散貨碼頭輸送系統電機監測系統研究

楊承志 張偉

摘要：針對散貨碼頭輸送系統電機缺乏智能監測的現狀，為實現對散貨碼頭輸送系統電機運行狀態的集中監測和控制，提升碼頭智能化水平，在調查研究散貨碼頭輸送系統電機應用現狀及特點的基礎上，對散貨碼頭輸送系統電機監測系統的組成、硬件設計以及上位軟件設計進行了系統的研究與闡述，對提高電機穩定運行水平，降低能耗具有積極意義。

關鍵詞：散貨碼頭;電機;監測

中圖分類號：TP29文獻標識碼：A文章編號：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域運輸依然主要依靠海運，而在港口內部，散貨物料的裝載周轉等運輸，則主要通過帶式輸送機等散貨輸送系統來實現。隨著經濟和工業的快速發展，社會對煤炭、礦石、砂石或糧谷等大宗散貨的需求日益增加，以帶式輸送機為代表的散貨碼頭輸送系統已成為碼頭散貨物料輸送的主要設備，相關電機運行的安全性、穩定性以及可靠性，是港口碼頭裝卸作業能否高效順利完成的基礎保障，對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，散貨碼頭輸送系統電機亟需通過智能監測來獲得輸送系統電機的運行數據，及時發現電機安全隱患，逐漸提高電機在生產運行過程中的效率，降低散貨物料輸送過程中的能源消耗，提高整個輸送系統的工作效率和安全可靠性。

1散貨碼頭輸送系統電機運行現狀及特點

電機可將電能轉化為機械能以帶動相關機械運轉，具有結構簡單、效率高和可靠性高等優點而被廣泛的應用于散貨碼頭的輸送系統中。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，環境潮濕多鹽，腐蝕性強。同時，碼頭輸送煤炭、礦石、砂石或糧谷等大宗散貨時，也會產生大量粉塵、壓力、震動、沖擊等影響因素，這些因素造成了散貨碼頭輸送系統的電機工作環境極其惡劣，碼頭輸送系統的電機在長期運行過程中極易出現設備老化、故障等情況，進而造成運行效率低下，嚴重時甚至會造成較大的安全事故。

目前大部分港口碼頭的生產與裝卸作業都是長時間連續運行，輸送系統的電機經常處于24小時連續不斷運行的狀態，因此需要對這些電機進行實時監測，以保障電機運行的穩定與安全。同時由于碼頭堆場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等輸送系統設備眾多，分布廣泛不夠集中，部分電機甚至處于棧橋或塔內高處，所處位置不夠安全。碼頭一般通過安排工作人員定期巡檢輸送系統來了解電機的運行情況，這種方式不僅人工成本高，而且巡檢效率低，安全性差。此外碼頭輸送設備繁多，工藝流程復雜，電機運行狀態復雜多變，巡檢人員經常無法及時發現問題并處理，從而導致電機運行效率降低，嚴重時甚至可能造成安全事故。

與此同時，部分港口碼頭的輸送系統由于建設時間早，電機質量不高，技術水平不夠先進等原因，在現有散貨碼頭輸送系統的電機中，經常存在“大馬拉小車”的情況，電機的運行效率往往不是處于最佳狀態，電機長期輕載運行，浪費了大量電能，能耗水平過高。

2散貨碼頭輸送系統電機智能監測系統研究

2.1散貨碼頭輸送系統電機監測系統組成

散貨碼頭輸送系統電機智能監測系統主要分為3 部分，分別是傳感器及智能電表等現場監測設備組成的電機參數采集系統;STM32L151控制器、RS485總線網絡、以太網和交換機等組成的數據傳輸系統;PLC、監控計算機和嵌入式監控終端等共同組成上位監控系統，對電機狀態及故障進行診斷分析。

通過現場配置的溫度傳感器、霍爾傳感器、振動傳感器、聲音傳感器以及智能電表等監測設備完成對散貨碼頭輸送系統中各個電機運行狀態數據的實時采集，然后通過RS485總線網絡和以太網將接收到的各類數據傳輸到上位監控系統。上位監控系統對采集傳輸過來的數據進行存儲和實時的圖形化顯示，并根據監測數據，對電機的性能進行分析，提前發現電機異常和故障。同時在發現電機異常和故障后，采集傳輸裝置作為一個控制器上位監控系統將通過RS485接口和ModBus通信協議與電機的原有控制系統進行通信，向電機控制系統發送電機故障和停機的信號，再由控制系統控制電機的啟停，實現保護。

散貨碼頭輸送系統電機智能監測系統整體結構如下圖1所示：

2.2電機智能監測系統硬件設計

散貨碼頭輸送系統電機智能監測系統硬件主要由電機運行參數采集裝置和數據傳輸裝置兩部分構成。電機運行參數采集裝置用于采集電機運行參數，主要包括RS485接口電路、STM32L151處理單元、各級傳感器、電源電路、通訊模塊、顯示模塊等。數據傳輸系統的硬件結構主要包括RS485接口電路、電源電路、STM32L151處理單元、觸摸屏模塊、以太網通信模塊等。

散貨碼頭輸送系統電機智能監測系統硬件框圖如下圖2所示：

電機運行參數采集裝置是電機智能監測的數據采集基礎，利用現場電機處安裝的傳感器以及智能電表等監測設備完成對散貨碼頭輸送系統中各個電機運行狀態數據的實時采集，然后對這些數據進行解析、匯聚、計算等處理后，再通過RS485總線網絡和以太網將采集到的數據傳輸到上位監控系統中。上位監控系統會將采集傳輸過來的數據圖形化顯示并存儲，并根據監測數據，對電機的性能進行分析，提前發現電機故障。

2.3電機監測系統上位機軟件總體設計

散貨碼頭輸送系統中，大多數電機往往沒有運行狀態監測分析設備，工作人員無法實時掌握輸送系統各個電機的運行狀態與效率，提前發現電機安全隱患，制定科學合理的電機運行維護檢修方案，降低電機故障率，確保電機安全穩定的運行，提升電機運行效率。因此，基于管控一體化的設計理念，研究開發具備電機性能分析和故障診斷功能上位機監控軟件。在對散貨碼頭輸送系統電機狀態監測的基礎上，實現對電機性能的分析和故障診斷，為散貨碼頭輸送系統電機的維修保養，安全隱患排除提供技術支持。

該上位機監控軟件利用Visual Studio平臺進行開發，采用模塊化的設計理念，具體如下圖3所示：

依據上圖3所示功能模塊，運行軟件之前，先檢查是否已連接好數據采集設備，在確認采集設備運行正常，并設置相關參數，選擇采集時間與方式后，開始數據的采集、傳輸與處理。采集傳輸過程中，如發現數據異常情況，及時進行彈窗報警，同時對正常數據實時存儲并繪制相關曲線波形，進行圖形化顯示。軟件設計流程如下圖4所示。

3結束語

本文充分借鑒目前電機監測領域中應用廣泛先進技術和系統，針對散貨碼頭輸送系統的電機電氣系統特性和工況情況，研究散貨碼頭輸送系統的電機監測技術和方法，并詳細地闡述了散貨碼頭輸送系統的電機狀態監測思路與監測方案，促進了散貨碼頭輸送系統健康高效發展。

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