鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

趙杰林

(中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司 貨運(yùn)處，陜西 西安 710054)

1 概述

鐵路門式起重機(jī)是鐵路貨場(chǎng)的主要裝卸設(shè)備，具有作業(yè)效率高、安全性好、運(yùn)用成本低等特點(diǎn)。中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司現(xiàn)有門式起重機(jī) 39 臺(tái)，老舊的桁架型、CA 型、U 型等門式起重機(jī)和新型變頻門式起重機(jī)并存，其中利用變頻技術(shù)控制的門式起重機(jī) 13 臺(tái)，占門式起重機(jī)總量的 33.3%?，F(xiàn)有的門式起重機(jī)除設(shè)備出廠時(shí)安裝的風(fēng)速儀、過載限制器、防風(fēng)制動(dòng)器等安全保護(hù)裝置之外，沒有安裝現(xiàn)代化的監(jiān)控設(shè)備和管理手段。目前，鐵路門式起重機(jī)在運(yùn)用中主要存在以下問題。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化管理有待實(shí)現(xiàn)。鐵路門式起重機(jī)缺乏有效的監(jiān)管手段，不能及時(shí)警告超速行駛、制止違章操作而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，同時(shí)缺少可查詢、回溯的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，事后進(jìn)行準(zhǔn)確的問責(zé)分析比較困難。由于鐵路貨場(chǎng)分布比較分散，門式起重機(jī)型號(hào)各異，年代跨度大，配置不統(tǒng)一，標(biāo)準(zhǔn)化管理困難，現(xiàn)場(chǎng)盯控難度不斷增大，借助遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)迫在眉睫[1]。

（2）設(shè)備配件養(yǎng)護(hù)不到位。盡管在購置裝卸機(jī)械時(shí)安全保護(hù)裝置配置比較全面，但缺少養(yǎng)護(hù)、維修、檢修人員，并且部分配件購置時(shí)間較長(zhǎng)，因而裝卸機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修不到位，裝卸機(jī)械故障點(diǎn)不能及時(shí)判斷，使起重機(jī)在不完備狀態(tài)下運(yùn)行，存在突然斷電、操控失靈等安全隱患[2]。

（3）設(shè)備維修不及時(shí)。老舊鐵路門式起重機(jī)使用時(shí)間長(zhǎng)，鋼結(jié)構(gòu)銹蝕、變形，造成大車、小車運(yùn)行啃軌，威脅裝卸作業(yè)安全，同時(shí)缺乏必要的設(shè)備故障診斷儀器。

為解決門式起重機(jī)安全運(yùn)用及管理存在的問題，運(yùn)用信息化管理手段，將管理需求和先進(jìn)的管理理念相結(jié)合，對(duì)門式起重機(jī)管理流程進(jìn)行重組和再造，研究設(shè)計(jì)門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)裝卸機(jī)械的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)管理、動(dòng)態(tài)調(diào)配、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管、投入產(chǎn)出分析、歷史追溯等功能，以提高門式起重機(jī)運(yùn)用效率，降低維護(hù)運(yùn)用成本[3]。

2 鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)組成及實(shí)現(xiàn)功能

鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)由數(shù)據(jù)采集單元、車載監(jiān)控單元、貨場(chǎng)監(jiān)控室、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和系統(tǒng)應(yīng)用等部分組成，采用鐵路局集團(tuán)公司、車務(wù)站段、車站 3 級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，應(yīng)用 B/S (瀏覽器/服務(wù)器模式) 軟件架構(gòu)，并且開發(fā)手機(jī) APP，實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)管移動(dòng)辦公。鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)主要功能包括設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)獲取、監(jiān)控報(bào)警記錄、設(shè)備能耗統(tǒng)計(jì)、檔案管理、故障管理、備件管理技術(shù)經(jīng)濟(jì)管理等，有效分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的安全和精細(xì)化管理。

2.2 數(shù)據(jù)采集及編譯

鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)由編碼器、電機(jī)保護(hù)器、可編程控制器 (PLC)、交換機(jī)、各類傳感器、工控機(jī)、無線接收終端、高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、報(bào)警裝置、無線AP等組成，實(shí)現(xiàn)門式起重機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集功能。采集的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括大車、小車行程，起升高度、風(fēng)速、起重量、聯(lián)鎖保護(hù)數(shù)據(jù)、抗風(fēng)防滑裝置狀態(tài)、起升制動(dòng)器狀態(tài)、司機(jī)操作指令、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、視頻監(jiān)控等。在門式起重機(jī)的關(guān)鍵部位，如吊點(diǎn)位置、大小車運(yùn)行方向、司機(jī)室、小車室、集裝箱平車 FTR 鎖等位置安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過硬盤錄像機(jī)暫存 30 d 的視頻數(shù)據(jù)[4]。門式起重機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)通過交換機(jī)和無線客戶端將數(shù)據(jù)傳遞到貨場(chǎng)監(jiān)控室和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集邏輯圖如圖 1 所示。

