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)督和復核手段，實際工作中違規(guī)嚴重。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，總想在最短時間內(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。
因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）獲取真實的第一手數(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》（國務院第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、使用、拆裝工作是不被監(jiān)督的）。
有的管理人員錯誤地認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)的遠程監(jiān)控、遠程報警和遠程告知，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、中國國家標準化管理委員會，聯(lián)合發(fā)布塔式起重機國家標準，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)控標準的要求，應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，如果嚴格一點要求，也不能達到安全黑匣子標準。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)控標準的要求。
二．絕對值多圈編碼器在塔機黑匣子上的應用
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：標準工業(yè)等級（歐標），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。