門座式起重機(jī)(以下簡稱“門機(jī)”)在港口碼頭應(yīng)用非常廣泛，但由于司機(jī)操作不規(guī)范等問題引起的設(shè)備故障時常發(fā)生。因此，實時監(jiān)控門機(jī)作業(yè)中的設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)，對規(guī)范司機(jī)操作、提高設(shè)備的安全I(xiàn)生具有重要意義。2012年，《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》(GB／T28264-2012)標(biāo)準(zhǔn)實施，各種類型的門機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。計三有等1f發(fā)基于ARM微型機(jī)的門機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并利用3G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；胡金濤等[21采用以西門子PLC為控制器的控制與安全監(jiān)測系統(tǒng)，并通過以太網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；楊繼雪等【3J開發(fā)以單片機(jī)為處理單元的門機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，采用DTU方式將門機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

目前，各類門機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、冗余設(shè)備繁多、走線雜亂、模塊繁雜、功能單一和集成化程度低等問題。針對上述問題，本文開發(fā)設(shè)計出以PLC為中心的門機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不改變原門機(jī)控制結(jié)構(gòu)，通過對現(xiàn)有各功能單一、結(jié)構(gòu)獨立的設(shè)備進(jìn)行多功能集成，集合各測量傳感器信號，讀取原門機(jī)控制PLC的信息和多點視頻信號，實現(xiàn)單機(jī)安全操作功能，并通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)接入到港口局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了門機(jī)工作狀態(tài)的實時監(jiān)控。

1、門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)分為本機(jī)監(jiān)控和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控兩部分。本機(jī)監(jiān)控安裝在門機(jī)上，可以實時監(jiān)控門機(jī)的設(shè)備裝態(tài)、設(shè)備參數(shù)、作業(yè)信息和視頻信息，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是基于無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控各臺門機(jī)的各種信息。

1.1單機(jī)結(jié)構(gòu)

單臺門機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1.系統(tǒng)由操作交互的中央監(jiān)控視器及聲光報警器、采集數(shù)據(jù)的中央集控儀以及前端的各類傳感器（行程開關(guān)、安全距離傳感器、起升高度傳感器、重量傳感器、幅度傳感器等）等組成。單機(jī)系統(tǒng)配備無線網(wǎng)絡(luò)接扣，通過無線技術(shù)可將門機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

采集器主要采集4類信號：一是開關(guān)信號，主要包括門限位、運(yùn)行連鎖、電纜卷筒和制動器等。二是模擬信號，主要包括起重量、起重力矩、風(fēng)速、幅度、主鉤度度、副鉤高度、回轉(zhuǎn)角度、傾斜角度、左右安全距離、運(yùn)行行程和負(fù)載提升速度等。三是數(shù)字信號，主要包括數(shù)字電能表測量的門機(jī)工作電流、電壓和電量等。四是視頻信號。

1.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以單臺門機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為單元，通過無線網(wǎng)關(guān)搭建無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各門機(jī)與監(jiān)控中心實時無線互聯(lián)，把門機(jī)所有設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)、作業(yè)信息、維護(hù)保養(yǎng)信息、報警信息及視頻圖像等上傳到公司局域網(wǎng)，供主管部門查閱。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖2

2、門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)功能

門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)將門機(jī)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行多功能集成，包括門機(jī)狀態(tài)、參數(shù)、設(shè)備性能、故障報警、司機(jī)操作、設(shè)備管理、短信提醒、視頻監(jiān)控等各類模擬、數(shù)字和視頻信息，實現(xiàn)對門機(jī)作業(yè)的全程記錄、預(yù)警、報警和鎖定控制，并以動畫、圖表進(jìn)行回溯顯示。同時，系統(tǒng)為設(shè)備故障、司機(jī)操作習(xí)慣和節(jié)能減排影響指標(biāo)等分析提供數(shù)據(jù)支持。

2．1單機(jī)功能

2．1．1門機(jī)狀態(tài)監(jiān)控

實時檢測、記錄門機(jī)作業(yè)狀態(tài)，包括門限位、電纜卷筒、起升機(jī)構(gòu)制動器和機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)行連鎖狀態(tài)以及司機(jī)的操作等。

