岸边集装箱起重机钢结构状态监测诊断系统研究

上海国际港务(集团)股份有限公司尚东集装箱码头分公司

1 引言

岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)作为大型、专业化集装箱码头不可或缺的机械设备，是港口装卸集装箱的主要机械设备。岸桥主要用来操作集装箱船舶的装卸工作，也可用来装卸重型货物。岸桥融合了数字技术、现代控制技术、通讯技术的机电液一体化设备，其复杂程度和使用频率高，一旦发生设备故障，很难准确快速地查清故障原因，对码头生产运转造成影响。目前，大多数码头采用计划维保的方式对起重机设备进行检查和保养，没有充分考虑设备的实际情况和真实状态，不利于掌控设备实时状态，实时在线监测系统的研究势在必行[1-2]。

2 系统总体方案与功能

2.1 总体方案

起重机机械状态智能监测系统由起重机单机机械状态监测、码头远程起重机机械状态监测与诊断、起重机智能监控云平台3个部分组成。通过3个部分的协同合作来为起重机设备的在线监测、诊断分析以及运维提供全方位、全周期的服务[3]。其中系统逻辑架构方案包括数据源层、数据采集层、数据存储、数据分析、业务层、展示层等(见图1)。

图1 岸桥状态监测系统逻辑架构方案

2.2 功能分析

岸桥状态监测与诊断系统具备以下功能：

(1)数据采集及预处理功能。系统应能采集振动、转速、温度、压力等信号，同时应能对采集到的信号进行汇总，并通过采集仪设备进行信号预处理。

(2)起重机机载监测功能。系统应能针对实时性高的监测需求，对起重机状态进行实时的监视，当监测到故障时应发出预警及报警信号。

(3)码头起重机监测与诊断功能。系统应能对获取的相关数据进行分析处理与保存，同时应能对起重机关键部件的状态自动地进行故障识别、故障预测以及寿命预估等，并将分析结果以界面或报警信息的形式呈现，以方便用户监测与分析故障[4-5]。

(4)起重机健康诊断评估功能。系统应定期给用户定期提供起重机机构健康诊断评估报告，报告内容包括机构运行情况统计、机构相关故障报警及故障预警信息统计、健康状态分析、检修及维护建议等。

(5)起重机故障预测机器学习建模功能。系统应能将收集及提取的数据进行汇总存储，同时能对起重机机构及各个部件的故障记录及特征数据进行分析、建模，形成机构故障预测模型并部署监测[6]。在监测的同时，可以利用不断积累的新的运行数据和故障记录，进行故障预测模型的优化。

3 起重机结构监测方案与相关配置

3.1 结构监测点整机分布及功能

起重机钢结构在线监测，主要满足起重机结构安全评估以及钢结构剩余寿命评估两大功能需求，对应开展相关监测点的设计及布置，以及开发相应的软件功能模块。

3.1.1 安全评估及诊断模块

安全评估诊断模块的传感器配置方案见表1。

表1 安全评估诊断模块的传感器配置方案

3.1.2 剩余寿命评估模块

剩余寿命评估模块的传感器配置方案见表2。

表2 剩余寿命评估模块的传感器配置方案

3.2 相关配置

为了实现上述功能，钢结构采集仪、光缆光纤等设备及辅料配置如表3所示。

表3 相关配置

4 结语

岸桥状态监测诊断系统能够满足岸桥结构对传感器及相关设备的配置和功能要求，能够实现自动化码头设备状态的全面监测和故障诊断，可为其他码头的自动化改造提供参考。