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淺談起重機安全監控管理系統的開發與應用---鄭州愷德爾科技起重機安全監控系統生產廠家

來源:愷德爾起重機安全監控管理系統專家 發表日期: 2020-06-18 15:28:00

隨著鐵路貨運向現代物流的轉型發展,集裝箱運輸成為鐵路貨運增量的一個突破點,在鐵路運輸生產中占有越來越大的比重。鐵路裝卸是鐵路現 代物流的重要構成要素,裝卸機械是鐵路運輸生產的重要設備。為加快發展鐵路集裝箱運輸,亟需提升鐵路貨場的集裝箱裝卸能力。門式起重機作為鐵路 貨場裝卸集裝箱的主要設備,對鐵路集裝箱作業的安全和效率起著至關重要的作用。 鐵路貨場早期建造的集裝箱門式起重機電控系統采用電阻調速,由于作業頻繁、貨場作業條件差等原因,造成故障率高,配件更換維修時間長,作業效率受到一定影響,因而這類門式起重機不論是從安全上還是從效率上都難以滿足集裝箱裝卸作業要求。

2015 年中國鐵路總公司開展集裝箱門吊專項整 治工作,要求集裝箱作業的門式起重機電控系統全 部采用變頻技術,宜具備稱重、裝載均衡狀態監測 功能 。根據《起重機械安全監控管理系統》(GB/ T28264-2012)標準 ,通過調研和對現場需求的分 析研究,提出了滿足系統功能的3個技術方案,即基于可編程邏輯控制器 (PLC) 和起重機監控系統 (CMS) 的起重機安全監控管理系統”“基于紫蜂協議 (ZigBee) 技術的起重機安全監控管理系統基于全球定位系統 (GPS) —通用移動通信技術的長期演進 (LTE) 技術的起重機安全監控管理系統基于 ZigBee 技術的起重機安全監控管理系統技術方案具有低功耗、低成本的特點,但存在速率低 (只有20250 kbps)、傳輸距離近 (只有 10100 m) 等問題,雖然可以通過增加發射功率和通信接力增大傳輸范圍,但由于傳感器布置和門式起重機鋼結構對無線信號的影響,ZigBee 的通信穩定性很難保證。同時,250 kbps 的通信速率對于視頻監控系統而言帶寬過低,基本無法實現視頻流的傳輸。基于GPS-LTE 技術的起重機安全監控管理系統技術方案中LTE技術速度有了顯著的提升,最大可以達到 300 Mbps 的下載速率和75 Mbps 的上傳速率,同時傳輸范圍也大,基本可實現全國聯網。但由于 LTE 技術受限于運營商限制,帶寬為小區內共享,監控設備能夠獲得的帶寬有限,并需要繳納的運營商費用很高,長期投資效益不佳,系統數據傳輸在運營商的互聯網上,數據安全性也不易保證。基于PLCCMS的起重機安全監控管理系統技術方案中所有的傳感器均直接接入PLC中, PLC 中存儲所有門式起重機的實時狀態參數,只是無法長期存儲。CMS 恰好解決了PLC 的不足,PLC 的實時數據上傳至CMS 中,由 CMS 進行存儲和統計分析。通過CMS可以實時監控設備的運行狀態和具有故障查詢報警及歷史數據查詢等功能,且該方案完全內網有線連接,通信速度可達1000 Mbps,對電控系統改造量小,適合鐵路集裝箱作業門吊的安全管理要求。經過對3套方案的技術經濟性能比選,選擇適合鐵路集裝箱作業門吊的基于 PLC CMS 的起重機安全監控管理系統方案。

起重機安全監控管理系統構成及主要功能

起重機安全監控管理系統構成:起重機安全監控管理系統以全面監控起重機各機構和運行參數,保護起重機運行安全,加強起重機維護管理為目的,設計了PLC 控制系統、起重機監控系統 (LCMS)、遠程監控系統 (RCMS)、視頻監控系 統 4 個子系統。

