一種港機(jī)行走電機(jī)狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

劉 齊

天津港焦炭碼頭有限公司

1 引言

在港口作業(yè)中，對(duì)于港機(jī)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)十分重要，國內(nèi)學(xué)者開展了許多相關(guān)研究。王東輝為實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，開發(fā)了—套基于光纖傳感器的門座起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱門機(jī))結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)[1]；張晨等針對(duì)門機(jī)的結(jié)構(gòu)性損傷問題進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了港口門座起重機(jī)的安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)[2]；程粵針對(duì)門機(jī)滑環(huán)箱內(nèi)易產(chǎn)生凝露，導(dǎo)致高壓閃絡(luò)放電故障的問題，設(shè)計(jì)了門機(jī)滑環(huán)箱溫濕度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)[3]；楊曉華等基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)了在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過安裝于設(shè)備上傳感器反饋的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)診斷監(jiān)測(cè)[4]；安志家等結(jié)合港口機(jī)械實(shí)際情況，將設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與設(shè)備檢修、故障診斷結(jié)合，創(chuàng)建了新的港機(jī)設(shè)備預(yù)警維護(hù)模式[5]；陳飛等通過對(duì)起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)的分析，確定了大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)兩側(cè)從動(dòng)輪制動(dòng)后行走距離為監(jiān)測(cè)對(duì)象，并設(shè)計(jì)了一種大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)不平衡監(jiān)測(cè)裝置[6]。

可以看出，目前關(guān)于港機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究大都集中于港機(jī)本身，而關(guān)于港機(jī)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究較少。港機(jī)是由支持或開閉變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)行走電機(jī)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備行走，其下屬電機(jī)狀態(tài)無法通過變頻器直接采集，且其故障具有隱蔽性，只有3臺(tái)及以上電機(jī)出現(xiàn)故障導(dǎo)致行走失效后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，其失衡狀態(tài)對(duì)其他行走電機(jī)具有較大傷害，同時(shí)嚴(yán)重影響大機(jī)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，結(jié)合某碼頭港機(jī)電氣設(shè)備管控現(xiàn)狀，研究了一種新型監(jiān)測(cè)方法來提高設(shè)備管控能力。

2 現(xiàn)狀分析

某碼頭有7臺(tái)門機(jī)、2臺(tái)裝載機(jī)、2臺(tái)斗輪取料機(jī)，每臺(tái)設(shè)備行走機(jī)構(gòu)至少裝備8臺(tái)行走電機(jī)。傳統(tǒng)設(shè)備行走電機(jī)管理屬于周期性管理模式，即由電工通過外觀觀察、線路狀態(tài)巡視、線路檢查和絕緣測(cè)試來推斷電機(jī)狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往出現(xiàn)大機(jī)行走異常后才對(duì)所屬電機(jī)進(jìn)行逐一排查。該碼頭96臺(tái)行走電機(jī)，1組電工全部檢查一遍需要2～3周，這種監(jiān)測(cè)和管理方式效率低下、設(shè)備狀態(tài)掌握滯后，主要存在以下問題：

(1)行走電機(jī)數(shù)量多、管理基數(shù)大，無法實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)報(bào)警，必須由設(shè)備主管在系統(tǒng)管理界面上逐一篩看各個(gè)電機(jī)情況，導(dǎo)致操作不便、管理困難，同時(shí)也增加了一線維修班組的工作強(qiáng)度。

(2)設(shè)備行走機(jī)構(gòu)通常由2組4～6臺(tái)行走電機(jī)組成，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)無法在第1臺(tái)電機(jī)損壞時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，導(dǎo)致從電機(jī)故障開始到發(fā)現(xiàn)故障期間，設(shè)備左右兩側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)不平衡，對(duì)行走架鋼結(jié)構(gòu)造成不良影響，降低了設(shè)備本身的安全性。此外，通常一側(cè)電機(jī)損壞了3～4臺(tái)且無法實(shí)現(xiàn)大機(jī)行走后，才會(huì)發(fā)現(xiàn)行走電機(jī)故障，屆時(shí)需同時(shí)更換多臺(tái)電機(jī)，維修成本高。