2．1．2門機(jī)參數(shù)監(jiān)控

實時監(jiān)測、記錄門機(jī)作業(yè)參數(shù)，包括重量、高度、幅度、力矩、風(fēng)速、回轉(zhuǎn)角度、傾斜量、安全距離、運(yùn)行行程、工作電流、電壓和電量等。

2．1．3作業(yè)信息監(jiān)控

實時檢測、記錄門機(jī)作業(yè)信息，包括工作時間、工作量、耗電量、工作循環(huán)次數(shù)，累計工作時間、累計工作量、累計耗電量、累計工作次數(shù)、噸耗、裝卸費用和耗能費用等。

2．1．4故障報警

實時檢測門機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)門機(jī)發(fā)生設(shè)備故障、操作故障、聯(lián)鎖故障、通信故障、運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)超限時，進(jìn)行報警提示，同時鎖定門機(jī)動作，確保安全生產(chǎn)。

2．1．5機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖控制

對一些連鎖動作進(jìn)行預(yù)判，如果設(shè)備未按照預(yù)定動作執(zhí)行，則認(rèn)為連鎖故障。例如：當(dāng)超載時，應(yīng)禁止起升，如該連鎖保護(hù)未執(zhí)行，則進(jìn)行超載連鎖故障報警。

2．1．6設(shè)備管理

根據(jù)門機(jī)設(shè)備保養(yǎng)情況，定期更新保養(yǎng)檔案。依據(jù)工作時間、工作量和其他相應(yīng)關(guān)鍵指標(biāo)，當(dāng)設(shè)備部件達(dá)到維護(hù)、保養(yǎng)或更換條件時，自動進(jìn)行提醒。

2．1．7視頻監(jiān)控

根據(jù)門機(jī)和升降臂的工作特性，在吊點處安裝具有自動穩(wěn)定、自動調(diào)整的視頻控制子系統(tǒng)。攝像裝置隨機(jī)械臂的伸展自行調(diào)整監(jiān)視角度，使攝2門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)功能門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)將門機(jī)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行多功能集成，包括門機(jī)狀態(tài)、參數(shù)、設(shè)備性能、故障報警、司機(jī)操作、設(shè)備管理、短信提醒、視頻監(jiān)控等各類模擬、數(shù)字和視頻信息，實現(xiàn)對門機(jī)作業(yè)的全程記錄、預(yù)警、報警和鎖定控制，并以動畫、圖表進(jìn)行回溯顯示。同時，系統(tǒng)為設(shè)備故障、司機(jī)操作習(xí)慣和節(jié)能減排影響指標(biāo)等分析提供數(shù)據(jù)支持。

2．1單機(jī)功能

2．1．1門機(jī)狀態(tài)監(jiān)控

實時檢測、記錄門機(jī)作業(yè)狀態(tài)，包括門限位、電纜卷筒、起升機(jī)構(gòu)制動器和機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)行連鎖狀態(tài)以及司機(jī)的操作等。

2．1．2門機(jī)參數(shù)監(jiān)控

實時監(jiān)測、記錄門機(jī)作業(yè)參數(shù)，包括重量、高度、幅度、力矩、風(fēng)速、回轉(zhuǎn)角度、傾斜量、安全距離、運(yùn)行行程、工作電流、電壓和電量等。

2．1．3作業(yè)信息監(jiān)控

實時檢測、記錄門機(jī)作業(yè)信息，包括工作時間、工作量、耗電量、工作循環(huán)次數(shù)，累計工作時間、累計工作量、累計耗電量、累計工作次數(shù)、噸耗比、裝卸費用和耗能費用等。

2．1．4故障報警

實時檢測門機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)門機(jī)發(fā)生設(shè)備故障、操作故障、聯(lián)鎖故障、通信故障、運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)超限時，進(jìn)行報警提示，同時鎖定門機(jī)動作，確保安全生產(chǎn)。

2．1．5機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖控制

對一些連鎖動作進(jìn)行預(yù)判，如果設(shè)備未按照預(yù)定動作執(zhí)行，則認(rèn)為連鎖故障。例如：當(dāng)超載時，應(yīng)禁止起升，如該連鎖保護(hù)未執(zhí)行，則進(jìn)行超載連鎖故障報警。