1PLC 控制系統采用西門子300 系列,主站設在電氣室,在司機室及小車機房設有遠程 I/O 分站,主站與分站采用 PROFIBUS-DP通訊。PLC控制系統中央處理器 (CPU) 采用 315-2DP,是一款帶有中、大規模程序量 PROFIBUS-DP /從接口的CPU,除了可以組成集中式 I/O 結構,還可以快速組成分布式自動化結構。PLC 監控整機的運行狀態,對整機運行的時序邏輯控制及信號實時檢測,并支持以太網通信,可以將監控信息傳輸給起重機監控系統 (LCMS)

2)起重機監控系統 (LCMS) 采用安裝了西門子 WinCC 組態軟件的 1 臺一體式工控機,與PLC 采用工業以太網通訊,能實時、高效地采集起重機的運行數據。由 WinCC 對起重機的技術參數、運行位置、電氣元件 (或部件) 的運行狀態進行不間斷監控, 并顯示、存儲、轉發。WinCC 組態軟件集成了圖形技術、人機界面技術,數據庫技術、控制技術、網絡與通訊技術等,只需通過可視化的組態方式,就可以完成監控軟件的設計。同時安裝有LCMS的一體式工控機本身故障時不會影響系統的工作。如果起重機某部件出現故障,一體式工控機可及時報警。

3)遠程監控系統 (RCMS) 采用 IBM 服務器和授權復示終端組成,RCMS LCMS 之間通過2.4GHz/5.8GHz 無線保真 (WI-FI) 網絡連接。 RCMS 可以實現門式起重機全部數據的長期保存,并通過數據的存儲、管理、分析,實現門式起重機的狀態設備管理,提前預警等功能。門式起重機使用和管理人員可通過 RCMS 對分散于各處的門式起重機進行遠程的管理和監控,極大提高了管理人員的工作效率,而且通過長期的數據記錄,管理人員可以通過 RCMS 隨時調取查看任意時間段內的操作記錄回放, 對故障的分析提供手段和依據。

4)視頻監控系統作為一套獨立的子系統,可以實現門式起重機外部環境的監測,通過定期的校時功能,保證視頻監控系統的時間線與 PLC 控制系統、LCMSRCMS 一致,同時視頻監控系統可采集 LCMS 系統數據并疊加到視頻畫面中,視頻監控文件傳輸至RCMS 服務器中統一存儲,方便管理人員通過 RCMS 回放作業過程時,能夠實現門式起重機內外部信息的方便查看與分析。 起重機安全監控管理系統構成單元示意圖如圖 1 所示。

起重機安全監控管理系統主要功能:起重機安全監控管理系統監控的主要數據包括: 起重量、起升高度、風速、防碰撞、超速、限位、安全聯鎖、抗風防滑狀態、工作時間、工作循環、累計 工作時間、操作指令及其他關鍵的技術參數。起重機安全監控管理系統實現的主要功能如下。

1)系統監控功能。起重機安全監控管理系統具有可擴展接口,能夠實現起重機操作人員、現場辦公室、遠程管理者等 3 種不同層次的監控管理需求。

 (2)用戶管理功能。起重機安全監控管理可以預設若干用戶名的使用權限,只有輸入正確的用戶名和密碼后可進入系統,進行系統的設定、報警查閱及文檔輸出等。

3)系統控制輸出和報警功能。門式起重機起動前系統將對其進行自檢,如果出現影響門式起重機安全運行的情況時,系統通過警示提示司機謹慎操作;當門式起重機某部位出現故障時,系統通過警示提示司機,同時控制模塊輸出信號接入電控系統,使相應的機構停止運行或斷電,待故障排除后系統恢復正常后,門式起重機才能正常運行。

