门座式起重机安全监控系统的应用

李小阳　于海波

MQ2535型25T门座式起重机投入工作以来，由于大型起重设备存在诸多安全控制限位、行程开关、过载保护信号、防碰撞保护信号，且众多控制信号以及监控参数没有得到集中监控，现对相关信号及参数进行集中监控，便于司机及维护人员。使用该系统可以快速有效的掌握起重机故的健康状态，合理分工，减少怠工时间。对提高港口的生产效率，具有重要意义。

MQ2535型25T门座式起重机安全监控系统

门座起重机是在港口码头前沿装卸一般散货和件杂货的通用港口装卸机械。根据货种不同可分别使用吊钩或抓斗两种吊具。它工作幅度大、速度高，可以带载作水平位移变幅，带载作任意角度回转，可以在所有工作范围内作起升、变幅、回转的单独或联合动作，操作方便，动作灵活，可使用于海港或内河港口。

该系统以生产过程监控、数据查询、故障追查的综合安全监控管理理念，使用仿真技术，监控门座式起重机设备各大运行机构及各电气元件，加强对起重机设备运行状态的监控以及生产过程的安全监管。系统实现了故障分析、运行维护、生产统计和整体设备使用分析数据，能够有效的为设备管理人员提供全面、及时的决策支持与强大的数据支撑。

门座式起重机主要监控部分

电源部分：主电源供电方式为交流三相四线380V10%，50HzlHz。为便于门机更换电缆时相序的切换，在设备上装有电源监控相序继电器和相序换向刀闸，总电源主回路相序正确时，相序继电器信号指示正常，当总电源主回路相序错误时，信号指示异常，届时可将相序换向刀闸掷向另一侧进行电源相序切换。相序继电器对于检测主电源回路缺相、欠压、过压进行检测，当主回路出现缺相或过压、欠压等故障时，该相序指示灯异常，便于排查故障原因进行解决。主回路总电源断路器为整个机上部分供电主开关，该开关具有短路，过载等保护功能，在联动台、门架及电气房柜门上分别设有急停开关，在紧急状态下，通过按下紧停开关控制总电源断路器脱扣分闸；控制回路通过各控制开关实现各控制回路的供电、保护、控制。主供电电缆通过电缆卷筒的安全限位，控制门座式起重机的行走距离，实现安全距离控制，防止出现行走过距等问题。

总电源部分可实现电压、电流、频率、功率因数、电能等各重要数据统一控制管理，以及欠压、过压、缺相、电缆卷筒限位等信息采集与监控。

起升部分：起升部分由两台变频器分别控制两台电机进行起、停、制动运行，保证机构的安全、正常运行。起升机构通过转换可实现单双机运行，单机状态时，通过配合脚踏开关，可实现单机开闭抓斗和双机起升，每台电机的实时运行参数及相关数据都能得到采集分析。

通过采集PLC数据及现场反馈信号，实现各项数据及参数的集中监控，手柄零位条件，风速仪风速在正常范围内，超负荷过流正常，不超负荷。

起升部分可实现起升系统起重量、起重力矩、起升高度、运行行程、运行连锁、抗风防滑、单双机运行、超负荷、风速、制动器控制信号、电机运行等数据的采集和分析，并对该部分参数可实现远程监控。

变幅部分：变幅机构由一台电机通过变频器进行起、制动运行。同时为了运行安全可靠，变幅电机除由电液制动器保证电机可靠启停外，还配备了一台独立供电的风机以保证电机的良好散热。

通过采集PLC数据及现场反馈信号，实现各项数据及参数的集中监控，变幅手柄零位条件，风速仪风速在正常范围内，超负荷过流正常，不超负荷。

变幅部分可实现变幅系统角度、幅度、变幅行程控制、变幅超限控制、制动器控制信号、电机运行等数据的采集和分析，并对该部分参数可实现远程监控。

旋转部分：旋转机构由二台电机通过一台变频器进行起、制动运行。同时为了运行安全可靠，旋转电机除由电力变频制动器保证电机可靠启停外，每台电机还配备了一台独立供电的风机以保证电机的良好散热。

