基于3G网络的门座起重机作业监控系统

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

随着港口的蓬勃发展，港 口起重设备朝着大型化、高速化、连续化和自动化方向发展，设备的组成与结构也变得越来越复杂。四连杆组合臂架式门座起重机是我国港 口使用最多的装卸机械。

门座起重机 (以下简称门机)给港 口、码头生产带来灵活高效、方便、快捷 的同时，其作业管理仍存在很多需要改进的地方。1) 目前国内大部分港口对门机安全监控，有基于单片机开发的系统，由于早期系统所使用的芯片性能不高，采集的数据不够准确，只能保存近期数据，没有相应的信息管理系统，无法记录超载等司机违规操作；2)对作业人员的绩效考核方式不合理，采用平均主义计量，司机的工作积极性不高，严重阻碍港口起重机作业效率的提高；3)大多数门机处于超期服役状态，工况也比较恶劣，港口仍然主要沿用传统的 定期保养，事后维修”制度，故障检测与修复的设备和手段落后，导致整机可靠性差、安全隐患多。

因此，建立门机作业远程监控管理- 58- 系统显得尤为重要和紧迫。

针对这种情况，在分析港 口门机监控管理系统的实际需求的基础上，利用嵌入式 Linux技术、传感技术、CDMA2000无线传输技术和计算机技术5 等提出了基于 3G网络的门机作业监控管理系统的设计方案，为建设港口门机作业监控管理系统提供-种有益的思路。

1 系统总体框架基于 3G网络的门机作业监控管理系统主要由3大子系统 剐构成：数据采集子系统、数据传输子系统、管理中心子系统。系统空间结构设计如图 1所示。

9数据库翻服务器监控中 L数据采集层 数据传输层 管理中心层图 1 门机监控系统总体框架图《起重运输机械》 2013(6)--- 1)数据采集子系统位于门机监控管理系统的最底层，通过安装在门机上的各类传感元件实时监控其运行过程中起重力矩、起重量、变幅幅度、回转角度、起升高度、风速等参数，传感器采集到的原始数据在主机箱的控制板上进行存储，并显示在安装在司机室的触摸屏显示器上。

2)数据传输子系统通过串口将采集到的数据传送到无线数据传输拈，然后将数据通过3G电信通信网络发送到电信公网基站，进而根据监控后端所在网络的路由传送到监控后端的服务器上。

3)管理中心子系统，监控和管理人员可以实时监控门机工作状态，根据不同条件进行历史数据的查询、设备维护、员工绩效考核等。不仅能有效地预防门机事故的发生，还能通过对历史数据的分析研究提高工作效率。

2 系统硬件设计2.1 数据采集子系统硬件实现数据采集层硬件设备主要包括各类传感器(质量传感器、水平回转传感器、压力传感器、角度传感器、高度传感器)、门机运行数据记录装置、信号变送器、总电量采集器、电量信号采集单元。用于实时获取门机工作状态和预处理，并将得到的数据记录存储，同时显示在司机室的显示器上，包括起重量 (毛重和额定起重量)、工作幅度、起重力矩、回转角度、起升高度、电器柜内温度、能耗信息及各类故障报警信息等。通过传感器采集到的均为模拟信号，再经过控制板的模数转换拈转换成数字信号，并送至显示器中供司机监控门机工作状况。系统硬件结构如图2所示。

门机远程监控系统硬件平台以ARM3517中央处理器为中心，通过各类传感器采集相应的物理量，传感器采集到的数据经由采集信号调理 电路进行处理后，传送到 A/D采集拈，数据从采集拈进入 ARM中央处理单元，产生相应的电机控制信号，同时将门机作业数据显示在司机室的触摸屏显示器上，触摸屏采用 1O.4 液晶触摸式显示器。触摸屏软件系统采用 QT图形开发库，建立人性化的人机交互界面，可以实现门机实时信息的监视、作业工艺的选择、门机相关参数的设置及相关报警信息提示 (传感器故障、网络故障、是否超载等)。

《起重运输机械》 2013(6)各类传感器重量传感器、高度传感器、压力传感器、角度传感器、等数据采集- . 1LCD、I/O指示 面 I灯、 蜂西霎鐾Linux]l 量 IHc盏 u 器IARM中央处理器PLC输出门机各部分电机图 2 门机作业监控系统硬件结构图2.2 3G数据传输子系统数据传输子系统负责数据信息由采集子系统到管理中心子系统的传输，通过 3G网络，将终端设备采集到的信息传输到Intemet并导入系统数据库中。管理中心服务器利用港 口原本拥有的固定IP接人 Internet的方式。门机上的各个监控点通过3G无线数据传输终端设备 (CDMA DTU)直接向管理中心发送连接请求，实现终端与服务器之间的相互通信。系统采用 CDMA2000标准的3G通信网络作为门机作业监控管理系统的无线通信方式。

