Однако,  указанные выше Правила Ростехнадзора и стандарты не распространяются на появившиеся совсем недавно на отечественном рынке современные устройства для дистанционного мониторинга и контроля за безопасной эксплуатацией  грузоподъемных машин [11-15].  Это оборудование не входит в состав ограничителей грузоподъемности (ОГП) кранов, а также формально не относится к автономным регистраторам параметров  (РП) работы кранов, хотя технически и служит для целей фиксации и переноса оперативной информации об эксплуатации подъемных сооружений либо на удаленный веб-сервер, либо в персональный компьютер. В качестве среды передачи данных могут быть принципиально использованы как беспроводные (радио, GSM/GPRS, ZigBee, WiFi, Bluetooth, WiMax, LTE и пр.), так и проводные (телефонные, ISDN, xDSL, компьютерные) сети (электрические или оптические). Штатные серийные российские РП (встроенные в ограничители грузоподъемности типа ОНК-160, ОГМ-240 и др.) в силу достаточно небольшого объема памяти их энергонезависимых запоминающих устройств (несколько десятков МБ) не имеют возможности накапливать оперативную информацию о работе машины за время, например, более двух-трёх месяцев, причем только с использованием предложенного еще в 1997-ом году метода  «грузодинамически  регулируемых  интервалов записи» [16], когда периоды фиксации характеристик уменьшаются (с 40 секунд) до 1 секунды при увеличении степени загрузки крана свыше 100%. Это объясняется, прежде всего, финансовыми соображениями (стоимостью микросхем памяти), а также тем, что до последнего времени, помимо традиционно выполняемых функций РП [5], на них не возлагали каких-либо иных задач.

Как известно [5,17], регистраторы параметров являются универсальными экспертно-информационными устройствами, которые способствуют повышению безопасности на основе укрепления дисциплины эксплуатации крана путем адекватной оценки выработанного ресурса, соблюдения сроков проведения и содержания регламентных работ, а также объективного анализа возникновения и расследования аварийных ситуаций и инцидентов в соответствии с нормативными документами. Применение регистраторов параметров позволяет получать объективную информацию о режимах работы кранов и данные для анализа причин отказов их узлов и механизмов; при проведении экспертизы промышленной безопасности продлевать срок службы кранов и снижать расходы на их обслуживание на основании оценки выработанного ресурса; проводить работы по техническому обслуживанию и ремонту в зависимости от фактической наработки крана; использовать информацию (как оперативную, так и долговременную) для оценки проектного рабочего периода крана (механизмов), в том числе при сдаче крана в аренду или лизинг.

Были  предложения по расширению функций РП и, соответственно, ОГП [18],  однако большинство из них не нашло практического воплощения, а зарегистрированные в России многочисленные патенты на изобретения и полезные модели, отражающие эти технические решения, в силу различных причин  в настоящий момент прекратили действие (№ 2251524 от 18.11.2002г., № 2267457 от 01.12.2003г., №2264973 от 08.12.2003г., № 2269483 от 12.04.2004г.,  №2270162 от 16.03.2004г., № 2271332 от 23.08.2004г., № 2307059 от 29.08.2005г., №2306255 от 23.01.2006г., №2391285 от 13.02.2009г., №2397943 от 25.02.2009г., №2396201 от 20.03.2009г., №48525, 47866 и др.).

Стоит отметить, что за рубежом оборудование для дистанционной передачи информации о работе грузоподъёмных кранов применяют давно и достаточно эффективно. В частности, на башенные краны германской фирмы «Wilbert» устанавливается комплексная многофункциональная система e.tronic «programmable logic control» [19], которая  автоматически фиксирует все важные рабочие параметры крана и данные о неисправностях, которые можно получить дистанционно через Интернет посредством GSM-модема. Это дает возможность  контролировать рабочие и технические параметры эксплуатации крана на расстоянии. Смазывание опорно-поворотного устройства крана регулируется автоматически центральным смазочным устройством, также управляемым системой e.tronic. В случае перерасхода смазочного материала система e.tronic автоматически направляет СМС-сообщение на установленный ранее номер телефона сервисного обслуживания. Примерно  такими же функциями обладает система LiDAT фирмы «Liebherr» [20].

