起重機(jī)作業(yè)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于波 劉靜林

摘要：起重機(jī)廣泛應(yīng)用于貨場(chǎng)、港口等場(chǎng)所，在貨運(yùn)行業(yè)中具有舉足輕重的作用，港口起重機(jī)在產(chǎn)品的零部件、元器件和整機(jī)的故障率等方面存在著可靠性和安全性差、壽命短等缺點(diǎn)，針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一種港口起重機(jī)的健康及作業(yè)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信和工業(yè)數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)港口起重機(jī)健康狀態(tài)、工作參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的全程感知、精確測(cè)量、遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理，對(duì)降低港口起重機(jī)的故障率、提高安全性具有重要作用。

關(guān)鍵詞：港口起重機(jī)；健康管理；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2019）12-66-3

0引言

港口起重機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，蘊(yùn)藏著潛在的危險(xiǎn)因素。從80年代到現(xiàn)在，港口起重機(jī)因金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞造成的事故有數(shù)十起[1]。因此，實(shí)時(shí)地對(duì)港口起重機(jī)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)，對(duì)減少和避免突發(fā)事故具有重大意義。結(jié)構(gòu)性健康監(jiān)測(cè)是一種綜合了計(jì)算機(jī)、通信、測(cè)試及模式識(shí)別等的綜合性技術(shù)。

1967年，美國(guó)的宇航局（NASA）和美國(guó)海軍研究所（NRL）開(kāi)始進(jìn)行重型機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)監(jiān)控方面的研究工作。隨后，英國(guó)、日本展開(kāi)重型機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)監(jiān)控和診斷的研究工作，德國(guó)、新加坡等在結(jié)構(gòu)監(jiān)控領(lǐng)域的地位位于世界前列[2]。

20世紀(jì)80年代初期，監(jiān)測(cè)傳感器開(kāi)始出現(xiàn)在美國(guó)多座橋梁上，用于評(píng)估橋梁狀態(tài)[3]。丹麥、韓國(guó)、加拿大的許多大橋開(kāi)始配置專(zhuān)門(mén)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4]，我國(guó)也開(kāi)始研究重型機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)監(jiān)控技術(shù)[5-6]。但是，從現(xiàn)有的港口起重機(jī)作業(yè)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控（RCMS）系統(tǒng)來(lái)看，還存在很多問(wèn)題。

1總體方案

針對(duì)目前港口起重機(jī)作業(yè)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了一種新的起重機(jī)健康狀態(tài)和作業(yè)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，本方案基于起重機(jī)健康狀態(tài)和作業(yè)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控的相關(guān)理論和基礎(chǔ)技術(shù)，通過(guò)各類(lèi)智能傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)港口起重機(jī)的健康狀態(tài)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

港口起重機(jī)健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)代智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信和工業(yè)數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，對(duì)集裝箱碼頭的大型起重機(jī)（岸橋、場(chǎng)橋等）和作業(yè)照明系統(tǒng)、變電供電系統(tǒng)和冷箱控制系統(tǒng)等作業(yè)輔助設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)集裝箱碼頭大型作業(yè)機(jī)械和功能設(shè)施的健康狀態(tài)、工作參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的全程感知、精確測(cè)量、遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。

1.1系統(tǒng)組成

港口起重機(jī)健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)由綜合監(jiān)控平臺(tái)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和前端參量采集單元3部分組成。

①綜合監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)硬件由一組高性能服務(wù)器構(gòu)成，運(yùn)行基于工業(yè)組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的港口起重機(jī)健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，對(duì)前端參量采集單元采集并上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和展現(xiàn)，同時(shí)與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警和實(shí)時(shí)告警功能。

②數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的核心是由企業(yè)的無(wú)線網(wǎng)、以太網(wǎng)和光纖網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，以及由路由、交換、安全設(shè)備構(gòu)成的支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)將參量采集器件、設(shè)備與系統(tǒng)服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳送。

③前端參量采集單元由各類(lèi)智能傳感器、參量采集模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)和功能設(shè)施的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)量和實(shí)時(shí)感知，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的無(wú)線及有線網(wǎng)絡(luò)傳輸給綜合監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行處理。

通過(guò)上述功能單元，由傳感器或電氣控制系統(tǒng)的接口采集參量數(shù)據(jù)后，經(jīng)無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)傳送給起重機(jī)健康及作業(yè)狀態(tài)綜合監(jiān)控平臺(tái)的系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和展示，并通過(guò)數(shù)據(jù)中間件接口由碼頭既有的集裝箱作業(yè)管理系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)等功能系統(tǒng)獲取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，各個(gè)系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和功能聯(lián)動(dòng)，例如通過(guò)由集裝箱作業(yè)管理系統(tǒng)獲取的作業(yè)指令，系統(tǒng)自動(dòng)感知并控制相關(guān)區(qū)域的作業(yè)照明亮度，而對(duì)于無(wú)作業(yè)的區(qū)域則降低照明亮度來(lái)達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

1.2數(shù)據(jù)采集

港口起重機(jī)健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有采集、傳輸、展現(xiàn)、存儲(chǔ)和發(fā)布的數(shù)據(jù)處理功能，如圖1所示。

港口起重機(jī)健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)基于工業(yè)組態(tài)軟件建立的綜合監(jiān)控平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和管理。集裝箱碼頭的設(shè)備維護(hù)、調(diào)度、監(jiān)督和管理人員可以遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)來(lái)獲取所需設(shè)備和設(shè)施的健康狀態(tài)、作業(yè)參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、作業(yè)數(shù)據(jù)及相關(guān)的作業(yè)箱量、作業(yè)效率、作業(yè)能耗以及設(shè)備利用率等關(guān)鍵性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表，為碼頭的績(jī)效管理、業(yè)務(wù)管理和經(jīng)營(yíng)決策提供豐富、可靠的數(shù)據(jù)。

1.3系統(tǒng)功能

港口起重機(jī)健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控中心（IT部機(jī)房）設(shè)立起重機(jī)健康及作業(yè)狀態(tài)綜合監(jiān)控平臺(tái)，包括數(shù)據(jù)采集（SCADA）服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和發(fā)布服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過(guò)集裝箱碼頭已有的以太網(wǎng)、交換系統(tǒng)及已布設(shè)到起重機(jī)上的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成的通信鏈路來(lái)與智能傳感器和PLC設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信，讀取智能傳感器和PLC內(nèi)部相關(guān)的起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)系統(tǒng)，通過(guò)各類(lèi)傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊獲取碼頭設(shè)施的各類(lèi)運(yùn)行參數(shù)，采集數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中進(jìn)行記錄，采集參數(shù)經(jīng)處理后以動(dòng)態(tài)圖形展示。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與集裝箱碼頭其他業(yè)務(wù)或功能系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及聯(lián)動(dòng)，如圖2所示。

2結(jié)束語(yǔ)

本文提出的港口起重機(jī)健康及作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案集裝箱碼頭乃至其他起重裝備領(lǐng)域也具有重要的推廣價(jià)值。伴隨著我國(guó)現(xiàn)階段正在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和大力發(fā)展物流的需求，國(guó)內(nèi)的公路、鐵路集裝箱中轉(zhuǎn)站和物流中心將得到飛速發(fā)展。本文的研究成果也可推廣至散貨港口、廠礦企業(yè)及礦山領(lǐng)域等，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

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