大型港口作业设备相关资料

摘要

本次设计的主要内容是研究一种能够实现港口机械金属结构的长期在线监测系统，采用东华测试公司的DH5937动态测试仪采集数据，使用VC对该测试系统进行二次开发，使之能够对采集的数据进行实时的示波。用电阻应变片作为传感器，贴在港口机械应力较大、相对容易出现结构损伤的地方，采用多通道同时采集。各通道采集到的数据拆分好以后，按通道传入到用VC编写的示波界面中，以达到软件示波的目的。本文依次介绍了该课题的现状分析、采取的研究方法和技术方案、监测系统硬件设计、监测系统软件设计。

关键词：在线监测，动态监测仪，港口机械，VC++。

第一章研究课题概述

1.1 和本课题有关的国内外研究现状分析

计算机实时状态监控能够大幅度地降低设备故障率，缩短故障检测与维修时间，增加正常运转时数，提高生产效率。因此，该技术问世以来，在全世界范围内得到了迅速发展，目前应用相当广泛。例如，群控电梯故障监测、机床状态监控、电机故障监测、大型电站性能检测分析及工业炉温升监控系统等。

国外从80年代以后，研究开发了一些高性能的状态监测系统，如美国B&N公司的7200系列，亚特兰大公司的M7000在线监测系统，IRD公司的T-C-PC周期巡检系统，丹麦B&K公司的3542机械状态监测系统等。它们的特点是硬件所占比例大，采集信息多，处理速度快，监测功能强，具有简单的故障诊断功能；但价格昂贵，且采用专用计算机系统及语言，新功能不易开发，对使用人员要求较高。

在开发高效快速的港口装卸机械状态监控系统方面，发达工业国家处于主导地位，较著名的有GE、ABB、SIEMENS 和施耐德公司等。这些公司应用先进的计算机控制技术、智能传感器技术、高速宽带通信技术等，不断推出新方案和新装置，使由他们自主或参与合作开发（或改造）的港口装卸机械的装卸效率和安全可靠度都有了极大的提高，整机向有机、完善、协调、适配方向发展。但也大都以巡检为主，真正能在港口相对恶劣的条件下长期稳定在线监测的系统还是相对缺乏。[1]

在最近十年内，国内一些科研单位及高等院校相继研制了多种状态监测和故障诊断系统，其特点是以微机为基础，以软件开发为中心，功能多、灵活性大、适用面广、价格低。目前存在的主要问题是：硬件功能较弱，以巡回监测为主，实时性较差；系统集成化程度和软件商品化程度较低；传感器、二次仪表、计算机系统及软件的可靠性较低，难以适应工业现场恶劣的工作环境。

由于港口工作环境较为特殊，国内在港口机械的在线状态监测方面还是相对空白。目前，在我国港口对机械结构应力的检测主要还是根据经验和推理由测试人员定期的进行对机械设备进行检测。检测的主要是采用动态应变仪、静态应变仪、磁带记录仪，例如，东华测试的动态应变仪DH5935、DH5937。还有一些虚拟仪器在港口的检测中被广泛使用，如LABVIEW等。

考虑到工作环境复杂，携带仪器不便，也有许多高校和研究所都致力于便携式监测仪的研究，既能进行数据的采集也能对数据一些简单的分析。这种一起集数据采集、存贮、精密分析和诊断于一体，具有体积小、重量轻、便于携带、分析功能强等特点，仅用一台仪器即可对港口设备进行数据采集和巡检，同时也能对重点设备进行短期的在线监测、精密诊断。但这种仪器由于数据存贮和处理方式限制无法对设备进行较长时间的在线监测。

