铁路门式起重机综合监管平台设计研究

赵杰林

(中国铁路西安局集团有限公司 货运处，陕西 西安 710054)

1 概述

铁路门式起重机是铁路货场的主要装卸设备，具有作业效率高、安全性好、运用成本低等特点。中国铁路西安局集团有限公司现有门式起重机 39 台，老旧的桁架型、CA 型、U 型等门式起重机和新型变频门式起重机并存，其中利用变频技术控制的门式起重机 13 台，占门式起重机总量的 33.3%。现有的门式起重机除设备出厂时安装的风速仪、过载限制器、防风制动器等安全保护装置之外，没有安装现代化的监控设备和管理手段。目前，铁路门式起重机在运用中主要存在以下问题。

（1）标准化管理有待实现。铁路门式起重机缺乏有效的监管手段，不能及时警告超速行驶、制止违章操作而导致安全事故的发生，同时缺少可查询、回溯的运行数据记录，事后进行准确的问责分析比较困难。由于铁路货场分布比较分散，门式起重机型号各异，年代跨度大，配置不统一，标准化管理困难，现场盯控难度不断增大，借助远程监控系统迫在眉睫[1]。

（2）设备配件养护不到位。尽管在购置装卸机械时安全保护装置配置比较全面，但缺少养护、维修、检修人员，并且部分配件购置时间较长，因而装卸机械养护维修不到位，装卸机械故障点不能及时判断，使起重机在不完备状态下运行，存在突然断电、操控失灵等安全隐患[2]。

（3）设备维修不及时。老旧铁路门式起重机使用时间长，钢结构锈蚀、变形，造成大车、小车运行啃轨，威胁装卸作业安全，同时缺乏必要的设备故障诊断仪器。

为解决门式起重机安全运用及管理存在的问题，运用信息化管理手段，将管理需求和先进的管理理念相结合，对门式起重机管理流程进行重组和再造，研究设计门式起重机综合监管平台，实现装卸机械的动态监测、动态管理、动态调配、联网监管、投入产出分析、历史追溯等功能，以提高门式起重机运用效率，降低维护运用成本[3]。

2 铁路门式起重机综合监管平台技术方案

2.1 系统组成及实现功能

铁路门式起重机综合监管平台由数据采集单元、车载监控单元、货场监控室、远程监控中心和系统应用等部分组成，采用铁路局集团公司、车务站段、车站 3 级网络架构，应用 B/S (浏览器/服务器模式) 软件架构，并且开发手机 APP，实现设备监管移动办公。铁路门式起重机综合监管平台主要功能包括设备远程监控与数据获取、监控报警记录、设备能耗统计、档案管理、故障管理、备件管理技术经济管理等，有效分析数据，实现对设备的安全和精细化管理。

2.2 数据采集及编译

铁路门式起重机综合监管平台由编码器、电机保护器、可编程控制器 (PLC)、交换机、各类传感器、工控机、无线接收终端、高清网络摄像机、报警装置、无线AP等组成，实现门式起重机的实时运行数据采集功能。采集的实时运行数据包括大车、小车行程，起升高度、风速、起重量、联锁保护数据、抗风防滑装置状态、起升制动器状态、司机操作指令、电机运行状态、视频监控等。在门式起重机的关键部位，如吊点位置、大小车运行方向、司机室、小车室、集装箱平车 FTR 锁等位置安装高清网络摄像机，通过硬盘录像机暂存 30 d 的视频数据[4]。门式起重机的运行数据和视频数据通过交换机和无线客户端将数据传递到货场监控室和远程监控中心。铁路门式起重机综合监管平台运行数据自动采集逻辑图如图 1 所示。

图1 铁路门式起重机综合监管平台运行数据自动采集逻辑图Fig.1 Automatic data acquisition of the portal crane integrated monitoring platform logical diagram

