集装箱起重机状态在线监测系统研究

史剑峰

摘要：我国外贸的发展带来了港口事业的的飞速发展.集装箱起重机作为大型、专业化集装箱码头不可缺少的机械设备之一，是一种大型港口机械。它主要用来操作集装箱船舶的装卸工作，也可用于装卸重型货物。集装箱起重机价格昂贵，使用频率高，维修困难，长期肩负超负荷的装卸作业.随着使用时间的增长，各类集装箱起重机难免会出现各种故障及安全隐患。因此，为了提高起重机工作的安全可靠性，减少起重机故障的发生，需要建立科学的整机状态在线监测系统。

关键词：集装箱;起重机;在线监测;系统设计

1.国内外集装箱起重机在线监测技术发展现状

国外发达工业国家在研制高效快速的集装箱起重机状态监测系统方面处于主导地位，以GE，ABB和施耐德等公司最为著名。这些公司利用先进的智能传感技术、计算机控制技术，高速宽带通信技术等，通过技术创新，设备改进，其生产、改进的在线监测系统在工作效率及安全可靠性上都有了很大提高。日本安川公司采用无线接入技术，将智能传感技术和计算机通信技术结合起来，实现对集装箱起重机的远程在线监控。通过远程监测随时掌握作业状况，实现对起重机状态数据的实时采集，技术人员无需亲临现场即可了解设备的运行状态，极大的提高了起重设备工作的安全可靠性，降低发生故障的机率。

我国对于集装箱起重机设备状态监测的研究，主要存在于设计院所及各大高校。上海交通大学研制了基于移动通信技术的集装箱起重机远程监测系统Netscan。该系统采用GE9030系列PLC实现现场控制，通过无线网关实现对现场起重设备和远程监测中心的链接，并利用TCP/IP协议，实现监测数据的无线传输。监测中心可以对港口任何一台起重机进行在线监测，实现设备运行状态的实时采集，并可对故障设备进行必要的远程诊断。该系统的缺点在于监测对象为设备电控信号，在恶劣天气环境下，实时性、可靠性和稳定性较差。

综观国内外相关方向的研究，对于集装箱起重设备的在线监测技术是建立在先进的智能传感技术、实时通信技术、计算机控制技术等基础上的。未来几年，随着这些技术的不断发展，集装箱起重机的在线监测将朝着采集数字化、前段一体化，监控网络化、系统集成化方向迅速发展。

2.集装箱起重机在线监测系统的主要结构

远程在线监测系统一般由三部分组成：监测终端设备、数据处理中心及人机控制模块。

第一部分为集装箱起重机运行状态实时监测的终端设备，主要有相关传感器、采集卡、风速仪及监控摄像头等硬件设备组成。传感器部分包括角度传感器、拉力传感器、长度传感器和温度传感器等。这些终端设备共同实现对起重机工作环境（温度、风速）及起重高度、起重力矩、起重量、起重臂角度及减速油箱等参数的监测，同时实现起重机起升机构的轴断监测，并通过通信装置将信号传输至数据处理中心。

第二部分为数据处理中心，包括数据采集系统、数据分析及管理系统。数据采集系统、分析管理系统将传感器信号通过PLC的高速计数器功能，以及脉冲计数值和计数时间能够计算出塔机起升的高度、起升速度、起升加速度，变幅的幅度、变幅速度、变幅加速度等参数。主要实现两个方面的功能：一方面是实现传感器节点的数据采集，实现传感器节点与GPRS模块的数据传输及GPRS模块同控制主机直接的数据传输，另一方面是对采集的数据进行处理、存储、分析、评估等功能。

第三部分为人机控制模块，根据实际需求设计相关具体功能，主要包括信息显示、信息查询、状态评估及远程管理等功能。通常采用采用10.4寸大屏幕高亮度触摸显示屏（分辨率为640*480），显示器预装了微软嵌入式实时多任务操作系统WinCENE和嵌入式组态软件，使界面更清晰、更逼真、更人性化，操作系统应简单易上手。此外，该部分通过计算机与因特网连接，以实现远距离在线监测。

3.集装箱起重机在线监测系统的主要功能

起重机运行状态实时监测：对于各种功能的传感器监测到的信号，通过传输电缆及各种接口电路传至PLC，经过数据处理、分析和计算，传输到人机控制模块，通过液晶显示器以数字和图表的方式显示起重机的起重量、起重力矩、起升高度、起重臂角度等参数。同时实时监测作业环境情况。

起重机运行状态安全报警：在线监测系统对所测量的一系列参数进行处理后，与所设定的预警值进行比较。当作业现场有任何情况超出安全范围时，所监测的信号达到预警值，此时通过声光报警装置发出预警，并在监测系统屏幕显示。监测参数到达或超过报警值时，通过声光报警装置发出报警，屏幕显示警报提示，同时控制系统将作出相应紧急处理，实现安全保护的目的。

起重机运作状态数据记录：对起重机工作时的各种运行参数进行记录保存，可随时调用查看，对制定检修计划提供可靠的数据分析。应具备黑匣子功能，自动记录集装箱起重机作业时的危险工作状态，为事故分析处理提供依据。同时运用视频和音频技术实现实时显示和记录工作状态、事后回放的功能。

参数设置及扩展功能：可通过人机控制模块，对一些必要的起重机参数进行设置。可根据现场实际情况进行必要的设置和修改，建立符合实际情况的安全作业机制。在线监测系统同时应当留有备用接口，可根据需求增加其他的在线监测项目，编写相应的在线监测程序。

4.结束语

集装箱起重机在线监测系统实现了对起重机的实时在线监测，改变了以往的传统监测手段，极大地提高了起重机监测的自动化程度。集装箱起重机的在线监测应朝着采集数字化、前段一体化，监控网络化、系统集成化方向继续发展，为提升设备管理层次作出更大的贡献。

参考文献：

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[2]谢小鹏，王东辉，黄国健.起重机械结构监测关键技术研究[J].起重运输机械.2013年08期.

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