多種技術(shù)融合的大型起重機遠程管理系統(tǒng)分析
——以溫州港集團大型起重機的造成管理系統(tǒng)為例

嚴 波， 劉將偉

（邯鄲國際陸港有限公司， 河北 邯鄲 056000）

1 溫州港集團大型起重機遠程管理系統(tǒng)介紹

1.1 遠程管理系統(tǒng)概述

對于大型起重機而言，遠程管理系統(tǒng)往往涉及到多個模塊的內(nèi)容，包括遠程監(jiān)控與安全管理、自動控制與智能管理以及遠程智能監(jiān)測等多項內(nèi)容。通常情況下，遠程管理系統(tǒng)需要應(yīng)用到智能傳感器技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)、通訊技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，在多種技術(shù)融合下實現(xiàn)大型起重機遠程管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，為起重機的有效應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，港口設(shè)備管理不斷地趨向于自動化和信息化已經(jīng)成為勢不可擋的趨勢，起重機遠程管理系統(tǒng)是港口設(shè)備信息化的一個重要實踐方式，其代表了港口設(shè)備的先進性。溫州港集團大型起重機的遠程管理系統(tǒng)主要是指監(jiān)控系統(tǒng)，在通信技術(shù)的應(yīng)用下，實現(xiàn)了對現(xiàn)場的起重機進行遠程監(jiān)控和有效控制，該系統(tǒng)積極借鑒了振華重工以及振華電氣的主要經(jīng)驗，實現(xiàn)了對起重機進行實時監(jiān)控，還能夠快速進行故障診斷，根據(jù)實際情況進行設(shè)備維護，而且，在實時控制和自動化技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，融入了軟件技術(shù)以及通訊技術(shù)促使其系統(tǒng)功能更加適應(yīng)實際需要。本遠程管理系統(tǒng)主要使用了振華重工電氣公司自主研發(fā)的ZPMC SCADA 進行開發(fā)，不僅實現(xiàn)了對現(xiàn)場起重機的故障信息進行監(jiān)控和記錄，還能夠快速回流信息并提供詳細的數(shù)據(jù)，便于相關(guān)工作人員的應(yīng)用，大大提升了工作效率。

1.2 遠程管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

溫州港集團大型起重機的遠程管理系統(tǒng)是根據(jù)溫州港集團專業(yè)碼頭的實際需要設(shè)計研發(fā)的，在6 個碼頭的監(jiān)控室都配置了單獨的服務(wù)器以支撐起重機設(shè)備遠程管理系統(tǒng)，在碼頭內(nèi)的無線網(wǎng)的應(yīng)用下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時收集與回傳。而在專線的應(yīng)用的基礎(chǔ)上實現(xiàn)各個碼頭之間的遠程監(jiān)控系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)進而形成一個網(wǎng)絡(luò)，而在實時監(jiān)控過程中，一旦發(fā)現(xiàn)異常系統(tǒng)就會在港務(wù)局服務(wù)器上提示預(yù)警并及時將信息傳遞給具體負責人。這一遠程管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最明顯的優(yōu)勢在于每一個起重機都被配置了CMS 網(wǎng)關(guān)硬件，可以實現(xiàn)不同的電控系統(tǒng)的起重機的運行信號的集成并形成一個實時監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)，而且在無線AP 進行安全設(shè)定還能夠很好地保障PLC 的安全性。

1.3 遠程管理系統(tǒng)的功能模塊分析

遠程管理系統(tǒng)的功能模塊包括管理模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 遠程管理系統(tǒng)的功能模塊

1）用戶管理是所有管理系統(tǒng)都需要具備的功能，為了安全性期間，新系統(tǒng)登錄需要進行身份和權(quán)限的校驗，并且登錄信息與運行日志都可以依據(jù)權(quán)限提取。而電能管理實際上是對電能量的管理，包括遠程的采集和自動抄表兩個方面，相關(guān)的數(shù)據(jù)長期記錄并積累，在計算機技術(shù)的助力下完成統(tǒng)計，不僅大數(shù)據(jù)運行效率高而且數(shù)據(jù)準確性高，同時可以判斷電能的使用量與起重機的實際是否匹配。而且系統(tǒng)可以進行電能分析，通過建模對電能消耗的趨勢特點進行分析，為起重機的高效應(yīng)用與操作人員的定量考核提供了數(shù)據(jù)參考。

