鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺設(shè)計研究

趙杰林

(中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司 貨運(yùn)處，陜西 西安 710054)

1 概述

鐵路門式起重機(jī)是鐵路貨場的主要裝卸設(shè)備，具有作業(yè)效率高、安全性好、運(yùn)用成本低等特點。中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司現(xiàn)有門式起重機(jī) 39 臺，老舊的桁架型、CA 型、U 型等門式起重機(jī)和新型變頻門式起重機(jī)并存，其中利用變頻技術(shù)控制的門式起重機(jī) 13 臺，占門式起重機(jī)總量的 33.3%。現(xiàn)有的門式起重機(jī)除設(shè)備出廠時安裝的風(fēng)速儀、過載限制器、防風(fēng)制動器等安全保護(hù)裝置之外，沒有安裝現(xiàn)代化的監(jiān)控設(shè)備和管理手段。目前，鐵路門式起重機(jī)在運(yùn)用中主要存在以下問題。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化管理有待實現(xiàn)。鐵路門式起重機(jī)缺乏有效的監(jiān)管手段，不能及時警告超速行駛、制止違章操作而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，同時缺少可查詢、回溯的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，事后進(jìn)行準(zhǔn)確的問責(zé)分析比較困難。由于鐵路貨場分布比較分散，門式起重機(jī)型號各異，年代跨度大，配置不統(tǒng)一，標(biāo)準(zhǔn)化管理困難，現(xiàn)場盯控難度不斷增大，借助遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)迫在眉睫[1]。

（2）設(shè)備配件養(yǎng)護(hù)不到位。盡管在購置裝卸機(jī)械時安全保護(hù)裝置配置比較全面，但缺少養(yǎng)護(hù)、維修、檢修人員，并且部分配件購置時間較長，因而裝卸機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修不到位，裝卸機(jī)械故障點不能及時判斷，使起重機(jī)在不完備狀態(tài)下運(yùn)行，存在突然斷電、操控失靈等安全隱患[2]。

（3）設(shè)備維修不及時。老舊鐵路門式起重機(jī)使用時間長，鋼結(jié)構(gòu)銹蝕、變形，造成大車、小車運(yùn)行啃軌，威脅裝卸作業(yè)安全，同時缺乏必要的設(shè)備故障診斷儀器。

為解決門式起重機(jī)安全運(yùn)用及管理存在的問題，運(yùn)用信息化管理手段，將管理需求和先進(jìn)的管理理念相結(jié)合，對門式起重機(jī)管理流程進(jìn)行重組和再造，研究設(shè)計門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺，實現(xiàn)裝卸機(jī)械的動態(tài)監(jiān)測、動態(tài)管理、動態(tài)調(diào)配、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管、投入產(chǎn)出分析、歷史追溯等功能，以提高門式起重機(jī)運(yùn)用效率，降低維護(hù)運(yùn)用成本[3]。

2 鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)組成及實現(xiàn)功能

鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺由數(shù)據(jù)采集單元、車載監(jiān)控單元、貨場監(jiān)控室、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和系統(tǒng)應(yīng)用等部分組成，采用鐵路局集團(tuán)公司、車務(wù)站段、車站 3 級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，應(yīng)用 B/S (瀏覽器/服務(wù)器模式) 軟件架構(gòu)，并且開發(fā)手機(jī) APP，實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)管移動辦公。鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺主要功能包括設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)獲取、監(jiān)控報警記錄、設(shè)備能耗統(tǒng)計、檔案管理、故障管理、備件管理技術(shù)經(jīng)濟(jì)管理等，有效分析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備的安全和精細(xì)化管理。

2.2 數(shù)據(jù)采集及編譯

鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺由編碼器、電機(jī)保護(hù)器、可編程控制器 (PLC)、交換機(jī)、各類傳感器、工控機(jī)、無線接收終端、高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、報警裝置、無線AP等組成，實現(xiàn)門式起重機(jī)的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)采集功能。采集的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)包括大車、小車行程，起升高度、風(fēng)速、起重量、聯(lián)鎖保護(hù)數(shù)據(jù)、抗風(fēng)防滑裝置狀態(tài)、起升制動器狀態(tài)、司機(jī)操作指令、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、視頻監(jiān)控等。在門式起重機(jī)的關(guān)鍵部位，如吊點位置、大小車運(yùn)行方向、司機(jī)室、小車室、集裝箱平車 FTR 鎖等位置安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過硬盤錄像機(jī)暫存 30 d 的視頻數(shù)據(jù)[4]。門式起重機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)通過交換機(jī)和無線客戶端將數(shù)據(jù)傳遞到貨場監(jiān)控室和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺運(yùn)行數(shù)據(jù)自動采集邏輯圖如圖 1 所示。

圖1 鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺運(yùn)行數(shù)據(jù)自動采集邏輯圖Fig.1 Automatic data acquisition of the portal crane integrated monitoring platform logical diagram

