工業物聯網技術在起重機上的應用與研究

高鵬飛

(杭州江河機電裝備工程有限公司 浙江省水利水電裝備表面工程技術研究重點實驗室，浙江 杭州 310012)

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，起重機在工業化進程中扮演著越來越重要的角色。特別是隨著“一帶一路”經濟區開放后，中國對“一帶一路”相關的國家進行投資，幫助國外修建水電站、鐵路等大型工程項目，起重機隨著這些項目遠銷到世界各地。起重機行業全球化的競爭，不僅要求起重機設備具有高安全性能的品質、先進智能化的控制技術、穩定可靠的電氣控制系統，而且還對企業產品的生產、配套、售后服務等都提出了更高的要求。為此，提出將工業物聯網技術融入到起重機控制系統中，通過智能采控終端設備將起重機和工業物聯網技術結合起來，形成更加信息化、數字化、智能化的起重機云服務平臺。

1 起重機在水力、電力行業面臨的主要問題

水利、電力行業中使用的起重機械一般在位置比較偏遠、人煙稀少、交通不便的地區，面臨的問題主要體現在以下三個方面：

(1) 作業安全風險高。起重機屬于特種設備，是國家規范管理的重大危險源。由于興修水利、電力工程時，起重機械工作強度大，幾乎全天全負荷工作，同時起重機械的維修、保養、檢測落實困難，設備狀態及使用過程信息不透明，致使起重機健康狀況不能預知，安全風險比較大，事故多發。特別是興修水電站用的高架門式起重機，由于其行走距離和擺臂幅度比較大，普遍存在較高的安全風險。

(2) 工作環境惡劣。例如起重機在非洲一些國家的高溫、高濕度地區作業時，對起重機械零部件和控制系統的質量要求非常高。由于長時間暴露在高溫、高濕度的惡劣環境下，其零部件和控制元部件的損耗非常大，嚴重影響起重機的整體運行性能，如果缺乏必要的監控和檢測手段，設備的意外故障會極大地降低生產效率，甚至會造成巨大經濟損失。

(3) 維保售后效率低。遠銷到國外的起重機械設備，維保效率低，成本較高。一般簡易故障可以配合當地的運維人員查除，復雜故障就需要專業售后人員去檢修，特別是當前疫情下，風險和成本都比較高。

2 起重機工業物聯網云平臺系統的搭建

隨著科技的進步和發展，工業物聯網技術應運而生。工業物聯網就是將具有感知、監控能力的各類采集、控制傳感器或控制器以及移動通信、智能分析等技術不斷融入到工業生產過程的各個環節，從而大幅提高工作效率，改善產品質量，降低產品運維成本和資源消耗，最終實現將傳統工業提升到智能化的新階段。

搭建起重機的工業物聯網云平臺，采用工業互聯網與大數據分析技術，實時監控異地設備的運行狀態，為設備提供定制化的響應式服務，包括設備的遠程組態調試運行監控、智能分析診斷、預測性維護、節能管理、空中升級和遠程作業指導等，減少因設備意外停車引起的生產停滯，提高設備利用率，為設備健康與安全高效生產保駕護航。物聯網平臺對設備實時運行數據進行AI智能“眼睛”識別判斷分析，實時掌握設備健康狀況；實時報警及數據再現，真實還原事故場景進行事故追溯，同時規范人員安全操作規程；設備監控、健康狀態及維修維護的可視化及移動化操作；全流程的記錄和備份，大數據分析設備運轉情況與報警信息，建立設備的對標管理，為提高設備利用率與售后服務提供策略與解決方案。

起重機搭建工業物聯網云服務平臺的過程如下： 通過起重機的PLC采集起重機運行過程中所需要的所有數據，PLC通過以太網或RS485/RS422串口方式接入工業智能網關中，智能網關依靠自身協議解析以及數據傳輸功能將解析好的數據通過5G網絡、4G網絡、無線網絡或者有線網絡傳輸至互聯網，進而傳輸到服務器中；最后通過服務器中部署的數據平臺系統，將設備監控數據、業務數據以及其他數據發布到監控大屏及各監控端。雙向門式起重機搭建的工業物聯網云服務平臺如圖1所示。

圖1 雙向門式起重機物聯網云服務平臺

通過工業物聯網云組態平臺可實現對設備的遠程組態調試、程序的上傳下載、設備的監控和控制，還可以通過移動端數據平臺隨時隨地監控設備的運行和遠程運維。通過工業物聯網云服務平臺，起重機供貨商還可以隨時了解其銷售出去的起重機運行狀態、所處位置等實時數據，一旦設備發生故障或者即將發生故障，系統以短信、郵件等多種方式為用戶或最終客戶提供相關的報警或預警，從而保障起重機安全可靠穩定運行及最大限度降低故障時間。某水電站雙向門式起重機檢修閘門工作流程如圖2所示。

圖2 雙向門式起重機檢修閘門工作流程

3 起重機工業物聯網云平臺面臨的問題

起重機在搭建工業物聯網云平臺的過程中，發現了一些問題:

(1) 由于搭建物聯網平臺需要智能化接口設備和物聯網控制系統，而國內的智能化接口設備和物聯網控制系統廠商多數處于起步發展階段，面對更加復雜的國際化競爭，產品質量和系統穩定性還有待于進一步提高。

(2) 工業物聯網云平臺的搭建，大量實時的運行和控制數據通過互聯網通訊將起重機和物聯網云服務平臺交互在一起，對系統的實時性和相應時間要求非常高，這就要求起重機械工作現場有極好的運行網絡。國外水利、水電用的起重機械設備大都位置比較偏僻，環境比較惡劣，特別是非洲國家地區經濟相對落后，網絡技術的發展還遠遠落后于中國，這些都對起重機物聯網云平臺的搭建造成不利的影響。

(3) 起重機用的PLC廠商很多，編程軟件都不一樣，造成了起重機工業物聯網云平臺組態的復雜性和難拓展性。

4 總結和展望

起重機物聯網云平臺的搭建，對起重機上行跨地區遠程監控和運行維護是可行的。隨著物聯網、云計算、數字孿生、工業大數據等技術越來越成熟，通過智能采控終端設備將起重機和這些技術結合起來，形成更加信息化、數字化、智能化的起重機云服務平臺，會對我國起重機械行業的工業化進程起到不可估量的作用。