機械設備的遠程監控分析

何志強

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

近年來，各類機械設備在我國制造業、建筑業以及農業等領域均得到了廣泛應用，且不斷朝著高速化、大型化、復雜化以及重載化的方向發展?；跈C械設備運行環境的復雜性特征與相關安全要求，將信息化、智能化的新技術引入機械設備維護管理中具有必要性，遠程監控系統逐漸得到了推廣應用。通過遠程監控可實時掌握設備實際運行狀態，并提供越限報警等功能，保證設備的安全高效使用。

1 機械設備遠程監控概述

隨著我國工程建設行業的不斷發展，各種機械設備研發力度也在增強，并在實際工程建設中發揮著不可替代的作用，確保機械設備可靠、安全、持續運行，對于工程進度、質量、安全、造價等目標的實現具有重要意義。然而，從機械設備實際運行情況來看，其往往分布范圍較廣，且具有較強的流動性，傳統依靠人工記錄設備運行情況的方法，不僅效率低，也存在各種漏洞，極易因信息滯后導致設備故障在不知曉的情況下發生，整體管理難度大且效果不佳，極易出現安全事故。例如：2021 年，全國共發生房屋市政工程生產安全事故734 起、死亡840 人，其中，起重傷害事故55 起、機械傷害事故43 起。目前，國內已對機械設備監控管理提出了明確要求，如2011 年開啟起重機械設備安全監控系統的前期試點，2015 年底對于未安裝安全監控管理系統的大型起重機械都不予以使用?；谙嚓P國家政策的推動，機械設備遠程監控系統的發展與應用是必然趨勢，對于制造、租賃、使用單位而言，通過遠程監控系統的應用可實時掌握機械設備運行參數，對追查設備引起的安全生產事故原因，提供數據支撐，提高機械設備運行安全性、可靠性。

遠程監控主要是伴隨網絡技術的進步而發展起來的，由傳統的單機監控逐漸實現網絡監控，主要功能如下：①采集和處理功能：主要是針對生產過程中各種模擬量、數字量進行檢測與預處理，按一定形式輸出，包括打印報表、顯示屏等，幫助工作人員掌握生產全過程；②監管功能：對實時監測的全部數據，工作人員對機械設備的全部操作進行記錄，整理數據，并通過數據再處理充分挖掘其價值；③分析功能：充分利用現有數據對整個機械設備進行分析，判斷工作效率，是否存在異常等；④控制功能：在監測基礎上通過數據加工，根據事件決定的控制策略形成控制輸出，實現機械設備運行管理。機械設備遠程監控是保證設備穩定運行的重要前提，也是工程建設作業順利實施的關鍵。

2 機械設備主要遠程監控內容

2.1 遠程監控內容

工程建設中主要機械設備包括以下幾類：土石方及筑路機械、樁工機械、起重機械、水平運輸機械、垂直運輸機械、混凝土及砂漿機械、加工機械、泵類機械、焊接機械、動力機械、地下工程機械、其他機械等。主要需監控的機械設備狀態包括：停機、怠速、負荷運轉、轉場、低油量、異常油耗、高油耗等，具體采集數據包括：機械設備運行中的模擬量、開關量和報警量信息。因此機械設備遠程監控對象多、內容復雜，對于機械設備制造者、使用者而言，具體監控要點如下：

（1）機械設備制造者。通過遠程監控其生產設備運行狀況，及時掌握機械設備實時運行裝填，一旦設備運行過程中發生異常，可在發生故障前，及時提醒用戶停止設備運行，防止因故障導致安全事故的發生，同時可在第一時間協助排除故障，提高服務質量，延長機械設備使用壽命。

（2）機械設備使用者。基于遠程監控系統的查詢功能，可對機械設備某時間段的運行狀態進行歷史查詢、報警統計，通過數據分析判斷機械設備發生故障的可能性，并及時排除，有效保證機械設備安全、可靠、持續運行。此外，通過遠程監控系統的運用，可為追溯施工現場事故原因，提供可靠的數據支撐，明確責任追究，也為其他工程建設提供參考經驗。

2.2 遠程監控需求

基于機械設備惡劣的工作環境、較高的安全要求，對其管理工作提出了更高的要求。基于傳統人工管理方法的諸多不足，遠程監控系統的開發利用具有必要性，可實時采集、傳輸機械設備的運行參數，實現機械設備全方位管理。為保證機械設備的安全可靠運行，遠程監控系統建設應滿足以下需求：

（1）根據用戶實際需求，針對不同類型機械設備設計監控界面，通過遠程監控系統可實時監控各個設備運行狀況，及時發現機械設備運行時的故障信息，避免機械設備故障導致發生安全事故。

（2）提供歷史查詢、統計等功能，通過查詢機械設備歷史運行狀態，繪制相關曲線圖，對某時間段機械設備運行穩定性與可能存在的安全隱患進行分析，及時開展檢修維護工作，提高機械設備使用效率，延長使用壽命，通過統計設備運行中的報警信息，對設備故障原因進行分析，及時解決問題。

