工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)上的應(yīng)用與研究

高鵬飛

(杭州江河機(jī)電裝備工程有限公司 浙江省水利水電裝備表面工程技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，起重機(jī)在工業(yè)化進(jìn)程中扮演著越來(lái)越重要的角色。特別是隨著“一帶一路”經(jīng)濟(jì)區(qū)開(kāi)放后，中國(guó)對(duì)“一帶一路”相關(guān)的國(guó)家進(jìn)行投資，幫助國(guó)外修建水電站、鐵路等大型工程項(xiàng)目，起重機(jī)隨著這些項(xiàng)目遠(yuǎn)銷(xiāo)到世界各地。起重機(jī)行業(yè)全球化的競(jìng)爭(zhēng)，不僅要求起重機(jī)設(shè)備具有高安全性能的品質(zhì)、先進(jìn)智能化的控制技術(shù)、穩(wěn)定可靠的電氣控制系統(tǒng)，而且還對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、配套、售后服務(wù)等都提出了更高的要求。為此，提出將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到起重機(jī)控制系統(tǒng)中，通過(guò)智能采控終端設(shè)備將起重機(jī)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成更加信息化、數(shù)字化、智能化的起重機(jī)云服務(wù)平臺(tái)。

1 起重機(jī)在水力、電力行業(yè)面臨的主要問(wèn)題

水利、電力行業(yè)中使用的起重機(jī)械一般在位置比較偏遠(yuǎn)、人煙稀少、交通不便的地區(qū)，面臨的問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(1) 作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高。起重機(jī)屬于特種設(shè)備，是國(guó)家規(guī)范管理的重大危險(xiǎn)源。由于興修水利、電力工程時(shí)，起重機(jī)械工作強(qiáng)度大，幾乎全天全負(fù)荷工作，同時(shí)起重機(jī)械的維修、保養(yǎng)、檢測(cè)落實(shí)困難，設(shè)備狀態(tài)及使用過(guò)程信息不透明，致使起重機(jī)健康狀況不能預(yù)知，安全風(fēng)險(xiǎn)比較大，事故多發(fā)。特別是興修水電站用的高架門(mén)式起重機(jī)，由于其行走距離和擺臂幅度比較大，普遍存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 工作環(huán)境惡劣。例如起重機(jī)在非洲一些國(guó)家的高溫、高濕度地區(qū)作業(yè)時(shí)，對(duì)起重機(jī)械零部件和控制系統(tǒng)的質(zhì)量要求非常高。由于長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫、高濕度的惡劣環(huán)境下，其零部件和控制元部件的損耗非常大，嚴(yán)重影響起重機(jī)的整體運(yùn)行性能，如果缺乏必要的監(jiān)控和檢測(cè)手段，設(shè)備的意外故障會(huì)極大地降低生產(chǎn)效率，甚至?xí)斐删薮蠼?jīng)濟(jì)損失。

(3) 維保售后效率低。遠(yuǎn)銷(xiāo)到國(guó)外的起重機(jī)械設(shè)備，維保效率低，成本較高。一般簡(jiǎn)易故障可以配合當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)維人員查除，復(fù)雜故障就需要專(zhuān)業(yè)售后人員去檢修，特別是當(dāng)前疫情下，風(fēng)險(xiǎn)和成本都比較高。

2 起重機(jī)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)的搭建

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)就是將具有感知、監(jiān)控能力的各類(lèi)采集、控制傳感器或控制器以及移動(dòng)通信、智能分析等技術(shù)不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而大幅提高工作效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品運(yùn)維成本和資源消耗，最終實(shí)現(xiàn)將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。

