Пути совершенствования регистраторов параметров грузоподъемных кранов

В.А. Коровин, докт. техн. наук, генеральный директор НПП «Резонанс», М.Н. Кретов, начальник бюро схемотехники и программного обеспечения НПП «Резонанс», К.В. Коровин, заместитель генерального директора по качеству и развитию НПП «Резонанс»

Неотъемлемой составной частью современных систем контроля, защиты и управления грузоподъемных кранов являются регистраторы параметров их работы (далее в тексте — «РП» или «регистраторы»). Применение регистраторов не только является обязательным согласно Правилам ПБ 10-382-00 [1], но и оправдано с технически-организационной точки зрения. Каких либо дополнительных обоснований этого, на наш взгляд, в настоящее время уже не требуется. Не вызывает также сомнения и то, что регистраторы, для повышения эффективности их применения, должны непрерывно совершенствоваться. Застой в развитии любых технических устройств, в конечном счете, всегда приводит к прекращению их производства и применения.

В существующих научных публикациях практически не рассматривается, в каких направлениях следует ожидать совершенствования РП и что является движущей силой их развития. Для восполнения этого пробела, дадим оценку, какими свойствами и характеристиками, на наш взгляд, будут обладать регистраторы будущего и какие задачи они могут решать в перспективе. При любом критическом отношении к прогнозам, следует признать, что они служат ориентирами для выработки последующей стратегии в любой области деятельности, хотя реальная жизнь как всегда вносит свои поправки.

Рассмотрим, какие факторы могут стимулировать повышение технического уровня РП.

Практика показывает, что обязательность применения регистраторов согласно ПБ 10-382-00 [1], а также обязательность выполнения требований к ним по РД 10-399-01 [2] не является стимулом для их совершенствования. Яркий пример тому — РП, встроенный в прибор безопасности типа ОНК-140. Он не соответствует требованиям РД 10-399-01, в частности по причине отсутствия часов реального времени, но продолжает выпускаться в массовых количествах более 5-ти лет после введения в действие этого РД. Что же тогда говорить о других приборах.

В настоящее время в нашей стране происходит реформа технического регулирования. После ее завершения, обязательные требования к продукции, в том числе к РП, будут изложены исключительно в соответствующих технических регламентах. Их принятие Госдумой и утверждение Президентом приведет к отмене действующих в настоящее время нормативных документов ПБ и РД.

Мы видим, что в проекте специального технического регламента «О безопасности подъемно-транспортного оборудования и процессов его эксплуатации» в отношении РП лишь упоминается, что они должны устанавливаться на грузоподъемные краны. Но никаких требований к ним технический регламент не предъявляет и не может предъявлять в принципе. Он определяет лишь требования к безопасности оборудования, но не к его конструкции. К тому же РП не оказывает прямого влияния на безопасность работы крана, а правильность его отнесения к приборам безопасности далеко не очевидна.

В итоге, после завершения реформы технического регулирования, производители и потребители регистраторов будут иметь принципиальную возможность выпускать и применять примитивные РП с небольшим количеством регистрируемых параметров, формально выполняя по минимуму требования технического регламента. И при этом Ростехнадзор, скорее всего, не будет иметь реальной возможности обязать кого-либо выпускать и применять более совершенные регистраторы.

Поэтому есть все основания считать, что не только в настоящее время, но и в перспективе, невозможно добиться повышения технического уровня РП путем ужесточения нормативных требований к ним.

Но если силовые методы бесперспективны, то остается другой путь — найти сторону, заинтересованную в применении более совершенных регистраторов, и попытаться понять, что именно требуется этой стороне. Анализ этих потребностей и технико-экономических возможностей их практического удовлетворения дает нам ключ к определению возможных направлений совершенствования регистраторов и к пониманию того, что из себя в будущем будут представлять РП грузоподъемных кранов. Если же такой стороны не найдется, то сама идея применения регистраторов постепенно себя изживет.

В п. 6.1 РД 10-399-01 приведено достаточно спорное положение о том, что «необходимость и сроки оборудования кранов РП устанавливаются владельцами кранов по согласованию с предприятиями — изготовителями кранов и РП, специализированными организациями и органами Госгортехнадзора (Ростехнадзора)».

Признаться, мы не встречали владельцев кранов, которые по своей инициативе установили бы необходимость оборудования своих кранов регистраторами и начали бы это согласовывать с Ростехнадзором и с другими организациями. Если читатели знают хотя бы один пример этого, то просим нам сообщить. Хотелось бы посмотреть на такого необычного владельца крана.

