塔式起重机是建筑工程进行起重运输作业的重要设备，塔式起重机事故关系国计民生、危害重大，而目前众多的塔式起重机司机虽然有上岗证，由于缺少监督和复核手段，实际工作中违规严重。加强检查和考核非常重要。塔式起重机倾翻事故发生的原因可以分为两大方面：一方面由于塔式起重机管理不到位，违章操作、违章超载、斜拉斜吊现象普遍存在；二是由于对塔式起重机安全隐患不能够及时发现，例如，在塔式起重机基础发生倾斜、关键焊缝出现微裂纹、螺栓松动的情况下没有及时检查维修，致使在塔式起重机继续使用过程中使潜在的缺陷进一步恶化，最终导致塔式起重机的倾翻。下面对形成目前这种现状的原因进行探讨，并分析使用塔机黑匣子（塔机安全监控管理系统）的意义。
一、原因分析
1、主观原因：
塔式起重机使用单位从其施工速度考虑，总想在最短时间内吊完所有需吊起的材料，因而在起吊次数一定的条件下，就想通过增加每吊重量来实现上述目的。在其主观上存在超载的严重倾向。
部分塔式起重机租赁单位为保持客户不断增长、租赁业务的不断扩大，对使用单位的超载等违章操作行为，睁只眼闭只眼，甚至个别业务人员为赚取租赁差价，将低规格塔式起重机以高规格塔式起重机外租，即使使用单位按租赁协议吨位起吊，对塔式起重机本身已造成了超载，放纵了超载等违章作业行为，因而无论租赁单位或使用单位受利益驱使，从主观上抵制有效监管。
2、客观原因：
塔式起重机原有的安全限位器，现场因缺少砝码无法及时调试，造成安全限位器成了摆设。当塔式起重机司机发现危险时，很容易出现急停急回。
塔式起重机技术档案特别是累计运转记录多为使用或租赁单位填写，管理部门无法查证其真实性，给违章操作造成可乘之机。
因以上原因造成了塔式起重机使用过程中的普遍超载等违章作业，除了本身极易造成安全事故外，频繁的超载极有可能引发塔式起重机钢结构某些部位的疲劳损伤，特别是超载情况下的猛起猛落，对塔式起重机结构损伤巨大，极易形成恶劣事故。
二、使用塔机黑匣子，起重机安全监控管理装置的意义分析
目前已开发使用的安全监控装置有“塔机黑匣子”和防倾翻监控仪，其中监控仪通过观察塔式起重机的倾斜而进行记录和报警，无论是塔式起重机工作状态（如超载、斜拉等），或非工作状态（如螺栓松动、基础不均匀下沉），使造成的塔式起重机机身倾斜度超过临界状态均可记录和报警提示。
1、使用塔吊黑匣子，塔式起重机安全监控管理装置，通过高科技手段（如记录芯片）获取真实的第一手数据，而且不可人为更改，为真实贯彻《建设工程安全生产管理条例》（国务院第393号令）、《建筑起重机械备案登记办法》（建质[2008]76号）、《特种设备安全监察条例》（国务院第373号令）、《建筑起重机械安全监督管理规定》（建设部第166号令）、《塔式起重机技术条件》GB/T9462-1999、《塔式起重机安全规程》GB5144-2006、《塔式起重机操作使用规程》JB/T100-1999的相关要求提供有力的技术支持。
2、使用塔机黑匣子，塔式起重机安全监控管理系统装置，是加大监督管理力度，消除事故隐患的需要。安装塔吊黑匣子，塔式起重机安全监控管理装置可以有效地减少违规现象，首先，塔式起重机管理人员已经习惯的灰色地带经过数据整理将全部透明；其次，不熟练的甚至不具备资质的操作人员的技能评估将通过数据统计被暴光；最后，所有的塔式起重机使用过程（包括吊载状态和非吊载状态）数据将通过数据分析得到再现，从而使相关人员习惯于被监督的工作状态；而以前是相反的（即几乎所有的相关人员的工作内容包括司机、拆装工、指挥人员（信号工）的维护、使用、拆装工作是不被监督的）。
有的管理人员错误地认为只要保证目前的安全限位器正常使用即能保证塔式起重机安全，实际上，非超载状态的安全和所有的运行记录是无法通过目前的安全限位器实现的。
