集裝箱起重機(jī)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

史劍峰

摘要：我國(guó)外貿(mào)的發(fā)展帶來了港口事業(yè)的的飛速發(fā)展.集裝箱起重機(jī)作為大型、專業(yè)化集裝箱碼頭不可缺少的機(jī)械設(shè)備之一，是一種大型港口機(jī)械。它主要用來操作集裝箱船舶的裝卸工作，也可用于裝卸重型貨物。集裝箱起重機(jī)價(jià)格昂貴，使用頻率高，維修困難，長(zhǎng)期肩負(fù)超負(fù)荷的裝卸作業(yè).隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，各類集裝箱起重機(jī)難免會(huì)出現(xiàn)各種故障及安全隱患。因此，為了提高起重機(jī)工作的安全可靠性，減少起重機(jī)故障的發(fā)生，需要建立科學(xué)的整機(jī)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：集裝箱;起重機(jī);在線監(jiān)測(cè);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.國(guó)內(nèi)外集裝箱起重機(jī)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家在研制高效快速的集裝箱起重機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面處于主導(dǎo)地位，以GE，ABB和施耐德等公司最為著名。這些公司利用先進(jìn)的智能傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，高速寬帶通信技術(shù)等，通過技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)備改進(jìn)，其生產(chǎn)、改進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工作效率及安全可靠性上都有了很大提高。日本安川公司采用無線接入技術(shù)，將智能傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱起重機(jī)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控。通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)隨時(shí)掌握作業(yè)狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，技術(shù)人員無需親臨現(xiàn)場(chǎng)即可了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，極大的提高了起重設(shè)備工作的安全可靠性，降低發(fā)生故障的機(jī)率。

我國(guó)對(duì)于集裝箱起重機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究，主要存在于設(shè)計(jì)院所及各大高校。上海交通大學(xué)研制了基于移動(dòng)通信技術(shù)的集裝箱起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Netscan。該系統(tǒng)采用GE9030系列PLC實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制，通過無線網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心的鏈接，并利用TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無線傳輸。監(jiān)測(cè)中心可以對(duì)港口任何一臺(tái)起重機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，并可對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行必要的遠(yuǎn)程診斷。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)對(duì)象為設(shè)備電控信號(hào)，在惡劣天氣環(huán)境下，實(shí)時(shí)性、可靠性和穩(wěn)定性較差。

綜觀國(guó)內(nèi)外相關(guān)方向的研究，對(duì)于集裝箱起重設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是建立在先進(jìn)的智能傳感技術(shù)、實(shí)時(shí)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等基礎(chǔ)上的。未來幾年，隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，集裝箱起重機(jī)的在線監(jiān)測(cè)將朝著采集數(shù)字化、前段一體化，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化方向迅速發(fā)展。

2.集裝箱起重機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由三部分組成：監(jiān)測(cè)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)處理中心及人機(jī)控制模塊。

第一部分為集裝箱起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的終端設(shè)備，主要有相關(guān)傳感器、采集卡、風(fēng)速儀及監(jiān)控?cái)z像頭等硬件設(shè)備組成。傳感器部分包括角度傳感器、拉力傳感器、長(zhǎng)度傳感器和溫度傳感器等。這些終端設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)工作環(huán)境（溫度、風(fēng)速）及起重高度、起重力矩、起重量、起重臂角度及減速油箱等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的軸斷監(jiān)測(cè)，并通過通信裝置將信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。

第二部分為數(shù)據(jù)處理中心，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析及管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、分析管理系統(tǒng)將傳感器信號(hào)通過PLC的高速計(jì)數(shù)器功能，以及脈沖計(jì)數(shù)值和計(jì)數(shù)時(shí)間能夠計(jì)算出塔機(jī)起升的高度、起升速度、起升加速度，變幅的幅度、變幅速度、變幅加速度等參數(shù)。主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的功能：一方面是實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)與GPRS模塊的數(shù)據(jù)傳輸及GPRS模塊同控制主機(jī)直接的數(shù)據(jù)傳輸，另一方面是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、分析、評(píng)估等功能。

第三部分為人機(jī)控制模塊，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)相關(guān)具體功能，主要包括信息顯示、信息查詢、狀態(tài)評(píng)估及遠(yuǎn)程管理等功能。通常采用采用10.4寸大屏幕高亮度觸摸顯示屏（分辨率為640*480），顯示器預(yù)裝了微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)WinCENE和嵌入式組態(tài)軟件，使界面更清晰、更逼真、更人性化，操作系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單易上手。此外，該部分通過計(jì)算機(jī)與因特網(wǎng)連接，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離在線監(jiān)測(cè)。

3.集裝箱起重機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能

起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：對(duì)于各種功能的傳感器監(jiān)測(cè)到的信號(hào)，通過傳輸電纜及各種接口電路傳至PLC，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理、分析和計(jì)算，傳輸?shù)饺藱C(jī)控制模塊，通過液晶顯示器以數(shù)字和圖表的方式顯示起重機(jī)的起重量、起重力矩、起升高度、起重臂角度等參數(shù)。同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)環(huán)境情況。

起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)安全報(bào)警：在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)所測(cè)量的一系列參數(shù)進(jìn)行處理后，與所設(shè)定的預(yù)警值進(jìn)行比較。當(dāng)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有任何情況超出安全范圍時(shí)，所監(jiān)測(cè)的信號(hào)達(dá)到預(yù)警值，此時(shí)通過聲光報(bào)警裝置發(fā)出預(yù)警，并在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屏幕顯示。監(jiān)測(cè)參數(shù)到達(dá)或超過報(bào)警值時(shí)，通過聲光報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警，屏幕顯示警報(bào)提示，同時(shí)控制系統(tǒng)將作出相應(yīng)緊急處理，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)的目的。

起重機(jī)運(yùn)作狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄：對(duì)起重機(jī)工作時(shí)的各種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄保存，可隨時(shí)調(diào)用查看，對(duì)制定檢修計(jì)劃提供可靠的數(shù)據(jù)分析。應(yīng)具備黑匣子功能，自動(dòng)記錄集裝箱起重機(jī)作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)工作狀態(tài)，為事故分析處理提供依據(jù)。同時(shí)運(yùn)用視頻和音頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示和記錄工作狀態(tài)、事后回放的功能。

參數(shù)設(shè)置及擴(kuò)展功能：可通過人機(jī)控制模塊，對(duì)一些必要的起重機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行必要的設(shè)置和修改，建立符合實(shí)際情況的安全作業(yè)機(jī)制。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)應(yīng)當(dāng)留有備用接口，可根據(jù)需求增加其他的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，編寫相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)程序。

4.結(jié)束語

集裝箱起重機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)起重機(jī)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，改變了以往的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段，極大地提高了起重機(jī)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化程度。集裝箱起重機(jī)的在線監(jiān)測(cè)應(yīng)朝著采集數(shù)字化、前段一體化，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化方向繼續(xù)發(fā)展，為提升設(shè)備管理層次作出更大的貢獻(xiàn)。

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