Каждый владелец крана заинтересован в приобретении крана по меньшей цене, но РП увеличивает его стоимость. Он стремится к сокращению эксплуатационных затрат, но считывание данных РП, согласно п.5.3 РД 10-399-01, вправе выполнять лишь специально обученные специалисты по считыванию или специализированные организации. При этом обучение и периодическое переобучение своего специалиста связано с дополнительными затратами, а специализированные организации взимают плату за это считывание.

Декларируемая п. 2.4 РД 10-399-01 возможность оценки выработанного ресурса на основании данных РП и, соответственно, продления срока службы крана и снижения расходов на его обслуживание, на практике не реализуется ввиду отсутствия методики такой оценки. Возможность объективного анализа причин отказов узлов и механизмов крана на основании данных РП существующих конструкций проблематична из-за небольшой информативности этих данных. А для оценки времени наработки крана зачастую удобнее и дешевле использовать обычный счетчик моточасов.

Еще более существенно то, что РП позволяет выявлять нарушения правил эксплуатации грузоподъемного крана, что его владельцу в большинстве случаев совершенно ни к чему, особенно если кран находится на гарантии завода-изготовителя. Есть, конечно, случаи, когда владелец крана, бережно относящийся к своему имуществу, с использованием данных регистраторов параметров пытается выявлять и предотвращать нарушения крановщиками правил эксплуатации крана. Но такое использование РП встречается нечасто.

Поэтому на сегодняшний день применение регистраторов в их нынешнем виде дает для владельцев кранов массу минусов и практически ни одного плюса. Соответственно, владельцы кранов не заинтересованы и не будут заинтересованы в совершенствовании РП до тех пор, пока они не станут для них действительно полезными устройствами.

Для контролирующего органа — Ростехнадзора, предпочтительнее применение таких регистраторов, которые позволили бы повысить эффективность надзорной деятельности. Но, как отмечалось, Ростехнадзор может потребовать лишь наличие РП на кране, но не улучшения его характеристик.

В итоге, среди основных лиц, действующих в жизненном цикле грузоподъемного крана, осталось обратить внимание на завод-изготовитель этого крана.

По РД 10-399-01 завод-изготовитель не рассматривается в роли инициатора оснащения своего крана регистратором. Но наш опыт разработки и производства приборов безопасности свидетельствует о том, что крановые заводы не только заинтересованы в применении РП, но и выдвигают дополнительные требования по улучшению и расширению их функциональных возможностей. В частности, высказываются пожелания по увеличению продолжительности регистрации оперативной информации до 250 моточасов, изменению периода регистрации параметров в зависимости от нагрузки крана, повышению удобства считывания информации и т.д.

Заинтересованность крановых заводов в применении и в совершенствовании РП объясняется тем, что, во-первых, при авариях или отказах каких-либо узлов и агрегатов крана, произошедших в гарантийный период его работы, завод-изготовитель путем считывания и анализа данных регистратора имеет возможность выявить и доказать нарушение правил эксплуатации крана и отклонить соответствующую рекламацию. В этих случаях наличие РП на кране — печальная реальность для его владельца. Но для кранового завода наоборот — чрезвычайно полезное устройство.

И, во-вторых, завод заинтересован в сборе и обобщении информации о работе своих кранов в эксплуатации. Она является ценным фактическим материалом, необходимым для проведения работ по улучшению конструкции крана и, соответственно, повышению его конкурентоспособности. Поэтому определение наиболее вероятных направлений совершенствования РП на сегодняшнем этапе их развития должно базироваться на учете интересов крановых заводов. Если же это приведет к тому, что регистраторы станут более полезными для владельцев кранов, то это ускорит их совершенствование.

Очевидно, что заводу-изготовителю крана требуется, в первую очередь, информативность и достоверность данных РП. Улучшение этих характеристик регистратора неизбежно приведет к оптимизации числа и вида регистрируемых параметров, алгоритмов их обработки, записи, накопления и считывания и т.д.

И второе, что требуется представителям завода-изготовителя крана, как, впрочем, и любым другим специалистам, имеющим дело с регистраторами, — это максимальное упрощение процедуры считывания накопленных данных.

Лежащие на поверхности и достаточно очевидные пути этого упрощения нами мы рассматривали в статье «Об упрощении практики считывания информации с регистраторов параметров грузоподъемных кранов». К ним относятся унификация программы вторичной обработки данных РП на ЭВМ и применение в качестве прибора считывания стандартного широко распространенного устройства, в частности Flash-карты или USB Flash drive (техническое решение по патенту RU 48525). Но сказанное относится лишь к сегодняшнему этапу развития РП.