В России  серийно выпускается единственная на сегодняшний момент система дистанционного мониторинга типа «АвтоГРАФ-КРАН» (рис.1) производства ООО «ПрофМониторинг» (г.Екатеринбург) [12-15], предназначенная для удаленного получения сведений с кранов, оснащенных приборами безопасности серии ОНК-160  Арзамасского электромеханического завода [21]. Аппаратура «АвтоГРАФ–КРАН» устанавливается в кабине крановщика, подключается к прибору безопасности и передает по каналу GPRS в режиме реального времени данные о местоположении крана,  массах поднимаемых грузов, вылетах стрелы, перегрузках крана, времени работы крана, сработавших защитных ограничениях и т.д.. На случай, если кран находится вне зоны действия сети, в приборе предусмотрен «черный ящик» с объемом памяти, достаточным для хранения оперативной информации о работе крана в течении до 2-ух месяцев (в зависимости от загрузки крана).   Дополнительно, в качестве опций, к прибору «АвтоГРАФ­КРАН» могут подключаться различные первичные измерительные преобразователи: датчик уровня топлива, устройство идентификации машиниста крана ­ CardReaderRFID,  фотокамера, резервный аккумулятор.  В приборе «АвтоГРАФКРАН»  с версией v.GSM+ дополнительно реализована функция диагностики подключения к прибору безопасности ОНК-160. Таким образом, если произойдет отключение аппаратуры «АвтоГРАФ–КРАН» от ОНК-160, то система зафиксирует это событие и позволит отправить СМС – сообщение диспетчеру о внештатной ситуации.  Однако, это возможно только при наличии источника резервного электропитания.  Средняя продолжительность работы прибора «АвтоГРАФ–КРАН» (v.GSM+) от резервного аккумулятора составляет от 1-го до 4-ех часов в зависимости от температуры окружающей среды.

Во встроенных РП  приборов безопасности ОНК160 оперативная информация о работе крана хранится от 4-ёх часов до нескольких месяцев (в зависимости от модификации). В случае происшествия, если кран не будет отключен от электропитания, вся предшествующая информация о работе крана будет «затерта» новой информацией (пусть и нулевой). Таким образом, невозможно будет объективно и непредвзято выявить  причины, по которым произошло ЧП, ни проанализировать действия машиниста крана. Использование же прибора «АвтоГРАФКРАН» ликвидирует этот пробел за счет архивации  данных на удаленном сервере, которые всегда можно просмотреть и проанализировать. Получая такие данные с парка кранов, имеется возможность планировать работу сервисных служб, а также объективно оценивать работу крана и его механизмов. По мере накопления данных с кранов  можно провести статистический анализ этих сведений и совместно с производителями кранов выработать рекомендации по определению межсервисных интервалов для различных модификаций кранов.

Дальнейшее развитие устройств архивации и трансляции параметров работы грузоподъемных кранов было обусловлено внедрением в РФ риск-ориентированных подходов к контрольно-надзорной деятельности на опасных производственных объектах, направленных на сокращение числа проверок при одновременном расширении использования форм контроля, не требующих непосредственного взаимодействия между проверяющими и проверяемыми [11,22], что нашло отражение в п. 1 «Дорожной карты» Плана мероприятий по совершенствованию контрольно-надзорной деятельности в России на 2016-2017 годы, утвержденного Распоряжением Правительства РФ 01 апреля 2016 г. N 559-р.  В проекте федерального закона «Об основах государственного контроля (надзора)  и муниципального контроля в Российской Федерации» [23] предлагается для целей планирования деятельности по проведению государственного контроля (надзора) осуществлять его, в том числе, в форме мониторинга: целенаправленного, постоянного (систематического, регулярного, непрерывного), опосредованного получения сведений, содержащихся в информации (отчетности), предоставляемой  организациями, с целью своевременного предупреждения,  выявления и пресечения нарушений  обязательных тре- бований, оценки и прогноза этих нарушений.

Для указанных выше целей  была разработана аппаратура нового поколения для регистрации параметров работы крана, реализующая динамическую модель оценки риска возникновения неблагоприятных ситуаций при эксплуатации крана  и которую можно рассматривать в качестве устройства предупреждения аварий [11].

Использование описываемой ранее системы мониторинга грузоподъёмной машины «АвтоГРАФ–КРАН» имеет  определённые ограничения.  В частности, приёмо-передающее устройство этой аппаратуры  не приспособлено для хранения (архивации) больших объемов информации (более двух-трёх ГБ), необходимой для постоянного качественного мониторинга безопасности эксплуатации крана.  При этом, помимо необходимости подключения к безлимитным тарифам операторов сетей сотовой связи, существует реальная проблема  потери данных при передаче этого массива информации при плохом качестве приемо-передачи сигналов  мобильной связи GSM/GPRS.  Очевидно также, что процесс передачи данных происходит в этом случае под управлением микропроцессорного контроллера прибора ОНК-160, что не обеспечивает гибкости протокола обмена информацией.

