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起重電機(jī)之基于云邊端架構(gòu)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)

發(fā)布時(shí)間：2022-06-22 10:03:00 點(diǎn)擊：    

大型港口自動(dòng)化集裝箱碼頭，由眾多自動(dòng)化設(shè)備與智能系統(tǒng)構(gòu)成。最核心的主要是軌道吊、岸橋、自動(dòng)導(dǎo)航運(yùn)載車(chē)(Automated Guided Vehicle,AGV)。軌道吊又可以成為門(mén)式起重機(jī)，是港口重要的起重設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)集裝箱從裝運(yùn)車(chē)與集裝箱堆場(chǎng)之間的起重堆疊運(yùn)輸作業(yè)。岸邊集裝箱起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“岸橋”），又稱(chēng)為集裝箱岸邊起重機(jī)、橋吊，主要用于實(shí)現(xiàn)集裝箱碼頭對(duì)集裝箱船進(jìn)行裝卸作業(yè)的專(zhuān)業(yè)設(shè)備。自動(dòng)引導(dǎo)運(yùn)載車(chē)（AGV）不僅在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在碼頭作業(yè)區(qū)同樣變成高度自動(dòng)化和柔性化生產(chǎn)線的一部分。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的典型場(chǎng)景：岸橋在線監(jiān)測(cè)與故障診斷

作為自動(dòng)化碼頭最主要的作業(yè)機(jī)械之一，自動(dòng)化岸橋是融合了數(shù)字技術(shù)，控制技術(shù)，通訊技術(shù)的機(jī)、電、液一體化設(shè)備，其復(fù)雜程度高，工作環(huán)境惡劣，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中若不加以合理的維護(hù)和保養(yǎng)，一旦發(fā)生故障，影響作業(yè)效率和設(shè)備壽命。如果沒(méi)有提前備件，維修時(shí)間也不可控，維修難度也隨之增大。

當(dāng)前大多數(shù)碼頭企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的計(jì)劃維修保養(yǎng)方式，對(duì)起重電機(jī)起重機(jī)設(shè)備及部件進(jìn)行定期檢查和保養(yǎng)。通過(guò)這種方法只能短期了解和掌握岸橋機(jī)構(gòu)的健康狀態(tài)，具有一定的人為主觀性，缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)的科學(xué)性，不但容易造成人力和物力的浪費(fèi)，更是增加了檢修人員高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，碼頭企業(yè)迫切需要對(duì)岸橋設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與智能診斷，便于企業(yè)掌握設(shè)備健康狀態(tài)，最大限度降低非計(jì)劃停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，做到防患于未然，對(duì)預(yù)測(cè)性維保方案需求更加迫切。

這是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型的應(yīng)用場(chǎng)景，可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及響應(yīng)，可以提前預(yù)知故障，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)，合理安排檢修計(jì)劃；實(shí)現(xiàn)24小時(shí)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，減少現(xiàn)場(chǎng)人員工作量；實(shí)時(shí)了解設(shè)備狀態(tài)，減少非計(jì)劃停機(jī)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。由此實(shí)現(xiàn)高價(jià)值設(shè)備維護(hù)方式的升級(jí)：從巡檢式維護(hù)過(guò)渡到狀態(tài)性維護(hù)，然后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)（PHM）。

針對(duì)以上痛點(diǎn)難點(diǎn)，朋禾智能提供了基于邊緣計(jì)算及人工智能的分布式實(shí)時(shí)在線智能監(jiān)測(cè)及健康管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)離散分布的多臺(tái)起重電機(jī)起重機(jī)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理及實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，可及時(shí)感知設(shè)備關(guān)鍵部件的異常情況并通知設(shè)備管理人員。同時(shí)，該系統(tǒng)能通過(guò)云端數(shù)據(jù)分析，對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估及預(yù)測(cè)，協(xié)助設(shè)備管理人員更加精確地掌握設(shè)備的健康情況。