Не представляет сомнения, что самое простое считывание данных РП — это автоматическое считывание без участия специалиста по считыванию. Оно должно осуществляться без каких-либо специально выполняемых действий — переключения РП в режим считывания, механического подключения к нему какого-либо внешнего устройства (прибора считывания) и т.п.

Понятно, что такое считывание возможно только с использованием беспроводной передачи данных (GSM/GPRS, CDMA, Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee и т.п.). Очевидно, что в перспективе такая передача данных РП обязательно будет реализована. Более того, по мнению некоторых экспертов, например Уве Интата — вице-президента европейского подразделения компании Electronic Arts, современные физические носители информации (а это CD, DVD и т.п.) проживут еще около 10 лет. После чего они исчезнут, превратившись в раритет. Их место займет онлайновый способ хранения информации (онлайновая доставка контента). Иными словами, развитие беспроводных сетей связи сделает бессмысленным применение каких-либо переносных приборов считывания. Данные, накопленные в регистраторах параметров, непосредственно с грузоподъемных кранов будут передаваться в компьютеры пользователей.

Если учесть, что данные РП представляют интерес для трех категорий пользователей: а) для специалистов завода-изготовителя крана; б) для владельцев кранов и в) для инспекторского состава Ростехнадзора, то само собой напрашивается объединение их компьютеров через сеть Интернет с созданием единой базы данных. Данные с РП  работе грузоподъемных кранов могут быть размещены на специальном сайте с организацией удаленного доступа к ним. Возникающая при этом проблема сохранения конфиденциальности этих данных может быть решена путем ограничения доступа к ним различных пользователей с использованием, например, паролей или карточек-ключей.

Рассмотрим возможные варианты реализации передачи накопленных данных из установленного на кране РП в компьютер какого-либо пользователя и, соответственно, в сеть Интернет.

С учетом того, что одной из наиболее значимых особенностей эксплуатации грузоподъемных кранов является их рассосредоточенность, по меньшей мере, по всей территории России, дистанционный (удаленный) доступ к накопленной в регистраторах информации может осуществляться путем использования:

• спутниковых, преимущественно низкоорбитальных, систем связи типа Orbcomm, Iridium, GlobalStar или Гонец;
• сетей сотовой связи GSM/GPRS, CDMA и т.п.;
• какого-либо локального канала беспроводной связи, в частности входящего в состав беспроводной локальной сети передачи данных WLAN (Wireless Local Area Network).

Безусловным достоинством любой спутниковой системы связи, в отличие от сотовых систем с ограниченными зонами покрытия, является возможность передачи данных независимо от местоположения крана, в глобальном масштабе. Применительно к России такая передача возможна при работе грузоподъемного крана, например, не только в центральной части России, но и в отдаленных районах Сибири и Крайнего Севера, где сотовая связь на сегодняшний день отсутствует. Поэтому ряд ведущих автомобилестроительных компаний для дистанционного мониторинга своих автомобилей используют именно спутниковую систему связи. Например, производственный отдел компании Hitachi использует систему Orbcomm для наблюдения за работой своих машин по всему миру. Компания Volvo также встраивает терминалы Orbcomm в некоторые модели своих автомобилей [3].

Однако терминалы спутниковых систем связи примерно на порядок дороже сотовых терминалов GSM и CDMA. Кроме того, по каналам спутниковой связи возможна передача лишь небольшого объема информации, поскольку стоимость передачи килобайта информации на несколько порядков больше, чем по сетям сотовой связи, например, по GPRS. Это предопределяет проблематичность передачи всего объема накопленных данных РП через спутниковые терминалы.

В настоящее время происходит интенсивное расширение зон покрытия сотовых систем связи с организацией передачи данных между базовыми станциями при помощи IP-сетей, в том числе с использованием оптоволоконных линий, включая межконтинентальные. Это приводит к снижению конкурентоспособности и популярности спутниковых систем. Они становятся оправданными лишь в особых случаях, например для связи с объектами морского базирования, где применение сотовых систем связи принципиально невозможно. Но основная масса грузоподъемных кранов к таким объектам явно не относится.

Поэтому, несмотря на очевидный в настоящее время недостаток сотовых сетей связи — ограниченность зон покрытия, дистанционное считывание данных регистраторов параметров грузоподъемных кранов будет осуществляться, по нашему мнению, преимущественно с их использованием (патент RU 2269483).

Стоимость такой передачи данных невелика. Например, у GSM-оператора «Мобильные ТелеСистемы» по состоянию на начало 2006 г. в Санкт-Петербурге абоненты платят по $0,25 за 1 Мбайт трафика мобильной передачи данных с 8.00 до 22.00 в будние дни. В остальное время стоимость мегабайта составляет $0,17. Абонентская плата за пользование этой услугой отсутствует. Аналогичный уровень стоимости имеет этот трафик в других регионах России и у других операторов сотовой связи.

