散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

楊承志 張偉

摘要：針對(duì)散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)缺乏智能監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，為實(shí)現(xiàn)對(duì)散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)測(cè)和控制，提升碼頭智能化水平，在調(diào)查研究散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成、硬件設(shè)計(jì)以及上位軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與闡述，對(duì)提高電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低能耗具有積極意義。

關(guān)鍵詞：散貨碼頭;電機(jī);監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006—7973（2022）05-0066-03

目前煤炭、礦石、砂石或糧谷等大宗散貨物料的跨區(qū)域運(yùn)輸依然主要依靠海運(yùn)，而在港口內(nèi)部，散貨物料的裝載周轉(zhuǎn)等運(yùn)輸，則主要通過(guò)帶式輸送機(jī)等散貨輸送系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)煤炭、礦石、砂石或糧谷等大宗散貨的需求日益增加，以帶式輸送機(jī)為代表的散貨碼頭輸送系統(tǒng)已成為碼頭散貨物料輸送的主要設(shè)備，相關(guān)電機(jī)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性，是港口碼頭裝卸作業(yè)能否高效順利完成的基礎(chǔ)保障，對(duì)提高散貨碼頭物料輸送效率和貨物吞吐量具有極其重要的影響作用。因此，散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)亟需通過(guò)智能監(jiān)測(cè)來(lái)獲得輸送系統(tǒng)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)安全隱患，逐漸提高電機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的效率，降低散貨物料輸送過(guò)程中的能源消耗，提高整個(gè)輸送系統(tǒng)的工作效率和安全可靠性。

1散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀及特點(diǎn)

電機(jī)可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以帶動(dòng)相關(guān)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于散貨碼頭的輸送系統(tǒng)中。但是由于散貨碼頭大多地處海邊，不少泊位都是填海造田形成，常年濕度大、溫度較高，環(huán)境潮濕多鹽，腐蝕性強(qiáng)。同時(shí)，碼頭輸送煤炭、礦石、砂石或糧谷等大宗散貨時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量粉塵、壓力、震動(dòng)、沖擊等影響因素，這些因素造成了散貨碼頭輸送系統(tǒng)的電機(jī)工作環(huán)境極其惡劣，碼頭輸送系統(tǒng)的電機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)設(shè)備老化、故障等情況，進(jìn)而造成運(yùn)行效率低下，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐奢^大的安全事故。

目前大部分港口碼頭的生產(chǎn)與裝卸作業(yè)都是長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，輸送系統(tǒng)的電機(jī)經(jīng)常處于24小時(shí)連續(xù)不斷運(yùn)行的狀態(tài)，因此需要對(duì)這些電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以保障電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。同時(shí)由于碼頭堆場(chǎng)多處于泊位后方且面積廣闊，碼頭用于輸送物料的帶式輸送機(jī)等輸送系統(tǒng)設(shè)備眾多，分布廣泛不夠集中，部分電機(jī)甚至處于棧橋或塔內(nèi)高處，所處位置不夠安全。碼頭一般通過(guò)安排工作人員定期巡檢輸送系統(tǒng)來(lái)了解電機(jī)的運(yùn)行情況，這種方式不僅人工成本高，而且巡檢效率低，安全性差。此外碼頭輸送設(shè)備繁多，工藝流程復(fù)雜，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜多變，巡檢人員經(jīng)常無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處理，從而導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行效率降低，嚴(yán)重時(shí)甚至可能造成安全事故。

與此同時(shí)，部分港口碼頭的輸送系統(tǒng)由于建設(shè)時(shí)間早，電機(jī)質(zhì)量不高，技術(shù)水平不夠先進(jìn)等原因，在現(xiàn)有散貨碼頭輸送系統(tǒng)的電機(jī)中，經(jīng)常存在“大馬拉小車”的情況，電機(jī)的運(yùn)行效率往往不是處于最佳狀態(tài)，電機(jī)長(zhǎng)期輕載運(yùn)行，浪費(fèi)了大量電能，能耗水平過(guò)高。

