岸邊集裝箱起重機鋼結構狀態監測診斷系統研究

上海國際港務(集團)股份有限公司尚東集裝箱碼頭分公司

1 引言

岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)作為大型、專業化集裝箱碼頭不可或缺的機械設備，是港口裝卸集裝箱的主要機械設備。岸橋主要用來操作集裝箱船舶的裝卸工作，也可用來裝卸重型貨物。岸橋融合了數字技術、現代控制技術、通訊技術的機電液一體化設備，其復雜程度和使用頻率高，一旦發生設備故障，很難準確快速地查清故障原因，對碼頭生產運轉造成影響。目前，大多數碼頭采用計劃維保的方式對起重機設備進行檢查和保養，沒有充分考慮設備的實際情況和真實狀態，不利于掌控設備實時狀態，實時在線監測系統的研究勢在必行[1-2]。

2 系統總體方案與功能

2.1 總體方案

起重機機械狀態智能監測系統由起重機單機機械狀態監測、碼頭遠程起重機機械狀態監測與診斷、起重機智能監控云平臺3個部分組成。通過3個部分的協同合作來為起重機設備的在線監測、診斷分析以及運維提供全方位、全周期的服務[3]。其中系統邏輯架構方案包括數據源層、數據采集層、數據存儲、數據分析、業務層、展示層等(見圖1)。

圖1 岸橋狀態監測系統邏輯架構方案

2.2 功能分析

岸橋狀態監測與診斷系統具備以下功能：

(1)數據采集及預處理功能。系統應能采集振動、轉速、溫度、壓力等信號，同時應能對采集到的信號進行匯總，并通過采集儀設備進行信號預處理。

(2)起重機機載監測功能。系統應能針對實時性高的監測需求，對起重機狀態進行實時的監視，當監測到故障時應發出預警及報警信號。

(3)碼頭起重機監測與診斷功能。系統應能對獲取的相關數據進行分析處理與保存，同時應能對起重機關鍵部件的狀態自動地進行故障識別、故障預測以及壽命預估等，并將分析結果以界面或報警信息的形式呈現，以方便用戶監測與分析故障[4-5]。

(4)起重機健康診斷評估功能。系統應定期給用戶定期提供起重機機構健康診斷評估報告，報告內容包括機構運行情況統計、機構相關故障報警及故障預警信息統計、健康狀態分析、檢修及維護建議等。

(5)起重機故障預測機器學習建模功能。系統應能將收集及提取的數據進行匯總存儲，同時能對起重機機構及各個部件的故障記錄及特征數據進行分析、建模，形成機構故障預測模型并部署監測[6]。在監測的同時，可以利用不斷積累的新的運行數據和故障記錄，進行故障預測模型的優化。

3 起重機結構監測方案與相關配置

3.1 結構監測點整機分布及功能

起重機鋼結構在線監測，主要滿足起重機結構安全評估以及鋼結構剩余壽命評估兩大功能需求，對應開展相關監測點的設計及布置，以及開發相應的軟件功能模塊。

3.1.1 安全評估及診斷模塊

安全評估診斷模塊的傳感器配置方案見表1。

表1 安全評估診斷模塊的傳感器配置方案

3.1.2 剩余壽命評估模塊

剩余壽命評估模塊的傳感器配置方案見表2。

表2 剩余壽命評估模塊的傳感器配置方案

3.2 相關配置

為了實現上述功能，鋼結構采集儀、光纜光纖等設備及輔料配置如表3所示。

表3 相關配置

4 結語

岸橋狀態監測診斷系統能夠滿足岸橋結構對傳感器及相關設備的配置和功能要求，能夠實現自動化碼頭設備狀態的全面監測和故障診斷，可為其他碼頭的自動化改造提供參考。