2）監(jiān)視模塊式遠程管理系統(tǒng)功能的核心部分。實時狀態(tài)監(jiān)視能夠?qū)崿F(xiàn)對起重機多方面的運行情況進行實時信息反饋，包括起重機的電氣、機械以及液壓等系統(tǒng)的運行情況，而且，其信息相對全面，數(shù)形結(jié)合直觀又便于理解。故障監(jiān)控功能能夠?qū)崿F(xiàn)對起重機存在的故障進行預(yù)警，故障監(jiān)視功能可以快速識別故障位置并反饋信息，同時根據(jù)設(shè)定的故障等級以不同的預(yù)警方式進行預(yù)警，相關(guān)工作人員還能夠查到歷史故障信息以備問題處理時進行參考。起重機位置監(jiān)視也是監(jiān)視模塊的重要功能，每個起重機的輪胎都已經(jīng)安裝了GPS 以便于定位，這就能夠?qū)崟r監(jiān)控到其實際位置，便于資源的有效配置和有效應(yīng)用。

3）運行模塊也是比較關(guān)鍵的功能部分，生產(chǎn)報表的功能包括四個部分，分別時產(chǎn)量報表、性能報表、控制合報表以及旁路報表。產(chǎn)量報表能夠?qū)⒓b箱起重機的作業(yè)量進行詳細統(tǒng)計，包括作業(yè)時間以及班組和工作量，還能根據(jù)起重機集裝箱的不同分類、尺寸和質(zhì)量等進行分組統(tǒng)計，大量的數(shù)據(jù)集成，可以通過多種維度提取數(shù)據(jù)記錄，為多維度分析產(chǎn)量提供有力的支持。性能報表的統(tǒng)計可以根據(jù)所選的時間段以及運行的時間等信息進行數(shù)據(jù)提取，然后可以做到重要的指標分析，比如故障停機率數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及操作完好率數(shù)據(jù)統(tǒng)計等，這些都可以很好地反映起重機的性能。控制合報表可以對特定的時間段以內(nèi)的各種控制合操作的情況進行數(shù)據(jù)匯總與輸出，數(shù)據(jù)準確而且反應(yīng)迅速。而旁路報表則是對于指定時間范圍內(nèi)的旁路操作的時間進行統(tǒng)計的報表，而上述所有的報表都有多種輸出格式，而且可以直接打印，大大提升了管理的效率。

4）操作記錄模塊主要承擔歷史回放記錄和重要操作記錄兩項內(nèi)容。前者就是該系統(tǒng)可以提供過往的12 個月的歷史畫面，因為每一個碼頭的RCMS 系統(tǒng)都能夠?qū)⑺械腜LC 系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計集成，而CMS則可以實現(xiàn)畫面的監(jiān)控進而實現(xiàn)歷史回放，一旦出現(xiàn)重大事故要進行追責，這一功能將發(fā)揮重要作用。后者則是指系統(tǒng)可以對起重機操作人員所有的控制臺的操作記錄進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和記錄，這也能夠為后期的溯源和信息查詢提供依據(jù)。

2 溫州港集團大型起重機遠程管理系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)分析

2.1 OPC 技術(shù)的應(yīng)用

溫州港集團的大型起重機遠程管理系統(tǒng)應(yīng)用涉及到該集團旗下的6 個碼頭，起重機的數(shù)量非常多，而且型號和種類也各不相同，這就必然避免不了系統(tǒng)功能的多樣化，不同的廠家與不同時期的產(chǎn)品混合應(yīng)用，給管理方面增加了難度。而OPC 技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地規(guī)避這一問題帶來的諸多問題。振華重工電氣自主研發(fā)了ZPMC OPC Server，在應(yīng)用中，實現(xiàn)了對大量的不同類型、不同顆粒度的素具進行采集和處理，而且，能夠結(jié)合系統(tǒng)的實際需求來處理和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進而為GPS 系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)和機械設(shè)備管理系統(tǒng)提供重要的借口，保障數(shù)據(jù)共享。