В случае, когда грузоподъемный кран работает вне зоны покрытия сотовой сети, но периодически возвращается на место своего постоянного базирования (на стоянку, базу, в гараж и т.п.), где такая связь имеется, то проблем передачи данных РП по сотовой сети не возникает. Во время работы крана информация накапливается во встроенной памяти РП на кране. Далее, как только кран окажется в зоне радиовидимости базовой станции, нетрудно без участия крановщика реализовать автоматическую инициализацию начала сеанса передачи накопленных данных с использованием, например, GPRS или какой-либо другой технологии, которая может прийти ей на смену, в частности EDGE (Enhanced Data for Global Evolution).

Если в месте постоянного базирования грузоподъемного крана сотовая связь отсутствует, то, как правило, имеется какая-либо другая связь, например, стационарная телефонная. В этих случаях пути обеспечения мобильной связью аналогичны решению проблем улучшения покрытия сети внутри зданий/сооружений. Например, внутри станций метро сотовые операторы устанавливают NanoBTS (один из основных поставщиков — британская компания IP Access) — маленькие базовые станции с одной несущей (1 TRX), которые формируют одну пикосоту и имеют не секторную, как на стандартных базовых станциях, а всенаправленную антенну, и изначально поддерживает GPRS. Принцип действия NanoBTS GSM предполагает применение технологии GSM-over-IP (GSM по IP-сетям) с использованием телефонных либо оптоволоконных линий связи. NanoBTS разработаны в соответствии со стандартами ETSI (European Telecommunications Standardization Institute), что гарантирует их совместимость со всеми современными и планируемыми в будущем сетями.

Применение NanoBTS позволяет не только реализовать беспроводную автоматическую передачу данных РП с грузоподъемных кранов, но и обеспечить возможность использования сотовых телефонов вблизи места базирования грузоподъемного крана. Поэтому в их установке заинтересованы как руководители предприятий (владельцы кранов), так и сотовые операторы. Это дает основание надеяться на их распространение, по крайней мере, в качестве промежуточного этапа развития сотовых сетей до установки полноразмерных базовых станций.

Другим вариантом реализации дистанционной передачи данных регистратора в условиях отсутствии сотовой связи является применение какого-либо локального радиоканала связи между грузоподъемным краном и местом его постоянного базирования. Естественно, что такой канал связи может быть использован не только для дистанционного считывания данных РП, но и для других целей, в частности для голосовой связи крановщика с диспетчером.

Передачу данных РП с крана можно осуществить также с использованием беспроводной локальной сети передачи данных WLAN (Wireless Local Area Network), реализованной по стандарту Wi-Fi, ZigBee и т.п. В этом случае регистратор, расположенный на грузоподъемном кране, является одним из узлов этой сети. Если при этом сам регистратор реализован с использованием беспроводной сети передачи данных между его датчиками и электронными блоками (патент RU 2251524), то при вхождении крана в зону действия WLAN, возможно автоматическое объединение их сетей с автоматической инициализацией начала передачи накопленных данных регистратора.

Если грузоподъемный кран постоянно находится вне зоны покрытия сотовых сетей связи и применение локального радиоканала невозможно (например, при работе на трассе крана-трубоукладчика), то дистанционное считывание РП также возможно. Для этого достаточно снабдить крановщика бесконтактным устройством считывания, в которое данные РП с использованием Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth и т.п. автоматически записывались бы во время работы крана. Из этого устройства эти данные далее могут также автоматически перезаписываться в стационарно установленную ЭВМ в месте отдыха крановщика, в диспетчерском пункте и т.п., где имеется сотовая связь или, по меньшей мере, телефонная связь с внешним миром и, соответственно, сеть Интернет.

В качестве такого бесконтактного устройства считывания может быть использована какая-либо модель появившихся в последние годы сотовых телефонов GSM, оснащенных беспроводными интерфейсами Wi-Fi, Bluetooth и ZigBee. Этот вариант беспроводного дистанционного считывания РП является универсальным и наиболее экономичным. Он применим при работе крана как в зоне покрытия сотовой сети, так и вне ее, и не требует установки на грузоподъемный кран модема GSM/GPRS (EDGE). Достаточно, чтобы сотовый телефон с интерфейсами Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee имел с собой крановщик. Одновременно такой сотовый телефон может использоваться в качестве ключа, разрешающего доступ крановщику к работе с краном, для управления какими-либо параметрами работы системы защиты и управления краном и для других целей.

