岸边集装箱起重机安全监控管理系统开发及应用
发布日期：2016-03-10 来源：
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作为专业的码头运营企业，上海沪东集装箱码头有限公司（以下简称上海沪东集装箱码头）始终坚持“以人为本、安全发展”的原则和“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，积极应用现代物联网信息管理技术来加强设备管理，以提高大型起重机械的安全性能，保障从业人员和公众的生命安全。上海沪东集装箱码头研究开发的岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）安全监控管理系统，结合码头安保门禁管理系统、岸桥管理系统和机械状态监控管理系统以及数字式风速仪等提供的信号数据实现对岸桥的安全监管。
一、岸桥安全监控管理系统功能
岸桥安全监控管理系统通过专用的数据采集设备，对岸桥关键机构的视频和音频数据以及来自岸桥控制器的关键运行数据进行采集和处理，以实现对岸桥运行安全的监控和管理。该系统可以在不间断电源供电的情况下监测运行3h以上，其各个功能模块之间通过内部通信接口传输数据，系统功能通过友好的客户端软件界面来展现。
1、视频监控模块
（1）视频监控
通过高清摄像机采集关键部位的实时图像数据并进行编码，利用专业视频软件处理图像码流数据，保证图像信息稳定流畅。视频软件处理图像码流的功能作为客户端软件功能的一部分，与整个监管系统的管理客户端功能相容。
（2）语音检测
主要通过拾音器采集、录制司机室等现场的语音信息，通过客户端软件对语音信息进行回放，并使之与当时的视频图像信息匹配。
2、检测模块
GPS检测模块主要检测设备的位置和运动速度等信息，其检测过程如下：通过快速以太网将检测到的数据信息传输到工控机；工控机装有OPC服务器程序，利用GPS驱动程序对GPS数据信息进行处理；处理后的数据与其他数据统一存储，供客户端显示、分析及回显使用。
3、风速检测模块
数字风速仪通过485控制线将检测到的风速、风向等数据信息传输到工控机，由专门的数字风速仪驱动程序对风速、风向等数据信息进行处理，供客户端综合分析使用。
4、机械状态监控管理系统分析模块
机械状态监控管理系统分析模块以历史正常工作状态为健康评估基态，在小概率冲击条件下以基态为相对标准，采用动态跟踪法进行实时工作状态评价。岸桥安全监控管理系统利用岸桥上安装的机械状态监控管理系统，采用专用的数据通信驱动器，通过以太网通信并采集部分机械安全数据（如关键机构电机和减速箱的振动烈度、应力冲击系数和温度变化等），实现对重要机械数据的实时监测，并按需提供岸桥机械安全分析报告，评估设备的实时健康状态。
5、安保监控模块
在岸桥登机口处安装安保门禁系统，通过员工磁卡数据采集设备和专用数据读取驱动程序，实现对岸桥操作人员的信息管理。门禁系统作为岸桥安全监控管理系统的独立子系统，为用户提供一定时间内操作人员信息查询，方便分析故障或事故原因，有利于改进安全管理制度。
6、数据监视记录模块
通过安装专用的数据分析监视器，对岸桥关键运行数据进行严密监视，最快采样周期达到20ms；通过设置相关触发点，通知并记录发生故障时岸桥所有外围点、驱动器模拟量点及司机室操作台输入输出点；采用岸桥关键运行数据回看界面，重点分析故障发生前后各个数据的临界状态，查找故障原因。
7、历史数据存储模块
利用历史数据存储模块存储OPC服务器采集的数据。这些数据包括GPS位置信息、风速和风向信息、司机室烟感探头输出报警信息、机械状态监控管理系统提供的实时机械安全数据以及可编程逻辑控制器提供的岸桥关键运行数据等。历史数据的存储时间默认为12个月。
8、实时监视及回放模块
