史劍峰

摘要：我國外貿(mào)的發(fā)展帶來了港口事業(yè)的的飛速發(fā)展.集裝箱起重機作為大型、專業(yè)化集裝箱碼頭不可缺少的機械設備之一，是一種大型港口機械。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。集裝箱起重機價格昂貴，使用頻率高，維修困難，長期肩負超負荷的裝卸作業(yè).隨著使用時間的增長，各類集裝箱起重機難免會出現(xiàn)各種故障及安全隱患。因此，為了提高起重機工作的安全可靠性，減少起重機故障的發(fā)生，需要建立科學的整機狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。

關鍵詞：集裝箱;起重機;在線監(jiān)測;系統(tǒng)設計

1.國內(nèi)外集裝箱起重機在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國外發(fā)達工業(yè)國家在研制高效快速的集裝箱起重機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)方面處于主導地位，以GE，ABB和施耐德等公司最為著名。這些公司利用先進的智能傳感技術(shù)、計算機控制技術(shù)，高速寬帶通信技術(shù)等，通過技術(shù)創(chuàng)新，設備改進，其生產(chǎn)、改進的在線監(jiān)測系統(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)和計算機通信技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)對集裝箱起重機的遠程在線監(jiān)控。通過遠程監(jiān)測隨時掌握作業(yè)狀況，實現(xiàn)對起重機狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集，技術(shù)人員無需親臨現(xiàn)場即可了解設備的運行狀態(tài)，極大的提高了起重設備工作的安全可靠性，降低發(fā)生故障的機率。

我國對于集裝箱起重機設備狀態(tài)監(jiān)測的研究，主要存在于設計院所及各大高校。上海交通大學研制了基于移動通信技術(shù)的集裝箱起重機遠程監(jiān)測系統(tǒng)Netscan。該系統(tǒng)采用GE9030系列PLC實現(xiàn)現(xiàn)場控制，通過無線網(wǎng)關實現(xiàn)對現(xiàn)場起重設備和遠程監(jiān)測中心的鏈接，并利用TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸。監(jiān)測中心可以對港口任何一臺起重機進行在線監(jiān)測，實現(xiàn)設備運行狀態(tài)的實時采集，并可對故障設備進行必要的遠程診斷。該系統(tǒng)的缺點在于監(jiān)測對象為設備電控信號，在惡劣天氣環(huán)境下，實時性、可靠性和穩(wěn)定性較差。

綜觀國內(nèi)外相關方向的研究，對于集裝箱起重設備的在線監(jiān)測技術(shù)是建立在先進的智能傳感技術(shù)、實時通信技術(shù)、計算機控制技術(shù)等基礎上的。未來幾年，隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，集裝箱起重機的在線監(jiān)測將朝著采集數(shù)字化、前段一體化，監(jiān)控網(wǎng)絡化、系統(tǒng)集成化方向迅速發(fā)展。

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

遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)一般由三部分組成：監(jiān)測終端設備、數(shù)據(jù)處理中心及人機控制模塊。

第一部分為集裝箱起重機運行狀態(tài)實時監(jiān)測的終端設備，主要有相關傳感器、采集卡、風速儀及監(jiān)控攝像頭等硬件設備組成。傳感器部分包括角度傳感器、拉力傳感器、長度傳感器和溫度傳感器等。這些終端設備共同實現(xiàn)對起重機工作環(huán)境（溫度、風速）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，同時實現(xiàn)起重機起升機構(gòu)的軸斷監(jiān)測，并通過通信裝置將信號傳輸至數(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)將傳感器信號通過PLC的高速計數(shù)器功能，以及脈沖計數(shù)值和計數(shù)時間能夠計算出塔機起升的高度、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)。主要實現(xiàn)兩個方面的功能：一方面是實現(xiàn)傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)傳感器節(jié)點與GPRS模塊的數(shù)據(jù)傳輸及GPRS模塊同控制主機直接的數(shù)據(jù)傳輸，另一方面是對采集的數(shù)據(jù)進行處理、存儲、分析、評估等功能。

第三部分為人機控制模塊，根據(jù)實際需求設計相關具體功能，主要包括信息顯示、信息查詢、狀態(tài)評估及遠程管理等功能。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），顯示器預裝了微軟嵌入式實時多任務操作系統(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)應簡單易上手。此外，該部分通過計算機與因特網(wǎng)連接，以實現(xiàn)遠距離在線監(jiān)測。

3.集裝箱起重機在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能

起重機運行狀態(tài)實時監(jiān)測：對于各種功能的傳感器監(jiān)測到的信號，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、分析和計算，傳輸?shù)饺藱C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的起重量、起重力矩、起升高度、起重臂角度等參數(shù)。同時實時監(jiān)測作業(yè)環(huán)境情況。

起重機運行狀態(tài)安全報警：在線監(jiān)測系統(tǒng)對所測量的一系列參數(shù)進行處理后，與所設定的預警值進行比較。當作業(yè)現(xiàn)場有任何情況超出安全范圍時，所監(jiān)測的信號達到預警值，此時通過聲光報警裝置發(fā)出預警，并在監(jiān)測系統(tǒng)屏幕顯示。監(jiān)測參數(shù)到達或超過報警值時，通過聲光報警裝置發(fā)出報警，屏幕顯示警報提示，同時控制系統(tǒng)將作出相應緊急處理，實現(xiàn)安全保護的目的。

起重機運作狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄：對起重機工作時的各種運行參數(shù)進行記錄保存，可隨時調(diào)用查看，對制定檢修計劃提供可靠的數(shù)據(jù)分析。應具備黑匣子功能，自動記錄集裝箱起重機作業(yè)時的危險工作狀態(tài)，為事故分析處理提供依據(jù)。同時運用視頻和音頻技術(shù)實現(xiàn)實時顯示和記錄工作狀態(tài)、事后回放的功能。

參數(shù)設置及擴展功能：可通過人機控制模塊，對一些必要的起重機參數(shù)進行設置?？筛鶕?jù)現(xiàn)場實際情況進行必要的設置和修改，建立符合實際情況的安全作業(yè)機制。在線監(jiān)測系統(tǒng)同時應當留有備用接口，可根據(jù)需求增加其他的在線監(jiān)測項目，編寫相應的在線監(jiān)測程序。

4.結(jié)束語

集裝箱起重機在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對起重機的實時在線監(jiān)測，改變了以往的傳統(tǒng)監(jiān)測手段，極大地提高了起重機監(jiān)測的自動化程度。集裝箱起重機的在線監(jiān)測應朝著采集數(shù)字化、前段一體化，監(jiān)控網(wǎng)絡化、系統(tǒng)集成化方向繼續(xù)發(fā)展，為提升設備管理層次作出更大的貢獻。

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