塔式起重機是建筑工程進行起重運輸作業(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一步惡化，最終導(dǎo)致塔式起重機的傾翻。

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)化管理委員會，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)控的核心及可靠性最重要的環(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。

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，防護等級為外殼IP67，另外或輕載型經(jīng)濟級。

其中，防護等級是指外殼的防塵防水，編碼器的防護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）。所以防護等級外殼要達到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，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。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。