允許塔機(jī)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(shí)還有測量精度要求。為此，按此計(jì)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(jī)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(shí)際上因?yàn)榘惭b的方法，是依靠塔機(jī)回轉(zhuǎn)大齒輪帶動(dòng)小齒輪測量，實(shí)際測量圈數(shù)值為幾十圈。
有一些塔機(jī)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(hào)的編碼器，都不符合塔機(jī)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(diǎn)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(jī)械減速齒輪達(dá)到三圈的量程，10位1024分辨率已經(jīng)略低于1080，而且還要經(jīng)過機(jī)械減速的回程誤差，其分辨率也是勉強(qiáng)湊數(shù)的，而精度更因?yàn)榛剞D(zhuǎn)齒輪的誤差而更差，如果嚴(yán)格一點(diǎn)要求，也不能達(dá)到安全黑匣子標(biāo)準(zhǔn)。為此，塔機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械齒輪帶動(dòng)的全行程真多圈絕對值編碼器（機(jī)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(jì)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。
2.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(hào)輸出：一種為RS485數(shù)字信號(hào)+4—20mA雙備份信號(hào)輸出（安全冗余），另一種為RS485數(shù)字信號(hào)或者4—20mA（或1—5V）信號(hào)（選一）。
c.工作環(huán)境等級(jí)：標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)等級(jí)（歐標(biāo)），溫度-25度——80度，防護(hù)等級(jí)為外殼IP67，另外或輕載型經(jīng)濟(jì)級(jí)。
其中，防護(hù)等級(jí)是指外殼的防塵防水，編碼器的防護(hù)等級(jí)是塔機(jī)黑匣子必須考慮的重要因素，塔機(jī)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(bào)廢（就好比戴眼鏡怕水汽一樣）。所以防護(hù)等級(jí)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(hào)引線及可靠性：無論是選用RS485信號(hào)還是4—20mA信號(hào)，編碼器的信號(hào)引線都是2根。編碼器的信號(hào)引線的可靠性因素，并行信號(hào)接線多，電纜長，電纜成本接頭成本上去了，而且塔機(jī)工作環(huán)境振動(dòng)、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(hào)芯線多，大多不會(huì)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(hào)只用2根信號(hào)線，信號(hào)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(huì)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(shí)在使用中因跳碼而誤動(dòng)作。RS485信號(hào)為數(shù)字式通訊信號(hào)，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(shí)都難以滿足。
結(jié)語
塔機(jī)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(shí)，作為塔機(jī)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(jià)格因素、服務(wù)成本因素、性價(jià)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(jī)黑匣子廠家都需要重點(diǎn)考慮的產(chǎn)品。