4)系統信息的存儲和調取功能。起重機安全監控管理系統以圖形、圖像、圖 標和文字的方式實時顯示起重機械的工作狀態和工作參數。系統設有獨立的 UPS電源,門式起重機斷電后,系統信息仍然保留,安全監控系統信息存儲時間大于 30 個連續工作日,視頻存儲時間大于 72 個連續工作小時,根據需求可調取保存的信息,驗證門吊 運行狀態及故障信息實時記錄。

5)數據分析功能。起重機安全監控管理系統能夠記錄各機構實際工作時間和制動次數、吊箱動作的循環次數、吊箱工作時間等,為設備的維護管理提供了 數據支持。起重機安全監控管理系統的實際應用南昌鐵路局按照基于 PLC CMS 的起重機安全監控管理系統方案,研發了起重機安全監控管理系統,以提升門式起重機的安全技術性能。該系統實現了對門式起重機各運行機構的運行參數、狀態、故障報警信息及操作指令等實時監控,并對數據實時記錄和保存;通過多路攝像頭構成的視頻系統對整機運行進行視頻實時監控、錄像存儲及回放;通過接入互聯網實現遠程監控、故障診斷、維護等。

目前,南昌鐵路局對新建的25臺和既有7臺集裝箱作業的門吊安裝了起重機安全監控管理系統。 2016 年新建的吉安南站 40.5 t 集裝箱門吊起重機安全 監控管理系統實時數據管理主界面如圖 2 所示。 南昌鐵路局起重機安全監控管理系統應用效果如下。

1)通過在門式起重機大車、小車、司機室、 臺車上等關鍵部位安裝攝像頭,司機室監視屏可顯示13 個工作畫面 (顯示門式起重機關鍵部位工作狀態和 外部環境),司機可以根據監視屏和觸摸屏顯示的技 術參數對門式起重機進行操作,提高了司機操作的安全可靠性。視頻監控系統拓撲圖如圖 3 所示。

 

2)通過司機室里面的觸摸屏,顯示PLC控制系統對門式起重機實時檢測數據和作業工況,當門式起重機某部位出現故障時,觸摸屏可顯示相應故障代碼,司機通過故障代碼查找故障和排除故障,保證了門式起重機作業安全。

3)通過在大車的 4 個角上沿行駛方向增加4個光電測距傳感器,在同一軌道上相鄰的門式起重機侵入對方的安全距離范圍內時,測量系統立即發出聲光報警,同時將信號傳遞給 PLC 控制系統,PLC 控制系統自動控制大車停止前進,保證大車行駛安全。

4)通過優化起升機構的制動器控制回路,在變頻器控制板輸出繼電器側采用雙繼電器信號串聯, 在 PLC 輸出繼電器回路采用雙 PLC 輸出點分別控制 2 個制動器接觸器,同時在制動器主回路上將2個接觸 器串聯使用,保證了門吊起升機構制動器的正常穩定工作,消除了起升機構發生溜鉤的安全隱患,保證了起升機構作業的安全穩定性。

5)通過在吊具上架4 角的轉鎖箱內安裝稱重傳感器,PLC 控制系統實時監測4個稱重傳感器的數值并進行比對,實現超偏載的監測,及時發出報警以免 發生危險,加強了對門式起重機的保護。

6)通過將 PLC 采集的關鍵數據處理后疊加在視頻圖像上,并進行錄像存儲。當發生事故時,可調用系統進行視頻回放和查詢關鍵數據,為事故的準確判斷提供依據。

起重機安全監控管理系統是門式起重機的電控系統在傳統的電阻調速基礎上,經過可編程邏輯控制器 和起重機監控系統結合開發出來的一種創新型產品, 其應用降低了門式起重機的故障率,防止了集裝箱作 業事故的發生,有效地提高了門式起重機的安全可靠 性和裝卸作業效率。起重機安全監控管理系統的遠程 故障判斷處理功能,解決了目前站段維修力量薄弱的 問題,為鐵路集裝箱作業安全提供技術支撐與基礎保障,提升了鐵路裝卸機械化管理水
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