3、使用塔机黑匣子，塔式起重机安全监控管理装置，是培养队伍、提高从业人员素质、提高监督管理技术水平的需要。通过处罚司机操作过程中打反车、急停急吊、斜拉斜吊等错误行为，教育司机和管理者，将有效地消除恶性事故的发生概率。特别是当塔吊司机观察不到所吊重物时，若指挥人员不限制工人装配的货物状态（重量、位置），起吊时司机可通过监控仪获知所吊重物是否超载或斜拉，及时采取措施纠正。
对于塔式起重机有时出现连接销轴孔与销轴配合不符合设计要求，连接高强螺栓松动后未及时拧紧的现象，通过及时维修和补救措施，可以保证建筑工程安全、可靠的施工进度。
通过司机上班观察塔吊黑匣子仪器指示的塔身倾角和每月一次的数据统计整理可以保证塔身轴心线侧向垂直度满足要求，减少了塔身轴心线侧向垂直度的测量次数，不必每次必须用经纬仪和专业人员完成塔身轴心线侧向垂直度测量，简化了管理环节、提高了管理水平。
塔机安全监控系统，基于传感器技术、嵌入式技术、数据采集技术、数据融合处理、无线传感网络与远程数据通信技术，高效率地完整实现建筑塔机单机运行和群塔干涉作业防碰撞的实时监控与声光预警报警功能，并在报警的同时自动中止塔机危险动作。与过去塔机机械式限位器以及塔机“黑匣子”或塔机记录仪的封闭式监控、记录不同，塔机安全监控系统前端监控装置和后端远程监控平台无缝融合，实现了开放式的实时监控，在对塔机实现现场安全监控、运行记录和声光报警的同时，通过远程高速无线数据传输，将塔机运行工况安全数据和预警报警信息实时发送到GIS可视化监控平台，并能在报警时自动触发手机短信向相关人员报警，从而实现实时动态的远程监控、远程报警和远程告知，使得塔机安全监控成为开放的实时动态监控。
一．塔机黑匣子回转防碰撞监控必须选用绝对值多圈编码器
根据国家十二五计划规定，大型起重机械必须安装安全保护记录装置（也称为安全黑匣子），并且对生产销售企业有严格要求，建筑机械塔机黑匣子(又叫塔式起重机远程安全监控系统）,主要应用于塔机的实时监控，避免因操作者的疏忽或判断失误而造成的安全事故，尤其在塔机群多台塔机之间的防碰撞功能，单台塔机的禁行区防碰撞功能的监控，可极大地保证塔机的安全使用。
随着城市建设的飞速发展，塔式起重机被越来越多地使用在市政建设、桥梁、高层建筑等施工场所。但是由于塔式起重机在使用过程中具有较大危险性，重大伤害事故的发生率也在提高。为有效地预防和降低施工现场塔式起重机的安全事故，保证起重机的安全正常运行，2008年8月，国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会，联合发布塔式起重机国家标准，规定从2009年2月1日起，塔式起重机必须装备具有采集、记录、显示、传输、预警、报警功能的安全记录装置-塔机黑匣子。
塔机安全监控系统，是基于传感器技术、嵌入式技术、多数据采集技术、数据融合处理、无线传感网络与远程数据通信技术，高效率地完整实现建筑塔机单机运行和群塔干涉作业防碰撞的实时监控与声光预警报警功能，并在报警的同时自动中止塔机危险动作。其中传感器技术是整个监控的核心及可靠性最重要的环节。
在塔机黑匣子的监控系统中，塔机吊臂高度、小车位置、吊臂回转角度及速度监控等都需要用到角度传感器，其中，吊臂回转角度关系到塔机群中两个塔机吊臂之间防碰撞的关键性安全监控，由于防碰撞计算的吊臂长度对于测量角度的三角函数放大作用，测量回转角度传感器的精度及可靠性往往决定了安全监控的成败。为此，在比较了各种角度传感器的特点适用性及成本要求，高位数高可靠性的绝对值多圈编码器是必须的选择。
按照塔机黑匣子监控标准的要求，应允许塔机吊臂做正反方向的回转三圈，角度监控的分辨率优于1度，同时还有测量精度要求。为此，按此计算的总测量行程分辨率必须大于360度x3圈=1080，这样的分辨率精度要求，原先塔机用电位器测量的方法是不能满足的（电位器分辨率0.5%FS），用增量值编码器也不符合抗干扰及停电位置不丢失的要求，只能用绝对值编码器大于11位（大于1080分辨总数）及以上，而且是三圈以上测量量程。实际上因为安装的方法，是依靠塔机回转大齿轮带动小齿轮测量，实际测量圈数值为几十圈。