2.2 實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用

實時數(shù)據(jù)庫的技術(shù)應(yīng)用是在每個碼頭具有獨立服務(wù)器的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，每個服務(wù)器具有一個EZ Historian 以實現(xiàn)起重機數(shù)據(jù)的采集和存儲。而集團層面也有一個服務(wù)器，該服務(wù)器部署了一個集成版匯總的實時數(shù)據(jù)庫，能夠匯總其他6 個獨立服務(wù)器的數(shù)據(jù)進行。實時數(shù)據(jù)庫的主要存在價值是能夠與EZ SCADA 該款監(jiān)控軟件通訊相配合，進而實現(xiàn)歷史畫面的回放，而且，該數(shù)據(jù)庫也能為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的記錄提供完整的數(shù)據(jù)源，而這種數(shù)據(jù)提取和監(jiān)控也是本系統(tǒng)的一個重要優(yōu)勢。其創(chuàng)新價值就在于實際的運行環(huán)境中，因為是無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境所以在外界因素影響下可能會導致數(shù)據(jù)中斷，而為了規(guī)避這一問題如果選擇使用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄方式來對PLC 值進行讀取又難以避免數(shù)據(jù)不精準的情況，但是，EZ Historian 與CMS 網(wǎng)關(guān)的共同應(yīng)用卻輕松解決了這一問題，技術(shù)的融合能夠很好地促使存儲在本地的數(shù)據(jù)記錄完整性得到保全。

2.3 CMS 網(wǎng)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用

CMS 的主要作用在于通訊數(shù)據(jù)的有效提取，網(wǎng)關(guān)的一個網(wǎng)口與PLC 構(gòu)成了內(nèi)網(wǎng)，而兩個串口就能夠讀取到GPS 的數(shù)據(jù)以及電表的數(shù)據(jù)，這樣，三個設(shè)備的數(shù)據(jù)就得到了集成，而Gateway 程序的部署也能夠?qū)崿F(xiàn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成標準化的Modbus TCP 協(xié)議，最終發(fā)送到遠程服務(wù)器之上。如果無線網(wǎng)絡(luò)存在問題不通暢了，依然能夠進行本地保存，網(wǎng)絡(luò)一旦暢通就可以及時進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)的完整性得到保障。

3 起重機遠程管理系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分析

溫州港集團的大型起重機遠程管理系統(tǒng)應(yīng)用在很大程度上給集團帶來了較大的經(jīng)濟效益，主要從以下維度進行分析預(yù)評估。

3.1 安全性與生產(chǎn)效率全面提升

在遠程管理系統(tǒng)的應(yīng)用下，起重機的安全性因為有大數(shù)據(jù)做參照而得到了提升，無論是從負荷、傾角還是速度等方面，在運行中不僅有數(shù)據(jù)作參考還有歷史記錄做借鑒，準確的數(shù)據(jù)讓相關(guān)操作人員的人工作業(yè)風險大大降低，降低了事故發(fā)生的概率。而在數(shù)據(jù)的牽引和支持下，相關(guān)管理人員也能夠優(yōu)化作業(yè)的流程，在大數(shù)據(jù)的支持下，作業(yè)效率得到提升，生產(chǎn)量也得到了量化數(shù)據(jù)管理甚至可以有規(guī)劃性的提升目標，這就能夠促使集團的投資回報率得到提升。

3.2 維修成本與能源消耗成本降低

基于遠程管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提供以及傳感器實時報警，相關(guān)操作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并快速解決問題，這就可以減少停機時間，也能夠減少故障排查時間，故障排查效率提升，維修成本隨之就會降低，除此而外，數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地計算能源消耗信息，根據(jù)信息，管理人員能夠不斷優(yōu)化作業(yè)流程和管理方式，減少能源的消耗，進而減少成本支出。

4 結(jié)語

伴隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，智能算法在不斷更新改進，大數(shù)據(jù)的計算與應(yīng)用能力也在不斷提升，智能制造以及人工智能以前所未有的速度發(fā)展促使各行各業(yè)的發(fā)展開始不斷強化信息技術(shù)與管理系統(tǒng)的應(yīng)用。本文以溫州港集團的大型起重機遠程管理系統(tǒng)為主要研究對象，對其擁有的將通訊技術(shù)、軟件技術(shù)、以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)等融合進行了系統(tǒng)分析，同時也分析了經(jīng)濟效益，以期對后期遠程系統(tǒng)的應(yīng)用有一定的指導作用。