港口集装箱装卸桥、门机、散货卸船机和装船机等重要装卸设备，都属大型机械设备，起升、运行、旋转、变幅等各工作机构～般都布置在离地几十米高的主机房里，装卸设备的上下楼梯又都很陡峭和狭窄，携带电荷放大器、磁带记录仪、示波器等振动测试仪器进行机电设备的监测比较困难。在需要多次测试的时候，就更使测试人员疲于奔命。另外，装卸桥、门机的各工作机构，尤其是起升、小车运行、旋转和变幅机构，其起动、制动以及工作中的变速运行极为频繁，平稳运行时间短促，给诊断分析带来困难。因为，因前在实际中被证明较为有效的振动信号分析与诊断理论的基础都假设振动信号为平稳信号。因此，要在这些装卸设备上测取平稳振动信号，须经反复多次的捕捉，这就需要在现场能观察到振动数据波形，以决定取舍，同时，还要测取对应的工作速度，测试分析工作比之其他机械要麻烦得多。由此可见，港口需要的振动测试分析仪器要求既轻便、易携带，又能当场观察波形以决定取舍，还能在现场作分析诊断。[2]

1.2 课题研究的目的

港口是交通运输及国际贸易往来的重要门户，也是水陆交通的枢纽和海河运输的中转站．随着世界贸易和国际分工的深入发展，港口在现代货物流通中的作用日益重要（据统计，1997 年世界海运量为 50 亿吨，已占世界贸易总量的 90%，而且亚洲所占份额增长最为显著），其发展水平已成为衡量一个国家社会发展水平的主要标志之一．采取相应措施对港口装卸机械的运行状态实行有效监测和控制，保证设备安全可靠，提高货物装卸效率，对缩短船舶滞港时间，加快港口货物流通，促进对外贸易和经济发展，都具有非常重要的意义。[3]

港口装卸机械一般分为靠电力驱动的固定起重机（固机）和靠柴油驱动的流动起重机（流机）两大类，它们是港口生产作业的主要工具，其运行状况直接影响港口的作业水平和经济效益。特别是固机中的门座式起重机门机，由于其造价高，事故损失大，维修周期长，因此如何监测其运行动态，及时预测可能发生的故障，或者是故障发生后能够快速准确地找出故障原因，是港口机务管理中特别引人注目的问题。

从机械设备自动监测的角度来说，一方面，门机属于慢速设备，一般一次操作需要数分钟，运行规律性不强；另一方面，由于门机作业环境比较差，采样信号干

拢严重，并且信号变化的规律性和周期性不强，没有现成的数学分析方法可以借鉴。在港口实际工作中，对于门机的运行情况，通常只能靠安装在没备上的一些简单仪表，由驾驶员负责监测。驾驶员在作业时往往容易忽视门机出现的某些不正常憎况，常常导致严重事故的发生。当故障发生后，维修工作又很大程度上依靠维修人员的经验，这直接影响了设备的维修进度和装卸作业的顺利进行。[4]

现阶段我国各主要港口大多数的门座起重机都处于超期服役状态，工况也比较恶劣，我国目前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也较落后，导致整机可靠性差、安全隐患多、停机待修时间长，严重影响了装卸效率和整机工作潜力的发挥．因此，为保证起重机的安全可靠运行，对其进行状态监显得尤为重要和紧迫．特别是金属结构的疲劳载荷时间历程对起重机整机质量的影响很大，相关数据的有效采集和分析，更是设备管理人员进行维修决策和估算剩余寿命所必不可少的重要科学依据。

到目前为止，我们对港口机械的监测都是通过实验人员定期带仪器设备到工作环境复杂的大型机械上进行检测，测试人员的工作危险而且繁琐，并且得到的数据只是我们所选取的时间点的状况，并不能完全说明整台机械设备长期以来的工作状态。而且无法长期监测机械应力结构，在结构可能处于危险工作状态的第一时间提醒工作人员进行维护。

因此，一种能长期稳定实时在线监测港口机械状态的测试系统对于港口来说，是极其需要的。它无须频繁让测试人员到港口机械上进行检测，能随时提供机械结构一段时期以来的工作状态。检测人员只需在控制室的工控机上便可得到机械结构工作状态的详细数据，从而使的工作人员随时能掌握机械结构的工作状态，有利于从根本上改变我国现行的“事后维修”和“定期维修”体制，并逐步走向“视性维修”或“状态维修”体制