通过在岸桥的机器房、梯形架、司机室、俯仰操作室和电气房内加装高清摄像机，将关键机构的运行监控视频记录下来并保存到岸桥安全监管黑匣子中；此外，通过安装在司机室的音频装置，记录对讲机通话信息，所有数据通过光缆或无线方式传送到工控机储存，历史记录至少保存3d。利用专用数据采集和监视控制系统软件开发专用的起重机安全监管黑匣子（即实时监视及综合信息回放系统），其实时监视画面包括大车位置及速度监视画面、司机室监控画面、机械安全监测画面、各机构监视画面、风速和风向监视画面、关键数据查看界面(数据来自数据分析监视记录)、视频和音频实时监视画面以及特定气候条件下监视记录画面等。
9、安全分析报告
安全分析报告主要包括机械状态监控管理系统健康数据分析报表、灾害性天气后机械安全分析报告、重大故障分析报告等。机械状态监控管理系统健康数据分析报表的数据主要由机械状态监控管理系统自动生成，数据报表可以定期或按需生成。灾害性天气后机械安全分析报告有效结合机械状态监控管理系统的机械数据（如岸桥大梁、拉杆、梯形架上端梁等区域的应力和振动数据等），辅以风速、风向数据及手动输入的部分数据（如机构马达绝缘数据等），为灾害性天气后设备迅速恢复生产提供技术依据。重大故障分析报告指利用数据分析监视系统记录的岸桥关键机构运行数据，通过固定的报表格式模板，使相关故障名称、发生时间、故障前后关键数据趋势图表以及手动输入的故障分析及故障处理形成固定格式的故障分析报告。
二、岸桥安全监控管理系统构建
1、硬件架构
岸桥安全监控管理系统的硬件架构主要包括：硬件终端、数据采集、网络通信、管理端等。
（1）硬件终端
硬件终端包括：数字风速仪、GPS设备、门禁设备、监控摄像机、烟感探头以及其他主要电气设备传感器和限位器等。
（2）数据采集
通过工控机采集数字风速仪、GPS设备、门禁设备等信息数据；通过可编程逻辑控制器采集烟感探头信息数据；通过拾音器采集语音信息数据；通过数字视频录像机采集监控摄像机图像信息数据；通过可编程逻辑控制器及数据分析监视专用设备采集电气设备传输器和限位器等信号参数信息；通过机械状态监控管理系统工控机采集岸桥关键机构机械安全数据。
（3）网络通信采用快速以太网传输数据，并通过485接口控制线控制信号。
（4）管理端管理端硬件系统主要指岸桥安全监管设备。
（5）供电方式为保证岸桥安全监控管理系统网络的安全性、稳定性和可靠性，采用不间断电源供电方式，保证设备在断电情况下持续供电，以确保所采集数据信息的完整性，为事后分析提供全面、准确的数据。
2、软件架构
（1）司机室黑匣子
司机室黑匣子主要记录、处理和存储岸桥的视频、音频信号，采用稳定性和可靠性较高的Windows CE操作系统，并部署记录信息的专用服务器程序，提供对外发布数据的专用数据通信接口。
（2）安全监控管理工控机
安全监控管理工控机布置在电气房，采用Windows XPe操作系统，部署OPC服务器、数据采集和监视控制程序以及岸桥机械安全监管系统。
（3）远程安全监管服务器
远程安全监管服务器布置在码头集控室内，采用标准版Windows Server 2008 操作系统，部署OPC服务器软件、关系数据库管理系统、数据采集和监视控制系统以及岸桥远程安全监管系统等程序。
（4）远程安全监管工作站
远程安全监管工作站布置在码头集控室内，采用Windows 7操作系统，部署程序包括数据采集和监视控制软件以及岸桥远程安全监管系统等。
三、岸桥安全监控管理系统的应用效果
通过开发和应用岸桥安全监控管理系统，上海沪东集装箱码头岸桥运行的安全性提升，岸桥故障和事故发生率降低。岸桥安全监控管理系统运用监视、控制、管理等手段，实现操作安全控制、危险临界报警、现场实时显示和数据记录保存等功能，并通过网络远程传输、监控、管理和服务以及数据、视频和音频的查询、统计和分析功能，逐步建立基于物联网技术的起重机械安全监控管理的局域监控平台和远程监控平台。此外，该系统通过网络实现岸桥管理系统与岸桥机械状态监控管理系统互联，形成以资源共享和信息交换、共享、处理为核心的有机整体。该系统全面涵盖岸桥安全管理的主体，实现对设备安全的多元化管理，形成完备的安全管理档案，能够对设备健康状况进行定性、定量的评价和分析，实现安全管理信息化、系统化和规范化，从而推动岸桥设备安全管理迈上新台阶。
作者：郑纲 丁健凯 上海沪东集装箱码头有限公司