搭建起重機(jī)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控異地設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備提供定制化的響應(yīng)式服務(wù)，包括設(shè)備的遠(yuǎn)程組態(tài)調(diào)試運(yùn)行監(jiān)控、智能分析診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)、節(jié)能管理、空中升級(jí)和遠(yuǎn)程作業(yè)指導(dǎo)等，減少因設(shè)備意外停車(chē)引起的生產(chǎn)停滯，提高設(shè)備利用率，為設(shè)備健康與安全高效生產(chǎn)保駕護(hù)航。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行AI智能“眼睛”識(shí)別判斷分析，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備健康狀況；實(shí)時(shí)報(bào)警及數(shù)據(jù)再現(xiàn)，真實(shí)還原事故場(chǎng)景進(jìn)行事故追溯，同時(shí)規(guī)范人員安全操作規(guī)程；設(shè)備監(jiān)控、健康狀態(tài)及維修維護(hù)的可視化及移動(dòng)化操作；全流程的記錄和備份，大數(shù)據(jù)分析設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況與報(bào)警信息，建立設(shè)備的對(duì)標(biāo)管理，為提高設(shè)備利用率與售后服務(wù)提供策略與解決方案。

起重機(jī)搭建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)的過(guò)程如下： 通過(guò)起重機(jī)的PLC采集起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所需要的所有數(shù)據(jù)，PLC通過(guò)以太網(wǎng)或RS485/RS422串口方式接入工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)中，智能網(wǎng)關(guān)依靠自身協(xié)議解析以及數(shù)據(jù)傳輸功能將解析好的數(shù)據(jù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或者有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸至互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而傳輸?shù)椒?wù)器中；最后通過(guò)服務(wù)器中部署的數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)，將設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)發(fā)布到監(jiān)控大屏及各監(jiān)控端。雙向門(mén)式起重機(jī)搭建的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)如圖1所示。

圖1 雙向門(mén)式起重機(jī)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)

通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云組態(tài)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程組態(tài)調(diào)試、程序的上傳下載、設(shè)備的監(jiān)控和控制，還可以通過(guò)移動(dòng)端數(shù)據(jù)平臺(tái)隨時(shí)隨地監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行和遠(yuǎn)程運(yùn)維。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)，起重機(jī)供貨商還可以隨時(shí)了解其銷(xiāo)售出去的起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、所處位置等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，一旦設(shè)備發(fā)生故障或者即將發(fā)生故障，系統(tǒng)以短信、郵件等多種方式為用戶(hù)或最終客戶(hù)提供相關(guān)的報(bào)警或預(yù)警，從而保障起重機(jī)安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行及最大限度降低故障時(shí)間。某水電站雙向門(mén)式起重機(jī)檢修閘門(mén)工作流程如圖2所示。

圖2 雙向門(mén)式起重機(jī)檢修閘門(mén)工作流程

3 起重機(jī)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)面臨的問(wèn)題

起重機(jī)在搭建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題:

(1) 由于搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需要智能化接口設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)的智能化接口設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)廠商多數(shù)處于起步發(fā)展階段，面對(duì)更加復(fù)雜的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性還有待于進(jìn)一步提高。

(2) 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的搭建，大量實(shí)時(shí)的運(yùn)行和控制數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通訊將起重機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)交互在一起，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和相應(yīng)時(shí)間要求非常高，這就要求起重機(jī)械工作現(xiàn)場(chǎng)有極好的運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。國(guó)外水利、水電用的起重機(jī)械設(shè)備大都位置比較偏僻，環(huán)境比較惡劣，特別是非洲國(guó)家地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于中國(guó)，這些都對(duì)起重機(jī)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的搭建造成不利的影響。

(3) 起重機(jī)用的PLC廠商很多，編程軟件都不一樣，造成了起重機(jī)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)組態(tài)的復(fù)雜性和難拓展性。

4 總結(jié)和展望

起重機(jī)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的搭建，對(duì)起重機(jī)上行跨地區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控和運(yùn)行維護(hù)是可行的。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、數(shù)字孿生、工業(yè)大數(shù)據(jù)等技術(shù)越來(lái)越成熟，通過(guò)智能采控終端設(shè)備將起重機(jī)和這些技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成更加信息化、數(shù)字化、智能化的起重機(jī)云服務(wù)平臺(tái)，會(huì)對(duì)我國(guó)起重機(jī)械行業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程起到不可估量的作用。