电信 3G光纤铺设到码头，保证数据通畅，即使3G网络有干扰，码头数据不会丢失，保证数据可靠性。选用中国电信的 CDMA2000IXEV-DO 3G无线上网卡，峰值速度 3.1 M，可满足本系统的数据传输要求，并且成本低廉。

3 系统软件实现系统上位机软件包括数据收发软件和管理中心软件，实现数据采集系统与监控管理系统的分离。门机终端按照-定的工作模式向服务器传送监测数据，数据收发软件对数据进行接收处理后将数据存人数据库。管理中心软件在主界面显示门机的工作状态，还可对其进行查询，报表导出。

上层远程监控管理系统的应用程序可以直接使用数据而不必关心数据的采集接收，从而更专注于监控管理及信息处理。采用这种模式不仅可以对门机数据进行更为有效地管理，同时可以确保门机数据的安全性，保证各层次子系统拈的独立- 59 - 熏性。上位机软件设计的整体思路如图3所示。

l匝 圈ll匝囹 l匝豳 I下位机l 堡些型 J图 3 门机监控系统软件设计结构图在监控管理中心，分别设置了数据库服务器和Web服务器。在 Web服务器中建立门机作业远程监控中心网站，通过数据绑定的方式调用数据库中的门机数据。当 Web服务器接收到用户请求时，再将数据发送到用户浏览器中。管理中心子系统采用 B/S结构，客户端无需安装特定的软件，只需浏览器即可实现门机作业的远程监控管理，对于系统程序的维护，主要集中于服务器端，更适合于 Internet环境中应用，使得管理不受时间和空间的限制。同时远程维护用户只需根据登陆权限进入系统作相应的维护，以及后台软件的更新与升级管理。

3.1 数据收发软件实现由于3G网络的工作方式是以 IP地址寻址为基础的，所以上位机作为网络的服务器端，应指定固定的IP和端口号，下位机 CDMA DTU拨号登录互联网，会获得-个动态 IP。在 CDMA DTU具备 IP后，主动向上位机请求建立连接，上位机启动监听功能后会侦听到此请求，并会建立-条Socket连接。这样，门机远程终端与上位机之间就可以传输数据了。

数据收发软件是运行在数据库服务器上，基于TCP/IP的Socket通信，并在Visual C6.0环境下开发的。主要负责数据收发，并对系统数据库进行实时更新。上位机利用 Winsock控件收发数据流程如图4所示。

监听端口数据到达解析数据保存到数据库删除缓冲区数据I--I ----- g Ir建立连接-- -4 数据收发软件处理流程 图3.2 管理中心软件设计3.2.1 门机作业流程分析通过对张家港矿石码头及煤炭码头进行多次调研与沟通，掌握了码头 El常生产的基本业务流程，也就是门机作业的工艺流程。主要包括确定重载船的涂泊位、卸船、货物堆存管理、装船等。门机作业工况主要有卸船作业、装船作业、船 (驳船)-船 (驳船)作业，见表 1。

表 1 门机作业工艺流程表作业T况 作业工况描述 判定作业有效条件 判定方法卸船-码头 吊钩/抓斗/吊架从船舱 中抓取物料到码 吊钩/抓斗/吊架起升到地面 4 ITI水平高度， 高度传感器作业 头地面 回转位置在地面约30。以上 回转传感器码头-船 从码头地面抓取物料到船驳仓内，吊钩/ 吊钩/抓斗/吊架在码头平面高度 4 I1以上， 高度传感器作业 抓斗/吊架起升高度与船、驳高度有关。 回转位置在码头平面以外 回转传感器船 (驳)- 从-条船抓取物料到另-条船，很小 的角度内回转，吊钩/抓斗/吊架起升高度与 吊钩/抓斗/吊架在码头平面高度4 m以 高度传感器 船(驳)作业船、驳高度有关。

- 60- 《起重运输机械》 2013(6)蠢3.2.2 管理中心网站功能拈基于3G无线网络的门机管理中心系统在实现数据 自动采集、存储的同时，要满足管理人员对门机远程监控的功能需求。根据需求分析，系统功能拈分为实时监视、作业数据查询、统计报表、重要部件维护、系统信息维护及流量信息。

门机远程监控管理系统作 骛据l l 蒌l l重 查询 报表图5 管理中心网站功能拈实时监视拈是满足管理人员对门机作业状态的实时监视。包括在港船、舱 口动态作业进度、实时显示各台门机作业总量及作业参数、各台门机作业明细包括作业信息、网络信息、门机状态。

作业数据查询拈、统计报表拈可以根据管理人员需要方便的查看各种作业信息以及生成统计报表，进而打英导出 EXCEL报表。查询功能包括综合查询 以及按照 日期、货种、船名、门机号、司机、班组、超载区间等进行查询，并可以查看作业的详细记录。统计报表主要包括作业量统计报表、超负荷统计报表、能耗统计报表。