2.3 數(shù)據(jù)傳輸

在鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺中，Modbus 網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集模塊 (TCP/IP)、PPI 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊、硬盤錄像機(jī)、攝像頭、無線基站、工控機(jī)與交換機(jī)之間均采用以太網(wǎng)連接，形成小型局域網(wǎng)，連接到交換機(jī)的設(shè)備，均被分配惟一的 IP 地址，進(jìn)行基于 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺的 TCP/IP 連接與地址配置示意圖如圖 2 所示。門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺采用無線 Wi-Fi 和 3G/4G 相結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于視頻數(shù)據(jù)流量大，并且貨場監(jiān)控室一般不與外界進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，相對孤立，因而選用無線 Wi-Fi 將視頻數(shù)據(jù)和設(shè)備監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)截泩霰O(jiān)控室；同時將設(shè)備監(jiān)控運(yùn)輸數(shù)據(jù)采用 2G/3G/4G 傳輸，將監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

圖2 門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺的TCP/IP連接與地址配置示意圖Fig.2 TCP/IP connection and address configuration of the portal crane integrated monitoring platform sketch map

2.4 數(shù)據(jù)運(yùn)用

在應(yīng)用層，開發(fā)遠(yuǎn)程綜合監(jiān)管平臺和手機(jī) APP 應(yīng)用軟件，設(shè)備管理者、設(shè)備維修人員和設(shè)備操作人員可以通過個人計算機(jī)、移動終端設(shè)備接入門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺訪問，對門式起重機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，了解設(shè)備實時運(yùn)行和運(yùn)用情況，在線管理門式起重機(jī)，對門式起重機(jī)的養(yǎng)護(hù)、維修、檢修情況進(jìn)行記錄，便于查閱，實現(xiàn)門式起重機(jī)的全壽命周期管理。

3 鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺功能設(shè)計

3.1 實時運(yùn)行監(jiān)控

通過記錄門式起重機(jī)的運(yùn)行情況，反映設(shè)備的運(yùn)行狀況，包括作業(yè)時間、工作循環(huán)、運(yùn)行臺時、作業(yè)量、操作指令、各項狀態(tài)數(shù)據(jù)、實時視頻數(shù)據(jù)、實時故障、實時報警、能耗等數(shù)據(jù)。結(jié)合門式起重機(jī)的作業(yè)時間、工作循環(huán)、運(yùn)行臺時和作業(yè)量等數(shù)據(jù)，可以為門式起重機(jī)合理維修間隔的確定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免設(shè)備的盲目維修。通過回溯分析設(shè)備操作指令和視頻數(shù)據(jù)，追溯事故原因，及時制止違規(guī)違章行為。當(dāng)出現(xiàn)實時故障時，在線及時排查原因，排除故障，保障設(shè)備可靠運(yùn)行；當(dāng)出現(xiàn)實時報警，按照報警級別，自動采取對應(yīng)的操作措施，超過危險值時，自動強(qiáng)制切斷電源，制止門式起重機(jī)危險動作，保證設(shè)備安全和人身安全[5]。

3.2 備件管理

備件管理是設(shè)備管理的重要組成部分，包括備件的基礎(chǔ)信息管理，采購計劃管理、消耗統(tǒng)計和材料庫管理等內(nèi)容。基礎(chǔ)信息管理包括對備件建立臺賬，進(jìn)行存儲物資分類，儲備定額管理等。材料庫的管理包括對各類物資備件的進(jìn)庫、出庫、儲存等日常工作進(jìn)行管理。門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺統(tǒng)計設(shè)備各機(jī)械、電氣零部件應(yīng)用情況 (如制動器啟動次數(shù)、變頻器故障次數(shù)等)，當(dāng)接近預(yù)設(shè)值時，以系統(tǒng)消息、手機(jī)短信及電子郵件等方式向維護(hù)人員推送消息，提示更換備件。建立備件庫，對備件型號、規(guī)格、價格、庫存數(shù)量、生產(chǎn)廠、供應(yīng)商等信息進(jìn)行管理，監(jiān)管者可以在線了解備件庫存情況[6]。

3.3 檔案管理

在購置門式起重機(jī)時，完成門式起重機(jī)檔案建立工作，包括固定資產(chǎn)編號、管理編號、設(shè)備名稱、規(guī)格型號、制造廠家、出廠日期、使用日期、資產(chǎn)原值、資產(chǎn)凈值、復(fù)雜系數(shù)、安設(shè)地點、上次大修時間、注冊代碼、廠牌號碼等信息，并且對門式起重機(jī)關(guān)鍵零部件的更換、大修、調(diào)撥、封存、租賃、評估、外調(diào)和報廢等變動進(jìn)行管理。

3.4 遠(yuǎn)程維護(hù)

門式起重機(jī)發(fā)生故障后，運(yùn)用手機(jī) APP，以視頻、照片和語音方式對故障進(jìn)行描述并上傳平臺。設(shè)備管理人員通過平臺查看故障后，連同維修技術(shù)人員按照故障部位、故障現(xiàn)象進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，查明故障原因，提出故障解決措施，并且通過平臺進(jìn)行維修工單派遣，及時排除設(shè)備故障，并將維修單位、維修時間、維修內(nèi)容、維修人員等關(guān)鍵信息錄入平臺存檔，提高維修效率[7]。