圖1 鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集邏輯圖Fig.1 Automatic data acquisition of the portal crane integrated monitoring platform logical diagram

2.3 數(shù)據(jù)傳輸

在鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)中，Modbus 網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集模塊 (TCP/IP)、PPI 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊、硬盤錄像機(jī)、攝像頭、無線基站、工控機(jī)與交換機(jī)之間均采用以太網(wǎng)連接，形成小型局域網(wǎng)，連接到交換機(jī)的設(shè)備，均被分配惟一的 IP 地址，進(jìn)行基于 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)的 TCP/IP 連接與地址配置示意圖如圖 2 所示。門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)采用無線 Wi-Fi 和 3G/4G 相結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于視頻數(shù)據(jù)流量大，并且貨場(chǎng)監(jiān)控室一般不與外界進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，相對(duì)孤立，因而選用無線 Wi-Fi 將視頻數(shù)據(jù)和設(shè)備監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)截泩?chǎng)監(jiān)控室；同時(shí)將設(shè)備監(jiān)控運(yùn)輸數(shù)據(jù)采用 2G/3G/4G 傳輸，將監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

圖2 門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)的TCP/IP連接與地址配置示意圖Fig.2 TCP/IP connection and address configuration of the portal crane integrated monitoring platform sketch map

2.4 數(shù)據(jù)運(yùn)用

在應(yīng)用層，開發(fā)遠(yuǎn)程綜合監(jiān)管平臺(tái)和手機(jī) APP 應(yīng)用軟件，設(shè)備管理者、設(shè)備維修人員和設(shè)備操作人員可以通過個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)終端設(shè)備接入門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)訪問，對(duì)門式起重機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，了解設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行和運(yùn)用情況，在線管理門式起重機(jī)，對(duì)門式起重機(jī)的養(yǎng)護(hù)、維修、檢修情況進(jìn)行記錄，便于查閱，實(shí)現(xiàn)門式起重機(jī)的全壽命周期管理。

3 鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控

通過記錄門式起重機(jī)的運(yùn)行情況，反映設(shè)備的運(yùn)行狀況，包括作業(yè)時(shí)間、工作循環(huán)、運(yùn)行臺(tái)時(shí)、作業(yè)量、操作指令、各項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)故障、實(shí)時(shí)報(bào)警、能耗等數(shù)據(jù)。結(jié)合門式起重機(jī)的作業(yè)時(shí)間、工作循環(huán)、運(yùn)行臺(tái)時(shí)和作業(yè)量等數(shù)據(jù)，可以為門式起重機(jī)合理維修間隔的確定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免設(shè)備的盲目維修。通過回溯分析設(shè)備操作指令和視頻數(shù)據(jù)，追溯事故原因，及時(shí)制止違規(guī)違章行為。當(dāng)出現(xiàn)實(shí)時(shí)故障時(shí)，在線及時(shí)排查原因，排除故障，保障設(shè)備可靠運(yùn)行；當(dāng)出現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，按照?qǐng)?bào)警級(jí)別，自動(dòng)采取對(duì)應(yīng)的操作措施，超過危險(xiǎn)值時(shí)，自動(dòng)強(qiáng)制切斷電源，制止門式起重機(jī)危險(xiǎn)動(dòng)作，保證設(shè)備安全和人身安全[5]。

3.2 備件管理

備件管理是設(shè)備管理的重要組成部分，包括備件的基礎(chǔ)信息管理，采購計(jì)劃管理、消耗統(tǒng)計(jì)和材料庫管理等內(nèi)容?；A(chǔ)信息管理包括對(duì)備件建立臺(tái)賬，進(jìn)行存儲(chǔ)物資分類，儲(chǔ)備定額管理等。材料庫的管理包括對(duì)各類物資備件的進(jìn)庫、出庫、儲(chǔ)存等日常工作進(jìn)行管理。門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)統(tǒng)計(jì)設(shè)備各機(jī)械、電氣零部件應(yīng)用情況 (如制動(dòng)器啟動(dòng)次數(shù)、變頻器故障次數(shù)等)，當(dāng)接近預(yù)設(shè)值時(shí)，以系統(tǒng)消息、手機(jī)短信及電子郵件等方式向維護(hù)人員推送消息，提示更換備件。建立備件庫，對(duì)備件型號(hào)、規(guī)格、價(jià)格、庫存數(shù)量、生產(chǎn)廠、供應(yīng)商等信息進(jìn)行管理，監(jiān)管者可以在線了解備件庫存情況[6]。