（3）提供系統運行安全管理功能，系統中用戶分權限管理，使用登錄密碼進行加密管理，防止數據泄露導致系統運行不穩定；系統服務器端程序設置自動啟動功能，即使系統發生異常也可持續安全運行。

（4）加強系統后期維護工作，提供客戶端程序自動更新功能?；谟脩粜枨蟮淖兓?，系統客戶端進行相應的調整優化，用戶可在登錄過程中下載最新運用程序，有效控制系統維護成本與工作量。

3 機械設備遠程監控系統設計與實現

本文以大型起重機設備為例詳細分析了機械設備遠程監控系統設計與實現，在眾多工程機械設備中，起重機械的運用非常廣泛，它屬于國家規定的特種設備，潛在安全隱患多，一旦發生事故極易造成巨大的經濟損失，甚至是人員傷亡。對此，起重機械必須有更為完善的監控系統，及時發現起重機械運行故障與危險狀態，并進行報警提示，以便機械設備管理維護人員及時解決，保證設備安全工作與運行。

3.1 系統總體設計

該遠程監控系統主要組成部分包括：數據采集和處理單元，起重機監控系統主機，無線傳輸單元，數據中心服務器以及遠程監控平臺軟件。

（1）數據采集和處理單元：通過現場總線采集起重機原有控制系統數據信息，包括開關量、模擬量、過程數據、報警故障信息，并傳輸至起重機監控系統主機，主要監控內容見表1。

表1 起重機械監控內容

（2）起重機監控系統主機（包括系統軟件）：系統采用組態軟件設計人機界面系統，顯示起重機運行數據、故障報警信息，提供數據實時監控、存儲、歷史查詢、故障報警定位、權限管理、趨勢曲線分析、設備信息管理以及視頻監控等功能。

（3）無線傳輸單元：接收系統主機監控數據，并發送至數據中心服務器。

（4）數據中心服務器：由數據庫系統接收監控數據，進行數據解析、處理以及存儲，并與遠程監控平臺軟件建立數據連接。

3.2 硬件系統設計

此遠程監控系統硬件總體設計（圖1）。

圖1 遠程監控系統硬件總體設計框圖

（1）數據采集和處理單元：選用西門子57-1200PLC 為核心控制器，成本低、體積小，安裝容易，可使監控系統產品化。

（2）監控系統主機：選用諾達佳工業平板電腦工控機TPC6000-6120T，配置WinCC 組態軟件，設置100/1000 Mbps 以太網接口，實現工控機與S7-1200PLC 之間的OPC 數據通信。

（3）無線傳輸單元：選用F7114 型IP MODEM 無線數據終端，支持數據透明傳輸、GPS 定位功能。

（4）數據中心服務器：選用DELL 8410 系列服務器，配置Xeon E5606 2.13 GHz CPU，8 GB 內存，通過防火墻與Internet公網連接，滿足遠程監控系統運行要求。

3.3 系統功能實現

根據起重機機械設備實際運行需求，本系統總體功能設計如圖2 所示。人機界面設計簡潔、直觀，可通過設備工作狀況動態模擬還原現場實際情況，便于管理人員實時、全方位掌握施工現場情況。管理人員登錄后，可在主界面點擊不同按鈕進入不同功能畫面，具體如下：

圖2 監控系統軟件的總體功能設計

（1）實時監控功能包括整機監控、主副起升監控、大小車監控功能（表2）。

表2 實時監控功能一覽表

（2）歷史數據回放功能。WinCC 組態軟件提供數據歸檔功能，過程變量數據以數據庫表形式在WinCC SQL 數據庫中歸檔儲存，可被查詢與調用。

（3）數據趨勢曲線分析功能：以圖形形式處理過程數據，以趨勢顯示過程數據，提供各機構實時狀態曲線趨勢、歷史曲線趨勢回放功能，曲線可放大、縮小、打印與導出。

（4）報警故障記錄與查詢功能：為用戶提供報警故障發生信息與時間、故障代碼、復位情況，并提示報警故障解決辦法，可生成相關報表，為起重機械設備維護管理、故障排除提供參考數據。

（5）運行維護和設備信息查詢功能：系統提供按機構查詢運行維護信息的功能，對各機構主要部件與易損易耗件使用時間、次數進行統計，并與相關額定值進行對比，達到預設報警值時及時報警提示，并生成運行維護保養單，系統提供信息查詢功能，包括起重機性能參數表、主要配件廠商表、機械總圖、電氣原理圖等。

（6）視頻監控功能：系統使用WinCC 提供的IE 瀏覽器控件，并通過外部硬盤錄像機Web 訪問功能實現視頻監控。

4 結語

綜上所述，隨著現代工程中機械設備使用種類、數量的不斷增加，相應的管理難度不斷增大。為實現機械設備安全、高效運行，遠程監控的重要性逐漸凸顯，通過合理的遠程監控系統設計與應用，可為機械設備維護提供可靠的數據支撐，同時其報警功能有利于在第一時間發現故障并處理，而歷史數據回放、數據趨勢曲線分析等功能，可幫助管理人員分析機械設備運行狀態、故障原因，并制定相關維護管理方案，對于機械設備后續維護與管理意義重大，切實保證工程建設的安全順利完成。