3.5 故障管理

設(shè)備故障管理是通過匯總故障詳細(xì)信息，對故障歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因，提出解決辦法。在此基礎(chǔ)上通過歸納分類，形成故障樹，定義標(biāo)準(zhǔn)化的故障部位、故障現(xiàn)象、故障原因、故障解決措施。一方面，在故障發(fā)生后，可根據(jù)故障樹查詢到有關(guān)故障信息，從而為快速排除故障、恢復(fù)生產(chǎn)提供技術(shù)支持；另一方面，實現(xiàn)對設(shè)備故障的統(tǒng)計分析，確定重點關(guān)注的項目，為制訂設(shè)備維修、保養(yǎng)、改造計劃提供依據(jù)[8]。

3.6 維修管理

對維修工作進(jìn)行管控。設(shè)備維修管理一般是管理人員將維修計劃項目通知維修部門，維修部門安排人員實施維修，最后由管理人員對維修效果進(jìn)行評估。這個流程涉及不同的部門，出現(xiàn)“多對一”或“一對多”的工作管理情況，通過系統(tǒng)能掌握每個項目的進(jìn)度，實現(xiàn)維修過程的閉環(huán)控制，形成完整的維修記錄。

3.7 統(tǒng)計分析

通過設(shè)備管理信息系統(tǒng)將設(shè)備相關(guān)信息完整、準(zhǔn)確、全面地保存在數(shù)據(jù)庫中，可以根據(jù)不同需求進(jìn)行統(tǒng)計分析，為經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的統(tǒng)計、匯總、測算提供途徑。鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺可以對門式起重機(jī)的工作時間、工作循環(huán)、起重量及能耗等信息要求進(jìn)行多維度統(tǒng)計，調(diào)取所關(guān)注的數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)報表，供設(shè)備管理人員判斷、檢查和分析。管理人員可以實時對設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，對設(shè)備故障進(jìn)行遠(yuǎn)程修復(fù)，節(jié)省了人力和時間。

4 結(jié)束語

鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的紙質(zhì)管理變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)化信息化管理，改變了傳統(tǒng)的設(shè)備管理模式，有效地提高司機(jī)的自我約束能力，減少違章操作，提高設(shè)備管理手段、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。門式起重機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和管理信息在平臺上共享，設(shè)備管理人員、維修人員和操作人員能夠通過綜合監(jiān)管平臺獲取數(shù)據(jù)，提高了設(shè)備管理人員的監(jiān)管效率和維修人員的維修效率，降低了人員工作強(qiáng)度，同時也有效控制了門式起重機(jī)操作人員的不安全行為，保障了門式起重機(jī)作業(yè)安全和操作人員人身安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張彥慶. 門式起重機(jī)安全監(jiān)控綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J]. 鐵道貨運(yùn)，2017，35(8)：50-53，58.ZHANG Yan-qing. Design and Application of Safety Monitoring Comprehensive Management System for Gantry Crane[J]. Railway Freight Transport，2017，35(8)：50-53，58.

[2] 秦 洪. 鐵路貨場門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的應(yīng)用與思考[J]. 鐵道貨運(yùn)，2016，34(4)：57-60.QING Hong. Application and Thoughts on Safety Monitoring Management System of Gantry Crane in Railway Freight Yard[J]. Railway Freight Transport，2016，34(4)：57-60.

[3] 中國鐵路總公司. 中國鐵路總公司關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)鐵路貨物裝卸的實施意見：鐵總運(yùn)[2015]136 號[A]. 北京：中國鐵路總公司，2015.

[4] 李祝鋒，楊廣全，杜旭升. 基于 RCM 理論的鐵路貨場門式起重機(jī)維修決策研究[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2016(9)：87-91.LI Zhu-feng，YANG Guang-quan，DU Xu-sheng. RCM-based Study on Maintenance Decision of Gantry Crane for Railway Goods Yard[J]. Hoisting and Conveying Machinery，2016(9)：87-91.

[5] 中國鐵路總公司. 中國鐵路總公司固定資產(chǎn)管理辦法：鐵總財[2015]45 號[A]. 北京：中國鐵路總公司，2015.

[6] 楊廣全，梁永剛，李 瑞. 鐵路集裝箱正面吊安全監(jiān)管平臺設(shè)計研究[J]. 鐵道貨運(yùn)，2017，35(12)：45-49.YANG Guang-quan，LIANG Yong-gang，LI Rui.Research on Design of Safety Monitoring and Management Platform of Railway Container Reach Stackers[J]. Railway Freight Transport，2017，35(12)：45-49.

[7] 封博卿，高 旭，李 芳. 京滬高速鐵路資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)平臺研究[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2017，39(10)：61-66.FENG Bo-qing，GAO Xu，LI Fang. Study on the Asset Management Data Platform for Beijing-Shanghai High-speed Railway[J]. Railway Transport and Economy，2017，39(10)：61-66.

[8] 張秋亮. 鐵路客運(yùn)站機(jī)電設(shè)備故障在線監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2016，38(12)：40-44.ZHANG Qiu-liang. Online Monitoring System of Electric Facilities in Railway Stations[J]. Railway Transport and Economy，2016，38(12)：40-44.