基于上述問題，進(jìn)行了港機(jī)行走電機(jī)狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)的研究，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電機(jī)監(jiān)控方法進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，形成了一個(gè)具備數(shù)據(jù)采集、回傳、分析等功能的港機(jī)行走電機(jī)狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3 電機(jī)智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為解決無法對(duì)電機(jī)故障及時(shí)定點(diǎn)報(bào)警的問題，建立了港機(jī)行走電機(jī)狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電氣線路及設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)由云端傳輸?shù)胶笈_(tái)大數(shù)據(jù)中心，通過大數(shù)據(jù)中心的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測(cè)、電壓監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)等功能。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，內(nèi)置無線通訊模塊，只要通電即可自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)，可在移動(dòng)端隨時(shí)查看電氣安全狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常情況便立即通知管理人員，使電機(jī)的不良狀態(tài)迅速得到提醒并及時(shí)解決，從而避免設(shè)備停機(jī)的情況發(fā)生。

系統(tǒng)在本地安裝用電探測(cè)器、電流電壓互感器、溫度傳感器以及數(shù)據(jù)傳輸裝置，生成的數(shù)據(jù)通過云平臺(tái)反饋到PC或手機(jī)界面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集與回傳、遠(yuǎn)程移動(dòng)端監(jiān)控、閾值報(bào)警、定點(diǎn)報(bào)警等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2，通過在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置電弧式智慧用電探測(cè)器、滅弧式智慧用電保護(hù)裝置來監(jiān)測(cè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的電流、電壓、溫度等狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；通過傳統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳；將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)后經(jīng)過大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并儲(chǔ)存，再由通訊模塊將數(shù)據(jù)分析結(jié)果通知給移動(dòng)端的設(shè)備管理人員，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程移動(dòng)端監(jiān)控功能。此外，設(shè)備管理人員按需要設(shè)置對(duì)應(yīng)的報(bào)警值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到用電線路失電、三相不平衡、超負(fù)荷(過流)等情況時(shí)，可以進(jìn)行閾值報(bào)警，及時(shí)解決故障。系統(tǒng)根據(jù)行走電機(jī)過流、繞組損壞、三相不平衡等常見故障特征設(shè)置報(bào)警提醒，可進(jìn)行精確的定點(diǎn)報(bào)警，遠(yuǎn)程判斷故障位置并分析可能的故障原因，提高了維修與管理效率。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)功能圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

按照電機(jī)智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求，在門機(jī)行走電機(jī)控制柜安裝8臺(tái)采集裝置，分別采集對(duì)應(yīng)的8臺(tái)行走電機(jī)電氣數(shù)據(jù)，采樣頻率為1次/min，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的回傳。根據(jù)港機(jī)電氣實(shí)際管理需要，設(shè)計(jì)了后臺(tái)管理系統(tǒng)，通過PC端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)數(shù)據(jù)，為港機(jī)電氣管理提供可靠依據(jù)。

電機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了設(shè)備監(jiān)測(cè)效率，設(shè)備主管可通過數(shù)據(jù)回傳平臺(tái)直接掌握港機(jī)末端設(shè)備狀態(tài)，并對(duì)突發(fā)故障及時(shí)精確地定點(diǎn)清除，在降低一線維修班組工作強(qiáng)度的同時(shí)，提高了設(shè)備維保組織的介入效率。系統(tǒng)通過閾值報(bào)警和定點(diǎn)報(bào)警，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決初生故障，消除發(fā)生次生故障的隱患，降低維修成本。通過對(duì)設(shè)備故障點(diǎn)的及時(shí)干預(yù)，杜絕了海陸兩側(cè)受力不均導(dǎo)致的大機(jī)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱化的隱患，也降低了因設(shè)備損壞而影響港口作業(yè)效率的可能。

5 結(jié)語

針對(duì)港機(jī)行走電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)不及時(shí)、管理難的問題，建立了港機(jī)行走電機(jī)狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)精準(zhǔn)的報(bào)警，在故障發(fā)生時(shí)可立即排除，提高了電機(jī)維修與管理的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的應(yīng)用降低了設(shè)備管理難度和成本，提高了設(shè)備的安全性和港口作業(yè)效率。