2.3 数据传输

在铁路门式起重机综合监管平台中，Modbus 网关、数据采集模块 (TCP/IP)、PPI 转以太网模块、硬盘录像机、摄像头、无线基站、工控机与交换机之间均采用以太网连接，形成小型局域网，连接到交换机的设备，均被分配惟一的 IP 地址，进行基于 TCP/IP 协议的以太网数据通信，门式起重机综合监管平台的 TCP/IP 连接与地址配置示意图如图 2 所示。门式起重机综合监管平台采用无线 Wi-Fi 和 3G/4G 相结合的方式进行数据传输。由于视频数据流量大，并且货场监控室一般不与外界进行网络连接，相对孤立，因而选用无线 Wi-Fi 将视频数据和设备监控运行数据传输到货场监控室；同时将设备监控运输数据采用 2G/3G/4G 传输，将监控运行数据传输至远程监控中心。

图2 门式起重机综合监管平台的TCP/IP连接与地址配置示意图Fig.2 TCP/IP connection and address configuration of the portal crane integrated monitoring platform sketch map

2.4 数据运用

在应用层，开发远程综合监管平台和手机 APP 应用软件，设备管理者、设备维修人员和设备操作人员可以通过个人计算机、移动终端设备接入门式起重机综合监管平台访问，对门式起重机进行远程监控，了解设备实时运行和运用情况，在线管理门式起重机，对门式起重机的养护、维修、检修情况进行记录，便于查阅，实现门式起重机的全寿命周期管理。

3 铁路门式起重机综合监管平台功能设计

3.1 实时运行监控

通过记录门式起重机的运行情况，反映设备的运行状况，包括作业时间、工作循环、运行台时、作业量、操作指令、各项状态数据、实时视频数据、实时故障、实时报警、能耗等数据。结合门式起重机的作业时间、工作循环、运行台时和作业量等数据，可以为门式起重机合理维修间隔的确定提供基础数据，避免设备的盲目维修。通过回溯分析设备操作指令和视频数据，追溯事故原因，及时制止违规违章行为。当出现实时故障时，在线及时排查原因，排除故障，保障设备可靠运行；当出现实时报警，按照报警级别，自动采取对应的操作措施，超过危险值时，自动强制切断电源，制止门式起重机危险动作，保证设备安全和人身安全[5]。

3.2 备件管理

备件管理是设备管理的重要组成部分，包括备件的基础信息管理，采购计划管理、消耗统计和材料库管理等内容。基础信息管理包括对备件建立台账，进行存储物资分类，储备定额管理等。材料库的管理包括对各类物资备件的进库、出库、储存等日常工作进行管理。门式起重机综合监管平台统计设备各机械、电气零部件应用情况 (如制动器启动次数、变频器故障次数等)，当接近预设值时，以系统消息、手机短信及电子邮件等方式向维护人员推送消息，提示更换备件。建立备件库，对备件型号、规格、价格、库存数量、生产厂、供应商等信息进行管理，监管者可以在线了解备件库存情况[6]。

3.3 档案管理

在购置门式起重机时，完成门式起重机档案建立工作，包括固定资产编号、管理编号、设备名称、规格型号、制造厂家、出厂日期、使用日期、资产原值、资产净值、复杂系数、安设地点、上次大修时间、注册代码、厂牌号码等信息，并且对门式起重机关键零部件的更换、大修、调拨、封存、租赁、评估、外调和报废等变动进行管理。

3.4 远程维护

门式起重机发生故障后，运用手机 APP，以视频、照片和语音方式对故障进行描述并上传平台。设备管理人员通过平台查看故障后，连同维修技术人员按照故障部位、故障现象进行远程诊断，查明故障原因，提出故障解决措施，并且通过平台进行维修工单派遣，及时排除设备故障，并将维修单位、维修时间、维修内容、维修人员等关键信息录入平台存档，提高维修效率[7]。

3.5 故障管理

设备故障管理是通过汇总故障详细信息，对故障历史数据进行统计分析，根据故障现象分析故障原因，提出解决办法。在此基础上通过归纳分类，形成故障树，定义标准化的故障部位、故障现象、故障原因、故障解决措施。一方面，在故障发生后，可根据故障树查询到有关故障信息，从而为快速排除故障、恢复生产提供技术支持；另一方面，实现对设备故障的统计分析，确定重点关注的项目，为制订设备维修、保养、改造计划提供依据[8]。

