港口装卸设备远程实时监控系统设计与研究

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摘要：本文结合曹妃甸港口公司大机远程监控系统项目实例对港口装卸设备远程实时监控系统的设计进行了分析，期望为港口远程监控系统的完善提供有价值的参考。

关键词：港口；监控系统；装卸设备

中图分类号：S611 文章标识码：A文章编号：

港口装卸作业过程中，采用实时远程监控技术，可降低人为因素和技术因素引起的机械故障停产时间，并及时发现并有效地预告故障，避免重特大事故的发生，同时可以根据装卸设备的运行状态找出生产系统中存在的事故隐患，并及时加以排查。因而，开展对港口装卸设备远程监控系统的研究，对于提高港口生产自动化水平和经济效益有着重要的意义。

1 港口装卸设备远程实时监控系统设计方案的选择

监控系统设计原则包括：一）技术先进性：采用相对先进的技术不仅能保证良好的性能，而且便于未来系统的进一步发展；二）经济实用性：尽可能多采用已经成熟的并且先进的技术，选择性价比较高的方案和设备，从而降低维护费用；三）灵活开放性：为了在将来的实际应用中保持很好的适应性，具有灵活的组网结构和开放的联网功能是必不可少的；四）通用性：开放的标准数据传输速率和通信协议，经不同软件的参数设置，实现不同功能；五）实时响应性：为了实现监控的目标，系统必须及时对发生的异常信息作出及时的响应；六）可维护性和可扩展性。

大型装卸设备远程监控系统由三部分组成：一是设备层数据采集，二是数据传输至监控点，三是人机界面的监控显示。系统搭建可选用以下四种方案：方案一：设备LCMS RCMS+光缆传输；方案二：设备LCMSRCMS+无线传输；方案三：设备本地数据采集RCMS+光缆传输；方案四：设备本地数据采集RCMS+无线传输。结合监控系统设计原则分析，LCMS Server到RCMS Viewer成本较高，且传输速率低下，光缆较之无线传输价格偏高。本项目中，结合曹妃甸码头的实际情况，考虑到传输的稳定性、成本及效率等因素，最终选择方案四

2 远程监控系统的功能设计及实现

2.1 远程监控系统的总体结构

港口装卸机械根据其用途和工作特点划分为四大类；起重机械、输送机械、装卸搬运机械和港口专用机械。通过分析港口设备特点，确定采用基于web的分布式无线远程监控方式来实现港口装卸设备远程控制系统。

远程监控系统主要实现对设备运行状态的实时监控、动态报警、故障诊断以及数据维护等功能，因此可根据功能性将监控系统分为以下七个子系统：设备状态监视系统、维护预警系统、诊断历史维护系统、I/O模块编程系统、统计与报表系统、场内RTG GPS定位系统、视频监控(CCTV)系统

2.2 远程监控系统人机界面的功能模块设计

2.2.1 设备状态监视系统

设备状态监测系统主要实现对主要机构的实时监视，这些机构包括起升、小车、大车、俯仰(岸桥)、吊具、司机室主令控制台。各机构的监测功能模块通过独立的人机界面进行仿真，与现场的实际运行保持同步。

2.2.2 维护预警系统

维护预警系统主要用于定义一些设备维护的报警条件，且依据精确的相关数据统计制订科学合理的维护计划。根据各主要机构和器件运行数据统计与预设保养周期相比，起升制动器、大车制动器、小车制动器和俯仰制动器，主要器件如各机构的主空开、主接触器等应纳入预维护范围，保养方面如旋锁、钢丝绳、各点和齿轮箱机油更换和保养周期等．这些维护和保养周期由技术人员事先设定，根据各机构或部件的保养和维护周期，提示维修保养人员对设备进行维护和保养。

2.2.3 诊断及历史回放系统

起重机管理系统不但能实时监控起重机的运行状态，还能通过历史回放功能重现起重机过去任意时间段的运行情况。用户只需设置回放的时间段，系统便会通过3D画面重现起重机在那段时间的运行情况，更方便了用户了解故障起因。设备故障诊断功能模块具有历史故障查询和当前故障诊断两大功能。对于故障相关信息应提供与指定故障相关的故障代码、故障名称、故障级别、故障点在设备中的位置以及产生该故障的可能原因等信息；关于故障点与原理图、PLC梯形图和简化逻辑的关联性．当故障发生时，系统能自动定位到与该故障点相关联的电气原理图和实际PLC梯形图或者功能图中，方便维修技术人员打开必要的文档，减少故障待机时间；设备故障时间，系统应能记录整机的所有电压电流等模拟量参数以及相关PLC I/O点的状态，这些状态开始于故障发生前若干秒，终止于故障发生后若干秒。

2.2.4 l/O模块编程功能

该模块用于对PLC在线监视、远程在线编程。考虑到保证系统的安全性，在授权许可的情况下，在RCMS服务器上打开各类编程软件，对指定设备进行远程编程，特别是对于非重要的I/0点的强制。

2.2.5 统计与报表生成功能

关于数据的统计：集装箱操作记录：给定时间段内任意一次集装箱操作记录。

相关部件和器件的动作次数的统计：各机构制动器动作次数、主空开，主接触器动作次数、吊具旋锁的动作次数。

关于报表的生成：

1、报告期内的设备故障报告；包括故障发生的时间、故障代码、故障位置、相同故障次数；

2、设备维护任务单；

3、根据系统预维护功能模块生成下周维护保养任务单；

4、设备运行效率报表；

5、设备故障原因分析报告：根据故障统计分析结果，报告故障代码、相同故障出现次数、可能产生故障原因等。

2.2.6 场内RTG GPS定位系统

起重机大车定位系统(Position Detection System)，利用全球定位系统(Global Position System)检测获得起重机大车位置，通过与码头生产管理系统(Terminal Operating System)的数据接口，为其提供起重机实际操作位置、集装箱重量、起重机状态等相关信息，实现自动、高效的生产作业管理。

2.2.7 视频监控(CCTV)系统

视频监视系统(CCTV)是通过安装在设备和堆场内的摄像头，获取现场作业画面，在中控室的显示终端上实时显示设备和堆场的作业情况，帮助中控室的远程控制人员及时了解码头各作业设备工作状态。利用现有的2.4G带宽无线网络，安装于相应的位置，以监视俯仰挂钩或者锚定插销、机器房俯仰钢丝绳卷筒，起升钢丝绳卷筒、起升，俯仰制动器的工作情况。

3 总结

综上所述，由计算机技术、通信技术、网络技术和控制技术结合的远程监控技术的应用，将显著改善目前港口机械的监管状况，提高港口管理的现代化水平。此外，由于设备控制层与管理层的相互融合、有机统一是现代化码头建设的必经之路，今后在研究与设计远程控制系统的过程中，还应强化对管理系统与监控系统的融合策略的研究。

参考文献：

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