一種港機行走電機狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)

劉 齊

天津港焦炭碼頭有限公司

1 引言

在港口作業(yè)中，對于港機狀態(tài)的實時監(jiān)測十分重要，國內(nèi)學(xué)者開展了許多相關(guān)研究。王東輝為實現(xiàn)起重機的實時監(jiān)測功能，開發(fā)了—套基于光纖傳感器的門座起重機(以下簡稱門機)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)[1]；張晨等針對門機的結(jié)構(gòu)性損傷問題進行了研究，設(shè)計了港口門座起重機的安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)[2]；程粵針對門機滑環(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)計了門機滑環(huán)箱溫濕度監(jiān)測報警系統(tǒng)[3]；楊曉華等基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)設(shè)計了在線智能監(jiān)測系統(tǒng)，通過安裝于設(shè)備上傳感器反饋的信號實現(xiàn)對機組設(shè)備運行狀態(tài)的實時診斷監(jiān)測[4]；安志家等結(jié)合港口機械實際情況，將設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與設(shè)備檢修、故障診斷結(jié)合，創(chuàng)建了新的港機設(shè)備預(yù)警維護模式[5]；陳飛等通過對起重機大車運行機構(gòu)制動的分析，確定了大車運行機構(gòu)兩側(cè)從動輪制動后行走距離為監(jiān)測對象，并設(shè)計了一種大車運行機構(gòu)制動不平衡監(jiān)測裝置[6]。

可以看出，目前關(guān)于港機狀態(tài)監(jiān)測的研究大都集中于港機本身，而關(guān)于港機電機狀態(tài)監(jiān)測的研究較少。港機是由支持或開閉變頻器驅(qū)動多臺行走電機來實現(xiàn)設(shè)備行走，其下屬電機狀態(tài)無法通過變頻器直接采集，且其故障具有隱蔽性，只有3臺及以上電機出現(xiàn)故障導(dǎo)致行走失效后才會被發(fā)現(xiàn)，其失衡狀態(tài)對其他行走電機具有較大傷害，同時嚴(yán)重影響大機鋼結(jié)構(gòu)強度。因此，結(jié)合某碼頭港機電氣設(shè)備管控現(xiàn)狀，研究了一種新型監(jiān)測方法來提高設(shè)備管控能力。

2 現(xiàn)狀分析

某碼頭有7臺門機、2臺裝載機、2臺斗輪取料機，每臺設(shè)備行走機構(gòu)至少裝備8臺行走電機。傳統(tǒng)設(shè)備行走電機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、線路檢查和絕緣測試來推斷電機狀態(tài)。在實際生產(chǎn)中，往往出現(xiàn)大機行走異常后才對所屬電機進行逐一排查。該碼頭96臺行走電機，1組電工全部檢查一遍需要2～3周，這種監(jiān)測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)行走電機數(shù)量多、管理基數(shù)大，無法實現(xiàn)定點報警，必須由設(shè)備主管在系統(tǒng)管理界面上逐一篩看各個電機情況，導(dǎo)致操作不便、管理困難，同時也增加了一線維修班組的工作強度。

(2)設(shè)備行走機構(gòu)通常由2組4～6臺行走電機組成，傳統(tǒng)監(jiān)測無法在第1臺電機損壞時發(fā)現(xiàn)問題，導(dǎo)致從電機故障開始到發(fā)現(xiàn)故障期間，設(shè)備左右兩側(cè)電機驅(qū)動不平衡，對行走架鋼結(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)電機損壞了3～4臺且無法實現(xiàn)大機行走后，才會發(fā)現(xiàn)行走電機故障，屆時需同時更換多臺電機，維修成本高。

基于上述問題，進行了港機行走電機狀態(tài)智能監(jiān)測的研究，并針對現(xiàn)場設(shè)備電機監(jiān)控方法進行了技術(shù)創(chuàng)新，形成了一個具備數(shù)據(jù)采集、回傳、分析等功能的港機行走電機狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)。

3 電機智能化監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為解決無法對電機故障及時定點報警的問題，建立了港機行走電機狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，對電氣線路及設(shè)備的實時狀態(tài)進行采集和監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)經(jīng)由云端傳輸?shù)胶笈_大數(shù)據(jù)中心，通過大數(shù)據(jù)中心的運算，實現(xiàn)電流監(jiān)測、電壓監(jiān)測、溫度監(jiān)測等功能。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，內(nèi)置無線通訊模塊，只要通電即可自動聯(lián)網(wǎng)，可在移動端隨時查看電氣安全狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常情況便立即通知管理人員，使電機的不良狀態(tài)迅速得到提醒并及時解決，從而避免設(shè)備停機的情況發(fā)生。

系統(tǒng)在本地安裝用電探測器、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)通過云平臺反饋到PC或手機界面。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、遠程移動端監(jiān)控、閾值報警、定點報警等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2，通過在現(xiàn)場設(shè)置電弧式智慧用電探測器、滅弧式智慧用電保護裝置來監(jiān)測作業(yè)現(xiàn)場電機的電流、電壓、溫度等狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；通過傳統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳；將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_后經(jīng)過大數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)處理并儲存，再由通訊模塊將數(shù)據(jù)分析結(jié)果通知給移動端的設(shè)備管理人員，實現(xiàn)遠程移動端監(jiān)控功能。此外，設(shè)備管理人員按需要設(shè)置對應(yīng)的報警值，當(dāng)監(jiān)測到用電線路失電、三相不平衡、超負(fù)荷(過流)等情況時，可以進行閾值報警，及時解決故障。系統(tǒng)根據(jù)行走電機過流、繞組損壞、三相不平衡等常見故障特征設(shè)置報警提醒，可進行精確的定點報警，遠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

按照電機智能化監(jiān)測系統(tǒng)的要求，在門機行走電機控制柜安裝8臺采集裝置，分別采集對應(yīng)的8臺行走電機電氣數(shù)據(jù)，采樣頻率為1次/min，并實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的回傳。根據(jù)港機電氣實際管理需要，設(shè)計了后臺管理系統(tǒng)，通過PC端實時監(jiān)測目標(biāo)數(shù)據(jù)，為港機電氣管理提供可靠依據(jù)。

電機數(shù)據(jù)實時回傳技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了設(shè)備監(jiān)測效率，設(shè)備主管可通過數(shù)據(jù)回傳平臺直接掌握港機末端設(shè)備狀態(tài)，并對突發(fā)故障及時精確地定點清除，在降低一線維修班組工作強度的同時，提高了設(shè)備維保組織的介入效率。系統(tǒng)通過閾值報警和定點報警，可及時發(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。通過對設(shè)備故障點的及時干預(yù)，杜絕了海陸兩側(cè)受力不均導(dǎo)致的大機鋼結(jié)構(gòu)強度弱化的隱患，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

針對港機行走電機狀態(tài)監(jiān)測不及時、管理難的問題，建立了港機行走電機狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了及時精準(zhǔn)的報警，在故障發(fā)生時可立即排除，提高了電機維修與管理的及時性和準(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。