通過采集PLC数据及现场反馈信号，实现各项数据及参数的集中监控，回转手柄零位条件，风速仪风速在正常范围内，超负荷过流正常，不超负荷。

旋转部分可实现旋转系统制动器控制信号、电机运行等数据的采集和分析，并对该部分参数可实现远程监控。

行走部分：行走机构由八台电机通过共用变幅变频器进行起、制动运行。同时为了运行安全可靠，行走电机除由惯性制动器保证电机可靠启停外，每台电机还配备了一台独立供电的风机以保证电机的良好散热。

通过采集PLC数据及现场反馈信号，实现各项数据及参数的集中监控，手柄零位条件，风速仪风速在正常范围内，超负荷过流正常，不超负荷。

行走部分可实现行走锚定限位、行走防爬限位、卷缆限位、防撞限位、电机运行等数据的采集和分析，并对该部分参数可实现远程监控。

安全监控系统的主要架构

起重机安全监控系统采用向服务（Service-Oriented Architecture，SOA）的软件架构设计，通过网络将松散耦合的功能单元、应用组件进行分布式布署、组合和使用。

应用系统层也称为界面表现层，是系统的人机交互接口，系统通过应用系统层展示各种实时数据与业务数据，为用户提供各种查询与报表。

组件服务层为系统的核心层，各种服务组件采用统一的服务接口标准为应用系统层提供数据、算法与业务功能服务。各服务组件可独立运行，可单独布署。

数据访问层通过数据库或OPC标准或网络协议获取各种数据，传递给业务逻辑层。-业务逻辑层根据用户需求，进行业务分析、整合业务数据，供组件服务层使用。各业务逻辑相对独立，可与服务组件N单独布署和使用。

数据库与数据通信层为该系统的软件最底层，为上层服务提供实时数据与业务数据。有直接从数据库中提供的数据也有通过OPC标准或网络协议采集的数据。

安全监控系统的性能要求

系统综合误差：起重量、幅度、起重力矩的误差。在起重机械实际使用工况下，系统的综合误差分别不大于5%。endprint

信息采集和存储：在运行周期内系统的采样周期不大于100ms。数据存储时间不应少于30个工作日，视频存储时间不应少于72h。

系统应具有对起重机械运行状态和故障信息实时记录、历史追溯的功能。

系统应具有故障自诊断功能。在开机时应有自检程序，对警报、显示等功能进行验证，在系统自身发生故障而影响正常使用时，能立即发出报警信号，并具备止停功能。

系统的报警装置应能向起重机械操作者和处于危险区域的人员发出清晰的声光报警。

系统应具有起重机械作业状态的实时显示功能，能以图形、图像、图表和问题显示起重机械的工作状态和工作参数。

安全监控系统的主要功能

起重机安全监控系统从功能上可以分为实时监控、状态回放、故障查询、故障跟踪、运行维护和作业统计六大子系统。

实时状态监控，监视起重机生产过程中各设备的电流、电压状态，限位状态，以及相关的断路器状态。包括整机状态监控，起升、变幅、旋转、行走四大机构运行状态监控。

状态回放，系统将起重机生产作业过程的全部数据采集并存储起来，在需要的时候，可以通过读取这些历史数据，系统会将过去某段时間内起重机生产全过程的状态、动作通过人机交互画面展示。

故障查询，系统采集起重机生产过程中发生的所有故障数据，并存储在后台数据库中，管理人员可以通过故障查询子系统查询各大机构在过去某时间段内发生的所有故障信息。同时系统提供所有故障数据的导出功能。

运行维护，系统会记录门机各易损部件的使用次数与时间，并分析这些零部件的使用寿命，在适当的时机预警或提示用户需要更换零部件，或进行相关的保养。系统同时提供保养零部件设备的更换信息登记功能。该功能为用户检验起重机设备的保养状态提供辅助数据，可作为起重机生产排班作业提供参考。

故障跟踪，系统自动记录故障发生前8秒与故障发生后2秒起重机整个作业过程的所有操作与状态，并将这些数据以波形图的形式展示，为用户诊断故障提供依据。

生产业务统计，系统自动记录起重机作业过程的重量（箱量）、耗电量、作业次数数据，并提供作业效率，能耗比，的查询与统计功能，并可以生成统计报表或导出统计数据为用户的生产决策提供参考。

实施方案举例

神华黄骅港务有限公司物流中心MQ2535门机采用安全监控系统，有效的提高了设备管理水平以及故障处理的效率。更好的保障了设备的安全运行。

（作者单位：神华黄骅港务公司）endprint