3.6 维修管理

对维修工作进行管控。设备维修管理一般是管理人员将维修计划项目通知维修部门，维修部门安排人员实施维修，最后由管理人员对维修效果进行评估。这个流程涉及不同的部门，出现“多对一”或“一对多”的工作管理情况，通过系统能掌握每个项目的进度，实现维修过程的闭环控制，形成完整的维修记录。

3.7 统计分析

通过设备管理信息系统将设备相关信息完整、准确、全面地保存在数据库中，可以根据不同需求进行统计分析，为经济技术指标的统计、汇总、测算提供途径。铁路门式起重机综合监管平台可以对门式起重机的工作时间、工作循环、起重量及能耗等信息要求进行多维度统计，调取所关注的数据，生成数据报表，供设备管理人员判断、检查和分析。管理人员可以实时对设备运行状况进行监控，对设备故障进行远程修复，节省了人力和时间。

4 结束语

铁路门式起重机综合监管平台的应用，使得传统的纸质管理变为网络化信息化管理，改变了传统的设备管理模式，有效地提高司机的自我约束能力，减少违章操作，提高设备管理手段、经济效益和社会效益，为安全生产创造良好条件。门式起重机的运行数据和管理信息在平台上共享，设备管理人员、维修人员和操作人员能够通过综合监管平台获取数据，提高了设备管理人员的监管效率和维修人员的维修效率，降低了人员工作强度，同时也有效控制了门式起重机操作人员的不安全行为，保障了门式起重机作业安全和操作人员人身安全。

参考文献：

[1] 张彦庆. 门式起重机安全监控综合管理系统的设计与应用[J]. 铁道货运，2017，35(8)：50-53，58.ZHANG Yan-qing. Design and Application of Safety Monitoring Comprehensive Management System for Gantry Crane[J]. Railway Freight Transport，2017，35(8)：50-53，58.

[2] 秦 洪. 铁路货场门式起重机安全监控管理系统的应用与思考[J]. 铁道货运，2016，34(4)：57-60.QING Hong. Application and Thoughts on Safety Monitoring Management System of Gantry Crane in Railway Freight Yard[J]. Railway Freight Transport，2016，34(4)：57-60.

[3] 中国铁路总公司. 中国铁路总公司关于进一步加强铁路货物装卸的实施意见：铁总运[2015]136 号[A]. 北京：中国铁路总公司，2015.

[4] 李祝锋，杨广全，杜旭升. 基于 RCM 理论的铁路货场门式起重机维修决策研究[J]. 起重运输机械，2016(9)：87-91.LI Zhu-feng，YANG Guang-quan，DU Xu-sheng. RCM-based Study on Maintenance Decision of Gantry Crane for Railway Goods Yard[J]. Hoisting and Conveying Machinery，2016(9)：87-91.

[5] 中国铁路总公司. 中国铁路总公司固定资产管理办法：铁总财[2015]45 号[A]. 北京：中国铁路总公司，2015.

[6] 杨广全，梁永刚，李 瑞. 铁路集装箱正面吊安全监管平台设计研究[J]. 铁道货运，2017，35(12)：45-49.YANG Guang-quan，LIANG Yong-gang，LI Rui.Research on Design of Safety Monitoring and Management Platform of Railway Container Reach Stackers[J]. Railway Freight Transport，2017，35(12)：45-49.

[7] 封博卿，高 旭，李 芳. 京沪高速铁路资产管理数据平台研究[J]. 铁道运输与经济，2017，39(10)：61-66.FENG Bo-qing，GAO Xu，LI Fang. Study on the Asset Management Data Platform for Beijing-Shanghai High-speed Railway[J]. Railway Transport and Economy，2017，39(10)：61-66.

[8] 张秋亮. 铁路客运站机电设备故障在线监测系统[J]. 铁道运输与经济，2016，38(12)：40-44.ZHANG Qiu-liang. Online Monitoring System of Electric Facilities in Railway Stations[J]. Railway Transport and Economy，2016，38(12)：40-44.