岸邊集裝箱起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)研究

上海國際港務(wù)(集團(tuán))股份有限公司尚東集裝箱碼頭分公司

1 引言

岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡稱岸橋)作為大型、專業(yè)化集裝箱碼頭不可或缺的機(jī)械設(shè)備，是港口裝卸集裝箱的主要機(jī)械設(shè)備。岸橋主要用來操作集裝箱船舶的裝卸工作，也可用來裝卸重型貨物。岸橋融合了數(shù)字技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、通訊技術(shù)的機(jī)電液一體化設(shè)備，其復(fù)雜程度和使用頻率高，一旦發(fā)生設(shè)備故障，很難準(zhǔn)確快速地查清故障原因，對(duì)碼頭生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。目前，大多數(shù)碼頭采用計(jì)劃維保的方式對(duì)起重機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，沒有充分考慮設(shè)備的實(shí)際情況和真實(shí)狀態(tài)，不利于掌控設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究勢在必行[1-2]。

2 系統(tǒng)總體方案與功能

2.1 總體方案

起重機(jī)機(jī)械狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)由起重機(jī)單機(jī)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測、碼頭遠(yuǎn)程起重機(jī)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與診斷、起重機(jī)智能監(jiān)控云平臺(tái)3個(gè)部分組成。通過3個(gè)部分的協(xié)同合作來為起重機(jī)設(shè)備的在線監(jiān)測、診斷分析以及運(yùn)維提供全方位、全周期的服務(wù)[3]。其中系統(tǒng)邏輯架構(gòu)方案包括數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、業(yè)務(wù)層、展示層等(見圖1)。

圖1 岸橋狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)邏輯架構(gòu)方案

2.2 功能分析

岸橋狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)具備以下功能：

(1)數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理功能。系統(tǒng)應(yīng)能采集振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等信號(hào)，同時(shí)應(yīng)能對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行匯總，并通過采集儀設(shè)備進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理。

(2)起重機(jī)機(jī)載監(jiān)測功能。系統(tǒng)應(yīng)能針對(duì)實(shí)時(shí)性高的監(jiān)測需求，對(duì)起重機(jī)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視，當(dāng)監(jiān)測到故障時(shí)應(yīng)發(fā)出預(yù)警及報(bào)警信號(hào)。

(3)碼頭起重機(jī)監(jiān)測與診斷功能。系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理與保存，同時(shí)應(yīng)能對(duì)起重機(jī)關(guān)鍵部件的狀態(tài)自動(dòng)地進(jìn)行故障識(shí)別、故障預(yù)測以及壽命預(yù)估等，并將分析結(jié)果以界面或報(bào)警信息的形式呈現(xiàn)，以方便用戶監(jiān)測與分析故障[4-5]。

(4)起重機(jī)健康診斷評(píng)估功能。系統(tǒng)應(yīng)定期給用戶定期提供起重機(jī)機(jī)構(gòu)健康診斷評(píng)估報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)、機(jī)構(gòu)相關(guān)故障報(bào)警及故障預(yù)警信息統(tǒng)計(jì)、健康狀態(tài)分析、檢修及維護(hù)建議等。

(5)起重機(jī)故障預(yù)測機(jī)器學(xué)習(xí)建模功能。系統(tǒng)應(yīng)能將收集及提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總存儲(chǔ)，同時(shí)能對(duì)起重機(jī)機(jī)構(gòu)及各個(gè)部件的故障記錄及特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、建模，形成機(jī)構(gòu)故障預(yù)測模型并部署監(jiān)測[6]。在監(jiān)測的同時(shí)，可以利用不斷積累的新的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障記錄，進(jìn)行故障預(yù)測模型的優(yōu)化。

3 起重機(jī)結(jié)構(gòu)監(jiān)測方案與相關(guān)配置

3.1 結(jié)構(gòu)監(jiān)測點(diǎn)整機(jī)分布及功能

起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測，主要滿足起重機(jī)結(jié)構(gòu)安全評(píng)估以及鋼結(jié)構(gòu)剩余壽命評(píng)估兩大功能需求，對(duì)應(yīng)開展相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)計(jì)及布置，以及開發(fā)相應(yīng)的軟件功能模塊。

3.1.1 安全評(píng)估及診斷模塊

安全評(píng)估診斷模塊的傳感器配置方案見表1。

表1 安全評(píng)估診斷模塊的傳感器配置方案

3.1.2 剩余壽命評(píng)估模塊

剩余壽命評(píng)估模塊的傳感器配置方案見表2。

表2 剩余壽命評(píng)估模塊的傳感器配置方案

3.2 相關(guān)配置

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，鋼結(jié)構(gòu)采集儀、光纜光纖等設(shè)備及輔料配置如表3所示。

表3 相關(guān)配置

4 結(jié)語

岸橋狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)能夠滿足岸橋結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器及相關(guān)設(shè)備的配置和功能要求，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化碼頭設(shè)備狀態(tài)的全面監(jiān)測和故障診斷，可為其他碼頭的自動(dòng)化改造提供參考。