Особенно эффективно этот вариант реализуется в случае применения на кране беспроводной передачи данных между датчиками и электронными блоками (патент RU 2251524) с использованием какой-либо стандартной технологии, например, ZigBee (заявка RU 2004138353). Если сотовый телефон крановщика поддерживает эту технологию, то для организации беспроводного считывания данных РП не понадобится оснащение крана каким-либо дополнительным оборудованием.

Беспроводная передача данных регистратора, особенно от РП в переносное устройство считывания, возможна по оптическому инфракрасному каналу IrDA (Infrared Data Association). Более того, в некоторых отечественных приборах безопасности такая передача уже реализована. Но такой подход, на наш взгляд, является бесперспективным ввиду того, что оптическая связь по многим показателям уступает радиосвязи. В частности, при передаче данных IrDA необходимо обеспечить вполне определенную взаимную пространственную ориентацию приемника и передатчика сигнала, что неудобно для потребителей и практически исключает возможность реализации автоматической передачи данных.

Ключом к успеху инфракрасных технологий была их дешевизна. Но освоение (например, компанией Chipcon) массового производства функционально законченных приемопередатчиков безлицензионного ISM диапазона по цене порядка $2 привело к утрате IrDA своего основного преимущества. Принципиально возможна, например, передача по IrDA данных от РП в сотовый телефон крановщика и далее от этого телефона в компьютер пользователя по сотовой сети GSM/GPRS (EDGE). Но и в этом случае замена IrDA на радиосвязь Bluetooth, ZigBee представляется технически и экономически оправданной.

В конечном счете, реализация бесконтактного дистанционного считывания информации РП позволит предельно упростить и облегчить это считывание, освободив пользователей от необходимости разбираться в конструкции РП и приборов считывания, в технологиях считывания, и вывести организацию доступа ко всей необходимой информации о работе грузоподъемных кранов на интуитивно понятный уровень. Она позволит получить все необходимые данные о работе каждого крана непосредственно на рабочем месте инспектора Ростехнадзора, владельца крана и работника службы эксплуатации кранового завода. Простота считывания данных РП позволит владельцам грузоподъемных кранов и инспекторскому составу Ростехнадзора повысить контроль за исполнительской и организационно-технической дисциплиной эксплуатации кранов, включая соблюдение установленных правил безопасного выполнения грузоподъемных работ, а также своевременности и качества выполнения предписанных операций технического контроля, ППР и ТО.

Если учесть что, например, под надзором одного инспектора Ростехнадзора в настоящее время порой находится до 1000 грузоподъемных машин, важность этого упрощения нельзя недооценивать.

Другим важным направлением совершенствования РП является повышение достоверности считанных данных. Понятно, это для этого необходимо повышение надежности самого регистратора — отсутствие отказов его блоков, датчиков и линий передачи данных, а также сбоев в работе программ первичной и вторичной обработки данных.

Аппаратурные и программные методы повышения надежности регистраторов, как и любой другой электронной аппаратуры, общеизвестны и на них нет необходимости останавливаться. Но в РП вполне возможно и в большинстве случаев целесообразно реализовать дополнительные методы повышения достоверности считанных и обработанных данных. К ним относятся:

• полная автоматизация процессов накопления, чтения и обработки данных РП, позволяющая исключить ошибки оператора (или специалиста по считыванию) при выборе необходимой программы вторичной обработки данных или файла, подлежащего этой обработке, ошибки при заполнении протоколов считывания и т.д. Формирование итогового результата (протокола) обработки данных РП без участия оператора, с хранением, при необходимости, всех необходимых настроечных данных для этой обработки и, возможно, самой программы обработки, непосредственно в регистраторе (заявка RU 2006108721);
• применение встроенной диагностики всех составных частей РП, включая датчики, на аппаратном и программном уровнях, а также контроль отсутствия искажений данных в каналах их передачи (формирование и проверка контрольных сумм и т.п.), с целью выявления и исключения заведомо неверных данных регистратора (заявка RU 2004130532);
• реализация криптографической защиты информации — шифрования и дешифрования данных РП с проверкой наличия ошибок в этих данных перед формированием итогового протокола для предотвращения непреднамеренного или умышленного искажения этих данных (заявка RU 2004130532);
• хранение накопленных данных о параметрах работы крана не менее чем в двух составных частях РП, в том числе в запоминающих устройствах датчиков, с целью обеспечения их сохранности при отказах этих составных частей, в том числе центрального электронного блока регистратора, и при тяжелых авариях крана, приводящих к повреждению РП (заявка RU 2005100881).

Следующим важнейшим направлением совершенствования регистраторов параметров является повышение информативности накопленных данных о работе крана.