2散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

2.1散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為3 部分，分別是傳感器及智能電表等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備組成的電機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng);STM32L151控制器、RS485總線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)和交換機(jī)等組成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng);PLC、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和嵌入式監(jiān)控終端等共同組成上位監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)狀態(tài)及故障進(jìn)行診斷分析。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)配置的溫度傳感器、霍爾傳感器、振動(dòng)傳感器、聲音傳感器以及智能電表等監(jiān)測(cè)設(shè)備完成對(duì)散貨碼頭輸送系統(tǒng)中各個(gè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，然后通過(guò)RS485總線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)將接收到的各類數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔槐O(jiān)控系統(tǒng)。上位監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采集傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)的圖形化顯示，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行分析，提前發(fā)現(xiàn)電機(jī)異常和故障。同時(shí)在發(fā)現(xiàn)電機(jī)異常和故障后，采集傳輸裝置作為一個(gè)控制器上位監(jiān)控系統(tǒng)將通過(guò)RS485接口和ModBus通信協(xié)議與電機(jī)的原有控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，向電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送電機(jī)故障和停機(jī)的信號(hào)，再由控制系統(tǒng)控制電機(jī)的啟停，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

2.2電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件主要由電機(jī)運(yùn)行參數(shù)采集裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置兩部分構(gòu)成。電機(jī)運(yùn)行參數(shù)采集裝置用于采集電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，主要包括RS485接口電路、STM32L151處理單元、各級(jí)傳感器、電源電路、通訊模塊、顯示模塊等。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括RS485接口電路、電源電路、STM32L151處理單元、觸摸屏模塊、以太網(wǎng)通信模塊等。

散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件框圖如下圖2所示：

電機(jī)運(yùn)行參數(shù)采集裝置是電機(jī)智能監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)，利用現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)處安裝的傳感器以及智能電表等監(jiān)測(cè)設(shè)備完成對(duì)散貨碼頭輸送系統(tǒng)中各個(gè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、匯聚、計(jì)算等處理后，再通過(guò)RS485總線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔槐O(jiān)控系統(tǒng)中。上位監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)將采集傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)圖形化顯示并存儲(chǔ)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行分析，提前發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障。

2.3電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)軟件總體設(shè)計(jì)

散貨碼頭輸送系統(tǒng)中，大多數(shù)電機(jī)往往沒(méi)有運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析設(shè)備，工作人員無(wú)法實(shí)時(shí)掌握輸送系統(tǒng)各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與效率，提前發(fā)現(xiàn)電機(jī)安全隱患，制定科學(xué)合理的電機(jī)運(yùn)行維護(hù)檢修方案，降低電機(jī)故障率，確保電機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，提升電機(jī)運(yùn)行效率。因此，基于管控一體化的設(shè)計(jì)理念，研究開發(fā)具備電機(jī)性能分析和故障診斷功能上位機(jī)監(jiān)控軟件。在對(duì)散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)性能的分析和故障診斷，為散貨碼頭輸送系統(tǒng)電機(jī)的維修保養(yǎng)，安全隱患排除提供技術(shù)支持。

該上位機(jī)監(jiān)控軟件利用Visual Studio平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，具體如下圖3所示：

依據(jù)上圖3所示功能模塊，運(yùn)行軟件之前，先檢查是否已連接好數(shù)據(jù)采集設(shè)備，在確認(rèn)采集設(shè)備運(yùn)行正常，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，選擇采集時(shí)間與方式后，開始數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理。采集傳輸過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常情況，及時(shí)進(jìn)行彈窗報(bào)警，同時(shí)對(duì)正常數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并繪制相關(guān)曲線波形，進(jìn)行圖形化顯示。軟件設(shè)計(jì)流程如下圖4所示。

3結(jié)束語(yǔ)

本文充分借鑒目前電機(jī)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)，針對(duì)散貨碼頭輸送系統(tǒng)的電機(jī)電氣系統(tǒng)特性和工況情況，研究散貨碼頭輸送系統(tǒng)的電機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法，并詳細(xì)地闡述了散貨碼頭輸送系統(tǒng)的電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)思路與監(jiān)測(cè)方案，促進(jìn)了散貨碼頭輸送系統(tǒng)健康高效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡曉濤.感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]：[碩士學(xué)位論文].北京：北京交通大學(xué)，2020.

[2]劉翊.基于LabVIEW的電機(jī)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2021，3（44）：9-12.

[3]李勝永，季禹，張悅.港口起重機(jī)變頻電機(jī)智能安全監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2020，3（42）：36-40.

[4]李丹.基于Web的電機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與顯示系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2019，28（12）：123-128.