于波 劉靜林

摘要：起重機廣泛應用于貨場、港口等場所，在貨運行業(yè)中具有舉足輕重的作用，港口起重機在產品的零部件、元器件和整機的故障率等方面存在著可靠性和安全性差、壽命短等缺點，針對這些問題，提出了一種港口起重機的健康及作業(yè)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計方案，采用智能傳感器、物聯(lián)網、無線通信和工業(yè)數(shù)據(jù)采集等技術，實現(xiàn)了對港口起重機健康狀態(tài)、工作參數(shù)和運行狀態(tài)的全程感知、精確測量、遠程監(jiān)控和集中管理，對降低港口起重機的故障率、提高安全性具有重要作用。

關鍵詞：港口起重機；健康管理；狀態(tài)監(jiān)測；遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）12-66-3

0引言

港口起重機結構復雜，蘊藏著潛在的危險因素。從80年代到現(xiàn)在，港口起重機因金屬結構發(fā)生破壞造成的事故有數(shù)十起[1]。因此，實時地對港口起重機進行健康監(jiān)測，對減少和避免突發(fā)事故具有重大意義。結構性健康監(jiān)測是一種綜合了計算機、通信、測試及模式識別等的綜合性技術。

1967年，美國的宇航局（NASA）和美國海軍研究所（NRL）開始進行重型機械裝備結構監(jiān)控方面的研究工作。隨后，英國、日本展開重型機械裝備結構監(jiān)控和診斷的研究工作，德國、新加坡等在結構監(jiān)控領域的地位位于世界前列[2]。

20世紀80年代初期，監(jiān)測傳感器開始出現(xiàn)在美國多座橋梁上，用于評估橋梁狀態(tài)[3]。丹麥、韓國、加拿大的許多大橋開始配置專門監(jiān)測系統(tǒng)[4]，我國也開始研究重型機械裝備結構監(jiān)控技術[5-6]。但是，從現(xiàn)有的港口起重機作業(yè)狀態(tài)遠程監(jiān)控（RCMS）系統(tǒng)來看，還存在很多問題。

1總體方案

針對目前港口起重機作業(yè)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，提出了一種新的起重機健康狀態(tài)和作業(yè)狀態(tài)遠程監(jiān)控方案，本方案基于起重機健康狀態(tài)和作業(yè)狀態(tài)遠程監(jiān)控的相關理論和基礎技術，通過各類智能傳感器技術，實現(xiàn)港口起重機的健康狀態(tài)和遠程監(jiān)控。

港口起重機健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)結合現(xiàn)代智能傳感器、物聯(lián)網、無線通信和工業(yè)數(shù)據(jù)采集等技術，對集裝箱碼頭的大型起重機（岸橋、場橋等）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)輔助設施進行統(tǒng)一監(jiān)控和管理，實現(xiàn)了對集裝箱碼頭大型作業(yè)機械和功能設施的健康狀態(tài)、工作參數(shù)和運行狀態(tài)的全程感知、精確測量、遠程監(jiān)控和集中管理。

1.1系統(tǒng)組成

港口起重機健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)由綜合監(jiān)控平臺、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)控平臺系統(tǒng)硬件由一組高性能服務器構成，運行基于工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)的港口起重機健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，對前端參量采集單元采集并上傳的數(shù)據(jù)進行處理、存儲和展現(xiàn)，同時與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，通過業(yè)務邏輯和數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)設備故障預警和實時告警功能。

②數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的核心是由企業(yè)的無線網、以太網和光纖網絡等構成的基礎網絡設施，以及由路由、交換、安全設備構成的支撐系統(tǒng)，實現(xiàn)將參量采集器件、設備與系統(tǒng)服務器間的數(shù)據(jù)傳送。

③前端參量采集單元由各類智能傳感器、參量采集模塊和數(shù)據(jù)轉換模塊等組成，實現(xiàn)對起重機和功能設施的結構參數(shù)、工作參數(shù)和運行狀態(tài)的實時測量和實時感知，并通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的無線及有線網絡傳輸給綜合監(jiān)控平臺進行處理。

通過上述功能單元，由傳感器或電氣控制系統(tǒng)的接口采集參量數(shù)據(jù)后，經無線和有線網絡傳送給起重機健康及作業(yè)狀態(tài)綜合監(jiān)控平臺的系統(tǒng)服務器進行處理、存儲和展示，并通過數(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)、資產管理系統(tǒng)等功能系統(tǒng)獲取業(yè)務數(shù)據(jù)進行應用，各個系統(tǒng)間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和功能聯(lián)動，例如通過由集裝箱作業(yè)管理系統(tǒng)獲取的作業(yè)指令，系統(tǒng)自動感知并控制相關區(qū)域的作業(yè)照明亮度，而對于無作業(yè)的區(qū)域則降低照明亮度來達到節(jié)能環(huán)保的目的。

1.2數(shù)據(jù)采集

港口起重機健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是一個標準的工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有采集、傳輸、展現(xiàn)、存儲和發(fā)布的數(shù)據(jù)處理功能，如圖1所示。

港口起重機健康及作業(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)控平臺來實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和管理。集裝箱碼頭的設備維護、調度、監(jiān)督和管理人員可以遠程登錄系統(tǒng)來獲取所需設備和設施的健康狀態(tài)、作業(yè)參數(shù)、運行狀態(tài)、作業(yè)數(shù)據(jù)及相關的作業(yè)箱量、作業(yè)效率、作業(yè)能耗以及設備利用率等關鍵性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和報表，為碼頭的績效管理、業(yè)務管理和經營決策提供豐富、可靠的數(shù)據(jù)。

1.3系統(tǒng)功能

港口起重機健康及作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控中心（IT部機房）設立起重機健康及作業(yè)狀態(tài)綜合監(jiān)控平臺，包括數(shù)據(jù)采集（SCADA）服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和發(fā)布服務器。數(shù)據(jù)采集服務器通過集裝箱碼頭已有的以太網、交換系統(tǒng)及已布設到起重機上的無線網絡組成的通信鏈路來與智能傳感器和PLC設備實現(xiàn)通信，讀取智能傳感器和PLC內部相關的起重機的運行狀態(tài)和參數(shù)系統(tǒng)，通過各類傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊獲取碼頭設施的各類運行參數(shù)，采集數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫服務器中進行記錄，采集參數(shù)經處理后以動態(tài)圖形展示。系統(tǒng)實現(xiàn)與集裝箱碼頭其他業(yè)務或功能系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及聯(lián)動，如圖2所示。

2結束語

本文提出的港口起重機健康及作業(yè)遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計方案集裝箱碼頭乃至其他起重裝備領域也具有重要的推廣價值。伴隨著我國現(xiàn)階段正在調整產業(yè)結構和大力發(fā)展物流的需求，國內的公路、鐵路集裝箱中轉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)及礦山領域等，提高工作效率。

參考文獻

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