Исходя из интересов завода-изготовителя крана, повышение информативности РП во многом корреспондируется с возможностью и достоверностью выявления нарушений правил эксплуатации грузоподъемного крана, особенно после произошедших аварий и отказов его отдельных узлов и механизмов.

Эта информативность, в свою очередь, зависит от количества и вида регистрируемых параметров и от своевременности их записи в память РП.

Обеспечение своевременности записи предполагает выбор моментов записи параметров работы крана из условия получения достаточно полной информации о характере изменения этих параметров в динамических режимах работы крана, в том числе во время возникновения и развития аварийной ситуации.

Согласно п.3.6 РД 10-399-01 «запись параметров должна осуществляться РП постоянно в течение всего времени работы крана». Однако запись параметров в современных микропроцессорных регистраторах производится в цифровой форме и не может быть постоянной (т.е. непрерывной). Реализуема лишь периодическая запись, причем период записи не может быть меньше времени аналого-цифрового преобразования сигналов датчиков.

ООО НТЦ «Строймашавтоматизация», согласно п. 1.1 своего документа РД СМА 001-03, рекомендует производить регистрацию оперативной информации через интервалы времени 1 с. С этим нельзя согласиться.

Во-первых, некоторые крановые заводы требуют регистрации оперативной информации в течение 250 часов работы крана. Соответственно, исходя из количества регистрируемых в настоящее время параметров и требований к точности к их регистрации, запись с таким периодом требует информационной емкости энергонезависимого запоминающего устройства регистратора более 10 Мбайт. Стоимость микросхем памяти в этом случае составляет заметную величину — порядка $20. Для сравнения укажем, что в последних модификациях прибора ОГМ240 емкость памяти РП в 10 раз меньше и составляет 1 Мбайт, а в приборе ОНК-160Б — всего 0,256 Мбайта, т.е. в 40 раз меньше указанной величины.

И, во-вторых, уже достаточно давно в серийно выпускаемых РП запись параметров осуществляется с переменным периодом — период записи увеличивается при уменьшении степени загрузки крана. Это позволяет более рационально использовать информационную емкость запоминающего устройства РП.

По нашему мнению, следует ожидать, что перспективные регистраторы будут иметь улучшенную информативность за счет реализации в них более сложных алгоритмов выбора моментов записи параметров. К ним, в частности, относятся (заявка RU 2005100881):

• уменьшение периода записи пропорционально увеличению не только нагрузки крана, но и скорости изменения какого-либо аналогового параметра;
• уменьшение периода записи после изменения какого-либо дискретного параметра или управляющего воздействия крановщика, например, в течение заданного интервала времени, установленного с учетом длительностей переходных процессов при управлении краном;
• регистрация параметров непосредственно после их изменения независимо от времени окончания текущего периода записи.

Второе направление повышение информативности РП — это оптимизация количества и вида регистрируемых параметров.

Если рассматривать регистратор, встроенный в систему защиты, контроля и/или управления крана, а автономные РП уже отживают свой век, то над выбором количества и вида регистрируемых параметров в первом приближении можно особенно не задумываться. Высокая информационная емкость современных микросхем энергонезависимой флэш-памяти DataFlash и их невысокая стоимость предопределяют целесообразность записи сигналов всех присутствующих в системе аналоговых и дискретных датчиков, а также выходных сигналов этой системы. Ведь если измерение какого-либо параметра необходимо для эффективной работы системы защиты, контроля и/или управления крана, то запись этого параметра наверняка окажется целесообразной или необходимой и для достижения требуемой информативности накопленных данных РП. Нет необходимости экономить на информативности РП и выискивать «лишние» для записи параметры работы крана, если запись любого «лишнего» параметра, информация о котором уже имеется в системе, не приводит к усложнению РП и практически не влияет на его стоимость.

Например, наиболее важной неотъемлемой составной частью любой системы или прибора защиты грузоподъемного крана в настоящее время является ограничитель его нагрузки. Соответственно, уровень нагрузки (или перегрузки) является важнейшим регистрируемым параметром работы крана. Очевидно, что особая значимость регистрации этого параметра сохраниться и в перспективе.

Понятно и то, что регистрация параметров должна происходить с привязкой к реальному времени их изменения. Отсутствие часов реального времени в любом перспективном РП недопустимо с точки зрения его информативности.

Не вызывает сомнения, что в перспективных регистраторах неизбежно будет происходить увеличение количества регистрируемых параметров.

Если исходить из интересов завода-изготовителя крана, то, по нашему мнению, в первую очередь целесообразно ввести регистрацию параметра, характеризующего поперечный изгиб и скручивание стрелы крана (патент RU 2271332). Необходимый для этого контроль положения оголовка стрелы относительно ее корневой секции нетрудно реализовать при помощи недорогих бесконтактных микромеханических акселерометров. Регистрация этого параметра существенно облегчит выявление причин аварий, вызванных неправильной строповкой груза, его подъемом при наклонном положении грузовых канатов, подтаскиванием груза краном по земле и т.п.