重要部件维护拈可为管理人员提供门机的设备部件使用状态，何时开始使用的，系统可以设置设备的报警上限值，当达到该值时，在部件报警列表中会显示报警信息。

3.2.3 管理中心软件详细设计整个系统采用 Microsoft Visual Studio 2008集成开发环境，网站开发技术为 ASP.NET，后台数据库采用 SQL Server 2005，Web服务器采用 Internet信息服务管理器 (IIS5.0)，使用 C语言进行代码编写。

港口管理中 t7系统为用户访问提供了统-的《起重运输机械》 2013(6)登录界面，登录界面是系统和用户交互的基本人口，在用户输入正确的用户名和密码才能顺利登录系统。

1)数据访问系统网站通过 ADO.NET访问服务器数据。分为 2个步骤，首先需要将 Web服务器与 Portal-Crane数据库建立连接，然后实现与数据库交互，并且在使用完毕之后应该关闭和释放连接。系统采用 SQL Server数据库管理 系统，因此，采 用ADO.NET3.5数据提供程序中的 SQL Server数据提供 程 序，位 于 System.Data.SqlCli，ent命 名 空间中。

2)网站开发网站开发采用母版页设计技术，在具体实现门机远程监控管理系统的功能之前需要为该系统设计-个框架 ，该框架包括界面页头和页脚以及导航设计，即母版页。该系统的母版页由4部分组成 ：页头、页脚、导航界面实现和门机管理内容页，其中前 3部分是网站中页面的公共部分。

全船作业进度拈其界面显示当前在港船舶的作业装卸进度情况，将装卸质量的完成情况转化成百分 比，并用条形图的形式呈现。主要显示信息为船名、配载货种名称、船舶总配载量、作业门机编号，以及装卸 的开工时间及装卸 的作、 量4 结论该系统针对 门机作业管理中存在的问题，设计了-种基于 3G网络的门机作业实时监控管理系统，既能为门机的作业管理提供-种更为合理的通信模式，管理人员对门机作业能够实现远程监控和在线发布信息。同时，它使以前的平均主义考核转变成精确的个人绩效考核，以公平、效率为基础，达到企业和个人双赢的状态。此外，港口设备管理从以前的人工定期维护，提升到系统自动提醒，系统根据时间、设备运行、载荷等多种因素，做出科学的维修保养安排。该系统已经在张家港门座起噍机上投入使用，不仅提高了门机作业管理水平，还有效地降低了现赤管人员、设备维护等-系列费用，为门机作业远程监控管理、港口信息化提供了良好的技术基矗- 61- L[褪能T起重机起升机构轻量化的研究贾旺兴 房师平山起重型机械股份公司技术中心 青州 262515摘 要：通用桥式起重机的技术发展趋势是向轻量化、节能降耗方向发展，通过对起重机起升机构的分析研究，阐述了起升机构轻量化设计的技术途径和措施，为通用桥式起重机轻量化系列提供有益的借鉴。

关键词：起重机；轻量化；起升机构；设计中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号 ：1001-0785(2013)06-0062-04Abstract：The technical development of general purpose overhead cranes is leading to the lightweight and energy-say-ing consumption-reduction direction.Through analysis and research on the hoisting mechanism of cranes，the paper presentsthe technical approach an d measures for lightweight design of the hoisting mechanism，providing beneficial reference forlightweight series of general purpose cranes。

Keywords：crane；lightweight；hoisting mechanism；design起重装备轻量化是当前起重机行业的发展趋势，也是节能环保战略的具体实施。轻量化设计应满足4个基本条件，即不能减低产品功能指标、不能降低产品安全标准、不能增加过多制造成本及不能负担过重使用成本。在轻量化设计过程中，要同时关注零件 自重和产品系统参数、构件的关联零件设计等方面，而在轻量化技术系统工程中，我国起重机轻量化的研究大多集中在对其主梁、小车架金属结构上的优化，而对起升载荷的起升机构的轻量化研究也是整个轻量化工程的核心，开发和优化轻量化的起升机构，开展起重机的节能设计和研究对促进绿色低碳经济的发展具有重要意义。

1 起升机构的布置传统起升机构的布置形式是卷筒通过卷筒联轴器或齿轮盘接手与减速器低速轴相连，电动机通过联轴器与减速器的高速轴相连，卷筒轴承座、电机及减速器均固定在小车架上。这种结构的小车架梁系统复杂，刚性过大，而小车架采用整体板梁结构，结构笨重，导致小车机构外形尺寸和重量均过大。

起重机小车轻量化设计是在优化小车零部件(如采用焊接卷筒、硬齿面减速器等部件)的基础上，优化起升机构的布置形式，进而优化小车架的结构形式，可减轻小车架的自重。