3.3 檔案管理

在購置門式起重機(jī)時(shí)，完成門式起重機(jī)檔案建立工作，包括固定資產(chǎn)編號(hào)、管理編號(hào)、設(shè)備名稱、規(guī)格型號(hào)、制造廠家、出廠日期、使用日期、資產(chǎn)原值、資產(chǎn)凈值、復(fù)雜系數(shù)、安設(shè)地點(diǎn)、上次大修時(shí)間、注冊(cè)代碼、廠牌號(hào)碼等信息，并且對(duì)門式起重機(jī)關(guān)鍵零部件的更換、大修、調(diào)撥、封存、租賃、評(píng)估、外調(diào)和報(bào)廢等變動(dòng)進(jìn)行管理。

3.4 遠(yuǎn)程維護(hù)

門式起重機(jī)發(fā)生故障后，運(yùn)用手機(jī) APP，以視頻、照片和語音方式對(duì)故障進(jìn)行描述并上傳平臺(tái)。設(shè)備管理人員通過平臺(tái)查看故障后，連同維修技術(shù)人員按照故障部位、故障現(xiàn)象進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，查明故障原因，提出故障解決措施，并且通過平臺(tái)進(jìn)行維修工單派遣，及時(shí)排除設(shè)備故障，并將維修單位、維修時(shí)間、維修內(nèi)容、維修人員等關(guān)鍵信息錄入平臺(tái)存檔，提高維修效率[7]。

3.5 故障管理

設(shè)備故障管理是通過匯總故障詳細(xì)信息，對(duì)故障歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因，提出解決辦法。在此基礎(chǔ)上通過歸納分類，形成故障樹，定義標(biāo)準(zhǔn)化的故障部位、故障現(xiàn)象、故障原因、故障解決措施。一方面，在故障發(fā)生后，可根據(jù)故障樹查詢到有關(guān)故障信息，從而為快速排除故障、恢復(fù)生產(chǎn)提供技術(shù)支持；另一方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)分析，確定重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目，為制訂設(shè)備維修、保養(yǎng)、改造計(jì)劃提供依據(jù)[8]。

3.6 維修管理

對(duì)維修工作進(jìn)行管控。設(shè)備維修管理一般是管理人員將維修計(jì)劃項(xiàng)目通知維修部門，維修部門安排人員實(shí)施維修，最后由管理人員對(duì)維修效果進(jìn)行評(píng)估。這個(gè)流程涉及不同的部門，出現(xiàn)“多對(duì)一”或“一對(duì)多”的工作管理情況，通過系統(tǒng)能掌握每個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)維修過程的閉環(huán)控制，形成完整的維修記錄。

3.7 統(tǒng)計(jì)分析

通過設(shè)備管理信息系統(tǒng)將設(shè)備相關(guān)信息完整、準(zhǔn)確、全面地保存在數(shù)據(jù)庫中，可以根據(jù)不同需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)、匯總、測(cè)算提供途徑。鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)可以對(duì)門式起重機(jī)的工作時(shí)間、工作循環(huán)、起重量及能耗等信息要求進(jìn)行多維度統(tǒng)計(jì)，調(diào)取所關(guān)注的數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)報(bào)表，供設(shè)備管理人員判斷、檢查和分析。管理人員可以實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行遠(yuǎn)程修復(fù)，節(jié)省了人力和時(shí)間。

4 結(jié)束語

鐵路門式起重機(jī)綜合監(jiān)管平臺(tái)的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的紙質(zhì)管理變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)化信息化管理，改變了傳統(tǒng)的設(shè)備管理模式，有效地提高司機(jī)的自我約束能力，減少違章操作，提高設(shè)備管理手段、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。門式起重機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和管理信息在平臺(tái)上共享，設(shè)備管理人員、維修人員和操作人員能夠通過綜合監(jiān)管平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)，提高了設(shè)備管理人員的監(jiān)管效率和維修人員的維修效率，降低了人員工作強(qiáng)度，同時(shí)也有效控制了門式起重機(jī)操作人員的不安全行為，保障了門式起重機(jī)作業(yè)安全和操作人員人身安全。

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