工业物联网技术在起重机上的应用与研究

高鹏飞

(杭州江河机电装备工程有限公司 浙江省水利水电装备表面工程技术研究重点实验室，浙江 杭州 310012)

0 引言

随着我国经济的高速发展，起重机在工业化进程中扮演着越来越重要的角色。特别是随着“一带一路”经济区开放后，中国对“一带一路”相关的国家进行投资，帮助国外修建水电站、铁路等大型工程项目，起重机随着这些项目远销到世界各地。起重机行业全球化的竞争，不仅要求起重机设备具有高安全性能的品质、先进智能化的控制技术、稳定可靠的电气控制系统，而且还对企业产品的生产、配套、售后服务等都提出了更高的要求。为此，提出将工业物联网技术融入到起重机控制系统中，通过智能采控终端设备将起重机和工业物联网技术结合起来，形成更加信息化、数字化、智能化的起重机云服务平台。

1 起重机在水力、电力行业面临的主要问题

水利、电力行业中使用的起重机械一般在位置比较偏远、人烟稀少、交通不便的地区，面临的问题主要体现在以下三个方面：

(1) 作业安全风险高。起重机属于特种设备，是国家规范管理的重大危险源。由于兴修水利、电力工程时，起重机械工作强度大，几乎全天全负荷工作，同时起重机械的维修、保养、检测落实困难，设备状态及使用过程信息不透明，致使起重机健康状况不能预知，安全风险比较大，事故多发。特别是兴修水电站用的高架门式起重机，由于其行走距离和摆臂幅度比较大，普遍存在较高的安全风险。

(2) 工作环境恶劣。例如起重机在非洲一些国家的高温、高湿度地区作业时，对起重机械零部件和控制系统的质量要求非常高。由于长时间暴露在高温、高湿度的恶劣环境下，其零部件和控制元部件的损耗非常大，严重影响起重机的整体运行性能，如果缺乏必要的监控和检测手段，设备的意外故障会极大地降低生产效率，甚至会造成巨大经济损失。

(3) 维保售后效率低。远销到国外的起重机械设备，维保效率低，成本较高。一般简易故障可以配合当地的运维人员查除，复杂故障就需要专业售后人员去检修，特别是当前疫情下，风险和成本都比较高。

2 起重机工业物联网云平台系统的搭建

随着科技的进步和发展，工业物联网技术应运而生。工业物联网就是将具有感知、监控能力的各类采集、控制传感器或控制器以及移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程的各个环节，从而大幅提高工作效率，改善产品质量，降低产品运维成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。

搭建起重机的工业物联网云平台，采用工业互联网与大数据分析技术，实时监控异地设备的运行状态，为设备提供定制化的响应式服务，包括设备的远程组态调试运行监控、智能分析诊断、预测性维护、节能管理、空中升级和远程作业指导等，减少因设备意外停车引起的生产停滞，提高设备利用率，为设备健康与安全高效生产保驾护航。物联网平台对设备实时运行数据进行AI智能“眼睛”识别判断分析，实时掌握设备健康状况；实时报警及数据再现，真实还原事故场景进行事故追溯，同时规范人员安全操作规程；设备监控、健康状态及维修维护的可视化及移动化操作；全流程的记录和备份，大数据分析设备运转情况与报警信息，建立设备的对标管理，为提高设备利用率与售后服务提供策略与解决方案。

起重机搭建工业物联网云服务平台的过程如下： 通过起重机的PLC采集起重机运行过程中所需要的所有数据，PLC通过以太网或RS485/RS422串口方式接入工业智能网关中，智能网关依靠自身协议解析以及数据传输功能将解析好的数据通过5G网络、4G网络、无线网络或者有线网络传输至互联网，进而传输到服务器中；最后通过服务器中部署的数据平台系统，将设备监控数据、业务数据以及其他数据发布到监控大屏及各监控端。双向门式起重机搭建的工业物联网云服务平台如图1所示。

图1 双向门式起重机物联网云服务平台

通过工业物联网云组态平台可实现对设备的远程组态调试、程序的上传下载、设备的监控和控制，还可以通过移动端数据平台随时随地监控设备的运行和远程运维。通过工业物联网云服务平台，起重机供货商还可以随时了解其销售出去的起重机运行状态、所处位置等实时数据，一旦设备发生故障或者即将发生故障，系统以短信、邮件等多种方式为用户或最终客户提供相关的报警或预警，从而保障起重机安全可靠稳定运行及最大限度降低故障时间。某水电站双向门式起重机检修闸门工作流程如图2所示。

图2 双向门式起重机检修闸门工作流程

3 起重机工业物联网云平台面临的问题

起重机在搭建工业物联网云平台的过程中，发现了一些问题:

(1) 由于搭建物联网平台需要智能化接口设备和物联网控制系统，而国内的智能化接口设备和物联网控制系统厂商多数处于起步发展阶段，面对更加复杂的国际化竞争，产品质量和系统稳定性还有待于进一步提高。

(2) 工业物联网云平台的搭建，大量实时的运行和控制数据通过互联网通讯将起重机和物联网云服务平台交互在一起，对系统的实时性和相应时间要求非常高，这就要求起重机械工作现场有极好的运行网络。国外水利、水电用的起重机械设备大都位置比较偏僻，环境比较恶劣，特别是非洲国家地区经济相对落后，网络技术的发展还远远落后于中国，这些都对起重机物联网云平台的搭建造成不利的影响。

(3) 起重机用的PLC厂商很多，编程软件都不一样，造成了起重机工业物联网云平台组态的复杂性和难拓展性。

4 总结和展望

起重机物联网云平台的搭建，对起重机上行跨地区远程监控和运行维护是可行的。随着物联网、云计算、数字孪生、工业大数据等技术越来越成熟，通过智能采控终端设备将起重机和这些技术结合起来，形成更加信息化、数字化、智能化的起重机云服务平台，会对我国起重机械行业的工业化进程起到不可估量的作用。