Предлагаемая система мониторинга грузоподъёмной машины лишена указанных недостатков и содержит (рис.2):

Рис.1. Система дистанционного мониторинга типа «АвтоГРАФ-КРАН»

- устройство 1 регистрации рабочих параметров грузоподъёмной машины, включающее в себя цифровой вычислительный блок 2, периферийные устройства регистрации параметров грузоподъёмной машины в виде датчиков 3 измеряемых и/или контролируемых параметров и встроенное запоминающее устройство 4, связанные между собой с помощью цифровой линии связи – интерфейсной шины 5;

- блок 6 архивации и трансляции параметров грузоподъёмной машины, включающий в себя контроллер 7, к которому подключены энергонезависимое запоминающее устройство 8, устройство индикации 9, порт 10 для проводного подключения к интерфейсной шине 5, порт 11 для проводного подключения внешнего компьютера 12 (для хранения, анализа и отображения полученной информации) и модуль 13 беспроводной связи.

Интерфейсная шина 5 обеспечивает:

- магистральную структуру соединения составных частей прибора безопасности, в который встроено устройство 1 регистрации рабочих параметров грузоподъёмной машины;

- обмен информацией между составными частями устройства регистрации рабочих параметров грузоподъёмной машины и блоком архивации и трансляции параметров грузоподъёмной машины.

Модуль 13 беспроводной связи может функционировать как в режиме конечного устройства в локальной сети, так и в режиме точки доступа. К модулю 13 беспроводной связи, работающему в режиме точки доступа, одновременно может быть подключено несколько внешних беспроводных устройств, например, аналогичные модули систем мониторинга, установленные на других близкорасположенных грузоподъёмных машинах с пересекающимися зонами обслуживания, для осуществления функции предотвращения столкновения, а также модуль беспроводной связи внешнего компьютера 12.

Датчики 3 измеряемых и/или контролируемых параметров грузоподъёмной машины в общем случае включают в себя тензометрический датчик нагрузки грузоподъёмной машины (силы или давления), датчик угла подъёма/наклона стрелы, датчики длины стрелы и угла поворота грузоподъёмной машины (азимута), а также датчики скорости ветра, предельного подъёма грузозахватного органа, приближения к линии электропередачи, положений органов управления грузоподъёмной машины и др. При этом, датчики с релейными  и аналоговыми выходными сигналами подключены  к цифровому вычислительному блоку 2, а датчики с цифровыми выходными сигналами – к интерфейсной шине 5.

Электропитание элементов устройства  регистрации параметров грузоподъёмной машины осуществляется от бортовой сети крана и/или от расположенного внутри прибора безопасности ОНК-160 преобразователя напряжения.  Питание блока архивации и трансляции параметров  может осуществляться как от прибора безопасности грузоподъёмной машины, так и от USB-порта внешнего компьютера 12.

В блоке 6 контроллер 7  выполнен на базе микроконтроллера фирмы Atmel, имеющего в составе   интерфейсы связи UART и USB, высокое быстродействие и EEPROM память. Это дает возможность хранить в микроконтроллере основную настроечную и идентификационную информацию,  а также данные о наработках (аналогично долговременной накопительной памяти регистратора параметров прибора ОНК-160), а при необходимости замены запоминающего устройства – копировать эти данные в память EEPROM. Таким образом, в запоминающем  устройстве  8  всегда будет  актуальная    информация о параметрах работы  крана и его механизмов,  а в дополнение  контроллер 7  будет  являться резервным хранилищем долговременной информации, что повышает надёжность системы.

Порт 10 включает в себя преобразователь интерфейсов и приемопередатчик  шины 5 данных на базе стандартных микросхем. Микросхемы интерфейсов подбираются, исходя из интерфейса связи прибора безопасности. Наиболее распространенными являются мультиплексные интерфейсы CAN, LIN, RS-485. Широкий ассортимент микросхем позволяет реализовать связь контроллера 7 с любым из вышеперечисленных интерфейсов, а также осуществить гальваническую развязку линии связи устройства  регистрации параметров с блоком  архивации и трансляции параметров.

Устройство  индикации 9 выполнено в виде набора светодиодов, отображающих текущее состояние блока 6.

В качестве энергонезависимого запоминающего устройства 8 использован твердотельный легкосъёмный накопитель информации в виде стандартной SD или microSD карты (Secure Digital Card, Memory Stick, Industrial Temperature microSD UHS-I компании «Kingston» с диапазоном рабочих температур от минус 40°C до плюс 85°C и емкостью 8 ГБ). Установка карты памяти позволяет существенно упростить и ускорить считывание информации путем замены заполненной карты памяти на чистую карту,  а также способствует оптимальному  выбору объёма памяти и типа накопителя в зависимости от решаемых задач и эксплуатационных условий.

Порт 11 включает в себя модуль связи с компьютером 12, выполненный на основе микросхемы преобразования интерфейсов, такой как FT232RL фирмы FTDI. Порт 11 может являться частью контроллера 7.