2．1．6設(shè)備管理

根據(jù)門機(jī)設(shè)備保養(yǎng)情況，定期更新保養(yǎng)檔案。依據(jù)工作時間、工作量和其他相應(yīng)關(guān)鍵指標(biāo)，當(dāng)設(shè)備部件達(dá)到維護(hù)、保養(yǎng)或更換條件時，自動進(jìn)行提醒。

2．1．7視頻監(jiān)控

根據(jù)門機(jī)和升降臂的工作特性，在吊點處安裝具有自動穩(wěn)定、自動調(diào)整的視頻控制子系統(tǒng)。攝像裝置隨機(jī)械臂的伸展自行調(diào)整監(jiān)視角度，使攝2門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)功能門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)將門機(jī)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行

多功能集成，包括門機(jī)狀態(tài)、參數(shù)、設(shè)備性能、故障報警、司機(jī)操作、設(shè)備管理、短信提醒、視頻監(jiān)控等各類模擬、數(shù)字和視頻信息，實現(xiàn)對門機(jī)作業(yè)的全程記錄、預(yù)警、報警和鎖定控制，并以動畫、圖表進(jìn)行回溯顯示。同時，系統(tǒng)為設(shè)備故障、司機(jī)操作習(xí)慣和節(jié)能減排影響指標(biāo)等分析提供數(shù)據(jù)支持。

2．1．8短信發(fā)送

配備短信發(fā)送設(shè)備，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，根據(jù)設(shè)備故障級別把故障信息通過短信實時發(fā)送至主管維修人員的手機(jī)，使維修人員第一時間了解故障情況，采取應(yīng)急處理措施。

2．1．9歷史回溯

當(dāng)發(fā)生作業(yè)事故或需要查詢某時間段的運(yùn)行情況時，可通過系統(tǒng)進(jìn)行回溯，通過動態(tài)圖像還原作業(yè)時的工作狀態(tài)、參數(shù)和司機(jī)操作流程，以便分析操作流程中出現(xiàn)的問題。

2．1．10PLC遠(yuǎn)程維護(hù)

通過系統(tǒng)可遠(yuǎn)程對現(xiàn)場門機(jī)的PLC進(jìn)行維護(hù)。

2．2遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實時監(jiān)控門機(jī)的現(xiàn)場作業(yè)狀態(tài)，對門機(jī)各項工作參數(shù)進(jìn)行報警控制；對裝卸船情況進(jìn)行實時跟蹤，及時掌握裝卸情況；提供歷史數(shù)據(jù)的組合查詢及統(tǒng)計報表的制作，以實現(xiàn)門機(jī)作業(yè)的實時信息化管理。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心界面見圖

3，點擊任意一臺門機(jī)的圖標(biāo)可以顯示對應(yīng)門機(jī)的監(jiān)控信息。單機(jī)監(jiān)控界面見圖4，單機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控界面見圖5。

1)門機(jī)作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控。監(jiān)控參數(shù)包括起重量、起重力矩、主鉤高度、副鉤高度、幅度、運(yùn)行行程、風(fēng)速、回轉(zhuǎn)角度、左安全距離、右安全距離、工作時間、司機(jī)編號、貨物名稱、船名、工作循環(huán)、累計工作時間、抗風(fēng)防滑狀態(tài)、門限位、供電電纜卷筒狀態(tài)、起升機(jī)構(gòu)制動器狀態(tài)及機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)行連鎖等。

2)歷史數(shù)據(jù)組合查詢。提供歷史數(shù)據(jù)查詢功

能，可按不同條件進(jìn)行組合查詢，選擇條件包括日期、門機(jī)號、司機(jī)姓名、貨物名稱和船名等，并能自動生成統(tǒng)計報表。

3)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能。依托無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，授權(quán)的管理部門可實時對各門機(jī)的監(jiān)控點進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和回放。

3、門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)用與結(jié)論

秦皇島港于2014年底安裝門機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，單機(jī)操作及遠(yuǎn)程監(jiān)控更加便利，實現(xiàn)了對整個港口門座式起重機(jī)實時運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。同時，系統(tǒng)具有故障預(yù)警和回溯功能，為起重機(jī)的故障原因分析和安全生產(chǎn)運(yùn)行提供了依據(jù)和保障。