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刘 齐
天津港焦炭码头有限公司
在港口作业中，对于港机状态的实时监测十分重要，国内学者开展了许多相关研究。王东辉为实现起重机的实时监测功能，开发了—套基于光纤传感器的门座起重机(以下简称门机)结构健康监测与预警系统[1]；
张晨等针对门机的结构性损伤问题进行了研究，设计了港口门座起重机的安全监控预警系统[2]；
程粤针对门机滑环箱内易产生凝露，导致高压闪络放电故障的问题，设计了门机滑环箱温湿度监测报警系统[3]；
杨晓华等基于物联网、人工智能技术设计了在线智能监测系统，通过安装于设备上传感器反馈的信号实现对机组设备运行状态的实时诊断监测[4]；
安志家等结合港口机械实际情况，将设备状态监测与设备检修、故障诊断结合，创建了新的港机设备预警维护模式[5]；
陈飞等通过对起重机大车运行机构制动的分析，确定了大车运行机构两侧从动轮制动后行走距离为监测对象，并设计了一种大车运行机构制动不平衡监测装置[6]。
可以看出，目前关于港机状态监测的研究大都集中于港机本身，而关于港机电机状态监测的研究较少。港机是由支持或开闭变频器驱动多台行走电机来实现设备行走，其下属电机状态无法通过变频器直接采集，且其故障具有隐蔽性，只有3台及以上电机出现故障导致行走失效后才会被发现，其失衡状态对其他行走电机具有较大伤害，同时严重影响大机钢结构强度。因此，结合某码头港机电气设备管控现状，研究了一种新型监测方法来提高设备管控能力。
某码头有7台门机、2台装载机、2台斗轮取料机，每台设备行走机构至少装备8台行走电机。传统设备行走电机管理属于周期性管理模式，即由电工通过外观观察、线路状态巡视、线路检查和绝缘测试来推断电机状态。在实际生产中，往往出现大机行走异常后才对所属电机进行逐一排查。该码头96台行走电机，1组电工全部检查一遍需要2～3周，这种监测和管理方式效率低下、设备状态掌握滞后，主要存在以下问题：
(1)行走电机数量多、管理基数大，无法实现定点报警，必须由设备主管在系统管理界面上逐一筛看各个电机情况，导致操作不便、管理困难，同时也增加了一线维修班组的工作强度。
(2)设备行走机构通常由2组4～6台行走电机组成，传统监测无法在第1台电机损坏时发现问题，导致从电机故障开始到发现故障期间，设备左右两侧电机驱动不平衡，对行走架钢结构造成不良影响，降低了设备本身的安全性。此外，通常一侧电机损坏了3～4台且无法实现大机行走后，才会发现行走电机故障，届时需同时更换多台电机，维修成本高。
基于上述问题，进行了港机行走电机状态智能监测的研究，并针对现场设备电机监控方法进行了技术创新，形成了一个具备数据采集、回传、分析等功能的港机行走电机状态智能监测系统。
3.1 系统结构
为解决无法对电机故障及时定点报警的问题，建立了港机行走电机状态智能监测系统，对电气线路及设备的实时状态进行采集和监测，并将数据经由云端传输到后台大数据中心，通过大数据中心的运算，实现电流监测、电压监测、温度监测等功能。借助物联网技术，内置无线通讯模块，只要通电即可自动联网，可在移动端随时查看电气安全状态，一旦出现异常情况便立即通知管理人员，使电机的不良状态迅速得到提醒并及时解决，从而避免设备停机的情况发生。
系统在本地安装用电探测器、电流电压互感器、温度传感器以及数据传输装置，生成的数据通过云平台反馈到PC或手机界面。系统结构见图1。
3.2 系统功能
系统具备数据采集与回传、远程移动端监控、阈值报警、定点报警等功能。系统结构见图2，通过在现场设置电弧式智慧用电探测器、灭弧式智慧用电保护装置来监测作业现场电机的电流、电压、温度等状态，实现数据采集；
通过传统的内网系统实现数据回传；
将采集到的数据传输到云平台后经过大数据中心进行数据处理并储存，再由通讯模块将数据分析结果通知给移动端的设备管理人员，实现远程移动端监控功能。此外，设备管理人员按需要设置对应的报警值，当监测到用电线路失电、三相不平衡、超负荷(过流)等情况时，可以进行阈值报警，及时解决故障。系统根据行走电机过流、绕组损坏、三相不平衡等常见故障特征设置报警提醒，可进行精确的定点报警，远程判断故障位置并分析可能的故障原因，提高了维修与管理效率。
图1 系统结构图
图2 系统功能图
按照电机智能化监测系统的要求，在门机行走电机控制柜安装8台采集装置，分别采集对应的8台行走电机电气数据，采样频率为1次/min，并实现相关数据的回传。根据港机电气实际管理需要，设计了后台管理系统，通过PC端实时监测目标数据，为港机电气管理提供可靠依据。
电机数据实时回传技术的应用，极大地提高了设备监测效率，设备主管可通过数据回传平台直接掌握港机末端设备状态，并对突发故障及时精确地定点清除，在降低一线维修班组工作强度的同时，提高了设备维保组织的介入效率。系统通过阈值报警和定点报警，可及时发现并解决初生故障，消除发生次生故障的隐患，降低维修成本。通过对设备故障点的及时干预，杜绝了海陆两侧受力不均导致的大机钢结构强度弱化的隐患，也降低了因设备损坏而影响港口作业效率的可能。
针对港机行走电机状态监测不及时、管理难的问题，建立了港机行走电机状态智能监测系统，实现了及时精准的报警，在故障发生时可立即排除，提高了电机维修与管理的及时性和准确性。系统的应用降低了设备管理难度和成本，提高了设备的安全性和港口作业效率。
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