Другим, более эффективным, но технически более сложным средством выявления этих нарушений, является применение видеорегистрации работы крана (патент RU 2270162). Установка видеокамер с обработкой и записью видеоизображений в РП весьма перспективна и неизбежно появится на грузоподъемных кранах. Она позволяет не только повысить информативность РП, но и реализовать целый ряд дополнительных функций — улучшить обзорность рабочей зоны крана (с применением соответствующего дисплея для крановщика), выявить наличие людей на пути следования груза с реализацией соответствующих функций защитного отключения движений механизмов крана, реализовать автоматическую координатную защиту и т.п.

По мере того, как у предприятий-изготовителей кранов будут появляться какие-либо дополнительные задачи по выявлению причин аварий и отказов кранов в эксплуатации, они будут требовать соответствующего совершенствования регистраторов от их поставщиков.

Это совершенствование неизбежно ускорится, если в применении регистраторов проявят заинтересованность владельцы кранов. Для того, чтобы это произошло, необходимо владельцам кранов за приемлемую цену предложить регистраторы, обладающие полезными для них функциями.

По нашему мнению, в первоочередном порядке возможно появление в регистраторах таких функций, как:

• регистрация расхода топлива (заявка RU 2005119761) с целью принятия владельцем крана мер по предотвращению его перерасхода;
• контроль местоположения крана (патент RU 2269483) с целью контроля его несанкционированного использования и противодействия угону.

Для регистрации расхода топлива в простейшем случае можно использовать уже имеющийся на грузоподъемном кране или на базовом шасси датчик уровня топлива. Это практически не приводит к усложнению и к удорожанию РП, но позволит проконтролировать объем и время заправки крана топливом, его несанкционированный слив, а также определить часовой расход топлива. По уровню часового расхода топлива владелец крана будет иметь возможность оценить его техническое состояние и, соответственно, провести необходимые профилактические работы.

Другая функция, полезная владельцу крана, — это контроль координат местоположения крана с их записью в РП или, что предпочтительнее, с оперативной передачей этих координат по каналу сотовой связи GSM/GPRS (EDGE).

Если на грузоподъемном кране установлен терминал GSM/GPRS (EDGE), то информация о местоположении крана может быть получена на основе информации от базовых станций сотовой связи, которые имеют антенны с секторными диаграммами направленности и передают свои индивидуальные коды. Это позволяет пусть с невысокой точностью, но все же определить местоположение крана (патент RU 2269483). Собственно, в любом сотовом телефоне информация о местоположении уже присутствует в виде служебных кодов.

Но ограниченность зоны покрытия сотовой сети и невысокая точность определения местоположения с ее помощью позволяют считать, что более перспективным является оснащение крана приемником сигналов спутников глобальной системы определения местоположения GPS (Global Position System), Глонас (глобальной навигационной системы) и т.п. В настоящее время приемники GPS встраиваемого исполнения при стоимости порядка $40 позволяют определять местоположение любого подвижного объекта с погрешностью не более 3—5 м. Причем использование спутниковой навигационной системы с таким уровнем точности (без приема дифференциальных поправок, позволяющих получить дециметровую точность определения местоположения), является бесплатным.

В случае применения GPS местоположение крана отражается на карте местности либо в реальном времени, если данные с крана передаются в онлайновом режиме с использованием технологии GPRS/EDGE, либо после считывания данных РП. Это позволяет владельцу крана контролировать все перемещения крана и выявлять его несанкционированное использование.

Эта система может предотвратить угон крана путем блокирования его передвижения при помощи иммобилайзера, топливного клапана и т.п. при выезде крана за пределы предварительно установленной и записанной в регистратор разрешенной зоны работы. Но даже если устройства блокирования передвижения крана отсутствуют или отключены угонщиком, передача данных о местоположении крана в какой-либо диспетчерский пункт в режиме реального времени позволяет своевременно выявить факт угона крана и направление его движения. Это открывает возможность оперативной реализации мер по противодействию угону, что крайне важно для владельца крана.