Модуль  беспроводной связи 13 строится, исходя из необходимого интерфейса беспроводной связи: Bluetooth, Wi-Fi (IEEE 802.11), ZigBee и пр. Наиболее перспективными являются Wi-Fi модули на основе микросхемы серии ESP8266. Данные модули обладают широкими функциональными возможностями и малые габариты.

В качестве внешнего компьютера 12 может быть использован любой современный портативный персональный компьютер, предпочтительно ноутбук, имеющий порт USB. Внешний компьютер  снабжен энергонезависимой памятью для хранения оперативной и долговременной информации о параметрах грузоподъёмной машины и результатов её обработки, и приспособлен для оперативного, в процессе приёма, контроля и анализа полноты, целостности и достоверности данных, принятых из устройства  регистрации параметров  грузоподъёмной машины, и отображения результатов этого анализа на мониторе. При извлечении карты из разъёма устройства 8 и её установки в компьютер 12 осуществляется  перенос информации в запоминающее устройство компьютера с последующим размещением этих данных на “облачном хранилище” (Яндекс, Гугл и пр.) в сети Интернет и доступом к ней заинтересованных лиц (по логину и паролю). После считывания информации карта памяти устанавливается обратно в разъём запоминающего устройства 8. При замене одной карты памяти на другую  контроллер 7 автоматически определяет объём памяти новой карты и её технические характеристики, дополнительные настройки системы не требуются.

Рис.2. Структурная схема системы мониторинга грузоподъемного крана

При возникновении неисправностей в работе прибора безопасности ОНК-160 система позволяет проводить контроль и диагностику отдельных датчиков и блоков прибора  безопасности. Для контроля работы датчиков и блоков прибора безопасности используется компьютер 12. Для диагностики отдельного датчика или блока прибора  безопасности с внешнего компьютера 12 по проводной или беспроводной линии связи передается команда в микроконтроллер 7 для начала опроса диагностируемого датчика. Контроллер 7 через преобразователь интерфейсов порта 10 передает в интерфейсную шину 5 команды диагностируемому датчику 3 и считывает ответы датчика 3 из интерфейсной шины 5 через преобразователь интерфейсов порта 10. Полученную информацию контроллер 7 передает компьютеру 12, где производится её обработка, анализ и запись в случае необходимости.  Аналогично с компьютером 12 могут передаваться в датчики служебные команды, такие как присвоение адреса, коррекция показаний и пр.

Блок  архивации и трансляции параметров грузоподъёмной машины выполнен в виде единого конструктивно законченного прибора выносного типа со встроенным устройством для чтения/записи карт памяти (кардридером), расположенным внутри герметизированного корпуса, и позволяющим работать с модулями флэш-памяти нескольких стандартов. В корпусе блока 6 установлена плата, на которой смонтированы контроллер 5 с обвязкой, элементы устройства  индикации 9, элементы преобразователя интерфейсов, элементы энергонезависимого запоминающего устройства 8, элементы модуля связи с внешним компьютером 12 и элементы модуля  беспроводной связи 13. Корпус снабжен съёмной крышкой с герметизирующей прокладкой для защиты элементов блока 6 от несанкционированного доступа и воздействия внешней среды. На корпусе установлены два разъёма для подключения блока к шине 5 и USB-разъём для проводного подключения внешнего компьютера 12.

Представленное устройство архивации и трансляции параметров работы грузоподъемных кранов предназначено для практической реализации технических мероприятий по управлению промышленной безопасностью подъемных сооружений классическими методами прогнозирования (ретроспекция, диагностика и прогноз) [24].

Применение такого оборудования  позволяет решить ряд важных проблем, а именно:

- отображать и архивировать ретроспекцию работы крана и его механизмов (оперативную информацию)  с дискретностью в одну секунду за период до 500 дней (фиксация параметров их работы, анализ и обработка данных, оформление соответствующих отчетов в виде графиков, таблиц, анимационных изображений о работе крана в реальном масштабе времени);

- передавать эту информацию на удаленный веб-сервер с обеспечением доступа к ней заинтересованных лиц, в том числе сотрудников органов контроля (надзора), причем  можно говорить о том, что традиционные механизмы инспекционного контроля в этом случае дополняются и модернизируются риск-ориентированными подходами к созданию системы безопасности эксплуатации ПС на конкретном предприятии;

- достоверно проводить экспертизу технического состояния (диагностику) крана;

- повысить ответственность организации за эксплуатацию ПС на опасном производственном объекте (мониторинг безопасности в соответствии с законодательством);

- планировать работы по техническому обслуживанию и повышению уровня безопасности (прогноз) крана;

- оценивать деятельность по обеспечению уровня безопасности крана в целом.