有一些塔机黑匣子厂家选用了电位器作为回转角度的监控，还有一些厂家选用了10位单圈绝对值并行信号的编码器，都不符合塔机安全监控的要求。电位器无论是分辨率还是精度都太低，其触点接触式的工作原理的不可靠性，更不能应用在安全性设备中。而单圈绝对值十位并行编码器，依赖外部机械减速齿轮达到三圈的量程，10位1024分辨率已经略低于1080，而且还要经过机械减速的回程误差，其分辨率也是勉强凑数的，而精度更因为回转齿轮的误差而更差，如果严格一点要求，也不能达到安全黑匣子标准。为此，塔机黑匣子的防碰撞回转角度的监控必须用较高位数的绝对值多圈编码器才能真正符合塔机黑匣子监控标准的要求。
二．绝对值多圈编码器在塔机黑匣子上的应用
1.真正意义的安全性——绝对值真多圈编码器。绝对值多圈编码器，都是内部由高精密机械齿轮带动的全行程真多圈绝对值编码器（机械钟表齿轮式），这种编码器技术是真正意义上的唯一“绝对值”。其内部为非接触式绝对值数字编码测量原理，无需计数、无需电池、无需靠停电记忆，所有位置绝对唯一，不怕干扰不怕停电，不仅仅可以在360度内测量，还可以依赖内部的钟表式齿轮在多圈的角度绝对值测量，是真正意义的“安全性”角度传感器。
2.绝对值多圈编码器的特性描述：
a.测量圈数及每圈分辨率：分为2种，一种测量4096圈，每圈4096分辨率；另一种测量64圈，总测量分辨率为14位16384.
b.信号输出：一种为RS485数字信号+4—20mA双备份信号输出（安全冗余），另一种为RS485数字信号或者4—20mA（或1—5V）信号（选一）。
c.工作环境等级：标准工业等级（欧标），温度-25度——80度，防护等级为外壳IP67，另外或轻载型经济级。
其中，防护等级是指外壳的防尘防水，编码器的防护等级是塔机黑匣子必须考虑的重要因素，塔机在于露天工作，即使是编码器外部有盒子，但是对于日夜温差产生的水汽，编码器外壳必须是无螺丝全密封的，不然水汽容易浸入影响编码器光学系统，编码器不稳定甚至报废（就好比戴眼镜怕水汽一样）。所以防护等级外壳要达到IP65以上，从外观上看，就是外壳无螺丝金属全密封。
d.编码器的信号引线及可靠性：无论是选用RS485信号还是4—20mA信号，编码器的信号引线都是2根。编码器的信号引线的可靠性因素，并行信号接线多，电缆长，电缆成本接头成本上去了，而且塔机工作环境振动、水汽等，线头太多也带来了接头可靠性不稳定的问题。另外，并行信号芯线多，大多不会做TVS防浪涌保护，对于雨天潮湿、雷击等很容易损坏。RS485信号只用2根信号线，信号接头的不可靠概率大大下降，一般RS485口都有TVS浪涌保护。另外，有些并行10位编码器没有用格雷码，而是用了BCD码或纯二进制码（BIN码），这种编码不如格雷码，会产生跳码，国外真正的编码器厂家从不生产这种并行编码的，这种跳码概率带来的是黑匣子不稳定性，有时在使用中因跳码而误动作。RS485信号为数字式通讯信号，抗干扰可靠性高。
e.回转精度，全行程真多圈绝对值编码器有分辨率12位甚至14位的，回转精度高；而如果用单圈10位编码器通过外部减速的方法，精度损失较大，对于回转5度的精度要求有时都难以满足。
结语
塔机黑匣子作为安全性监控设备，其中的传感器的选用，是其可靠性安全性的核心，同时，作为塔机黑匣子的研发及生产厂家，一样要考虑到产品的品质因素、价格因素、服务成本因素、性价比，以及远期的发展战略。在此，绝对值多圈编码器作为吊臂回转角度的监控，或者是吊臂高度、小车位置的监控，是真正到位的选择，是塔机黑匣子厂家都需要重点考虑的产品。