Среди других функций, которые могут быть реализованы в перспективных регистраторах параметров, дополнительно можно отметить:

• запись в РП идентификационных данных крановщика и обслуживающего персонала, например отпечатков пальцев, с целью последующего выявления лиц, работавших на грузоподъемном кране, или для ограничения их доступа к управлению краном (патент RU 2267457);
• учет и запись в регистратор продолжительности времени работы крановщика с целью выявления нарушений установленного режима труда и отдыха крановщика (патент RU 2267457);
• запись в РП производственных заданий крановщику и их вывод на дисплей во время работы крана;
• запись в регистратор координат рабочей площадки и маршрута следования крана к месту его работы с выводом этой информации на дисплей во время движения крана;
• перезапись накопленных данных РП при его перестановке на другой грузоподъемный кран или дополнение его записей данными о предыдущей работе крана до установки на него регистратора (патент RU 48525, заявка RU 2004130532);
• перепрограммирование, в том числе дистанционное, алгоритмов работы РП с целью его улучшения, например, в случае оснащения крана дополнительными датчиками или применения усовершенствованных алгоритмов первичной или вторичной обработки данных о параметрах работы крана (патент RU 48525).

Совершенствование алгоритмов обработки данных регистратора параметров перед их записью в запоминающее устройство имеет крайне важное значение. В первую очередь это касается алгоритмов вычисления интегральных параметров, характеризующих наработку крана, оценку его остаточного ресурса и т.п. Эти вопросы освещены в работах А. А. Зарецкого, А. И. Инденбаума и других специалистов и мы не будем на них подробно останавливаться. Отметим лишь, что совершенствование регистраторов в этом направлении неизбежно приведет к реализации экспертной системы грузоподъемного крана.

Накопленные в РП данные о параметрах работы крана, в том числе в динамических режимах его работы, данные о техническом состоянии крана, об обслуживающем персонале, о проведенных регламентных профилактических и ремонтных работах можно представить в виде информационных базы данных о работе грузоподъемного крана. В энергонезависимой памяти РП могут храниться также сформированные при помощи экспертных оценок информационные базы данных о наиболее целесообразной последовательности действий крановщика по управлению краном в различных режимах его работы, о характеристиках аварийных ситуаций грузоподъемного крана и о наилучших действиях крановщика или автоматизированной системы управления краном по выходу из аварийных ситуаций.

С использованием этих баз данных возможен прогноз поведения крана и выбор управляющих воздействий, наилучших с точки зрения безопасности или экономичности работы крана, с выдачей крановщику рекомендаций по управлению краном, в том числе в аварийных режимах. Возможны выдача крановщику предупреждающих сообщений и блокирование движений крана, если крановщик не реагирует на это предупреждение — автоматический переход от ручного управления к автоматическому, а также оценка правильности действий крановщика и запись результатов этой оценки в РП (заявка RU 2004134628). Благодаря этому перспективные РП могут обеспечить существенное повышение эффективности и безопасности работы крана.

Выводы

1. Движущей силой совершенствования регистраторов является не ужесточение нормативных требований к ним со стороны Ростехнадзора, а заинтересованность потребителей в их применении. В первую очередь — крановых заводов. В случае реализации в РП дополнительных функций, в частности регистрации расхода топлива и контроля местоположения крана, в применении регистраторов могут быть заинтересованы владельцы кранов.
2. Генеральными направлениями развития РП является повышение информативности и достоверности данных регистратора параметров, а также упрощение процедуры их считывания.
3. Для максимального упрощения считывание данных РП целесообразно реализовать автоматическую беспроводную передачу данных регистратора в компьютеры пользователей и, соответственно, в сеть Интернет. Наиболее перспективной является онлайновая передача данных с использованием сотовых каналов связи — технологии GSM/GPRS/ EDGE. В случае работы крана вне зоны покрытия сотовой связи, для автоматической передачи данных РП целесообразно применение беспроводной локальной сети передачи данных WLAN (Wireless Local Area Network), реализованной по стандарту Wi-Fi, ZigBee и т.п.
4. Для повышения достоверности данных в РП могут быть реализованы автоматизация процессов накопления, чтения и обработки данных РП, встроенная в РП диагностика всех его составных частей, криптографическая защита информации и хранение накопленных данных о параметрах работы крана не менее чем в двух составных частях РП.
5. С целью повышения информативности данных в РП ;целесообразно отказаться от периодической записи параметров и осуществлять эти записи в моменты времени, зависящие от нагрузки, скорости изменения параметров работы крана и управляющих воздействий крановщика. С той же целью целесообразно осуществлять записи сигналов всех датчиков, присутствующих в системе защиты и управления крана, а также проработать возможность установки дополнительных датчиков, в частности для контроля поперечного изгиба и скручивания стрелы крана и для видеорегистрации работы крана.
6. Дальнейшее совершенствование информативности регистраторов неизбежно приведет к реализации на их основе экспертной системы грузоподъемного крана и к качественно более высокому уровню эффективности их применения.

25 апреля 2006 г.

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Оглавление