（1）岸橋設(shè)備感知：包括傳感器、PLC控制器及邊緣節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)關(guān)黑匣子等關(guān)鍵設(shè)備。邊緣節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集各類(lèi)外置傳感器信號(hào)，并完成數(shù)據(jù)預(yù)處理及特征提取。由于起重電機(jī)起重機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，首先需對(duì)起重機(jī)設(shè)備進(jìn)行關(guān)鍵機(jī)構(gòu)部件的解構(gòu)，定位監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)及其關(guān)鍵部件以及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)信號(hào)類(lèi)型。最終方案監(jiān)測(cè)的主要機(jī)構(gòu)對(duì)象包括起重機(jī)上的起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)牽引機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)以及大車(chē)機(jī)構(gòu)等。進(jìn)一步對(duì)這些關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽象提取，確定各機(jī)構(gòu)的核心組成部件，包括電機(jī)輸出軸、減速箱輸入、輸出軸以及軸承座等監(jiān)測(cè)部件。方案通過(guò)在上述關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)部件處安裝相應(yīng)的傳感器獲取監(jiān)測(cè)的物理量信號(hào)，包括振動(dòng)、溫度、轉(zhuǎn)速、噪聲、壓力等參量。網(wǎng)關(guān)黑匣子負(fù)責(zé)將邊緣節(jié)點(diǎn)及PLC控制器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚分析，并通過(guò)光纖/4G等方式上傳至本地服務(wù)器及云平臺(tái)。

（2）碼頭監(jiān)控中心：包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，包括關(guān)系型數(shù)據(jù)以及非關(guān)系型數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋：a.設(shè)備感知數(shù)據(jù)，如原始傳感器物理信號(hào)、特征值、故障數(shù)據(jù)等；b.起重機(jī)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)，如設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、起重機(jī)關(guān)鍵部件參數(shù)、維修數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。WEB 服務(wù)器則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)可視化，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)、智能診斷與預(yù)測(cè)、遠(yuǎn)程運(yùn)維等業(yè)務(wù)需要。

（3）云端業(yè)務(wù)應(yīng)用：主要包括岸橋起重電機(jī)起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 B/S 架構(gòu)，用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)和移動(dòng)端APP 即可登錄訪問(wèn)，功能包括起重機(jī)健康云評(píng)估，起重機(jī)遠(yuǎn)程技術(shù)支持等。同時(shí)該平臺(tái)還可提供附加增值服務(wù)選項(xiàng)，包括備品商城，智能診斷及預(yù)測(cè)模型優(yōu)化更新，以及遠(yuǎn)程運(yùn)維更新等。其中，起重機(jī)故障智能診斷與預(yù)測(cè)模塊為業(yè)務(wù)的核心功能模塊，主要包括了故障識(shí)別、故障預(yù)測(cè)以及壽命預(yù)估等智能分析模塊。主要針對(duì)重要的起重機(jī)部件，比如起重機(jī)各機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)及重要電氣部件等，可覆蓋的常見(jiàn)故障包括齒輪箱的齒輪磨損、偏心、斷齒等故障，軸承的滾子故障，內(nèi)外圈故障，電機(jī)的轉(zhuǎn)子故障，機(jī)械不平衡故障等。項(xiàng)目初期需要通過(guò)岸橋?qū)嶋H運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷的測(cè)試積累，建立樣本庫(kù)及診斷標(biāo)準(zhǔn)，以不斷優(yōu)化診斷模型。同時(shí)，在較長(zhǎng)時(shí)間歷史數(shù)據(jù)的分析基礎(chǔ)上，可基于信號(hào)特征提取，結(jié)合支持向量機(jī)、模糊邏輯、相似性匹配、灰色預(yù)測(cè)、深度學(xué)習(xí)等模型實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)。

實(shí)施效果

通過(guò)朋禾智能開(kāi)發(fā)的云端物聯(lián)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)知名港口岸橋設(shè)備進(jìn)行分布式的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)服務(wù)管理，最終達(dá)到了以下建設(shè)目標(biāo)：

• 1）全面感知岸橋設(shè)備的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)及核心部件的健康狀態(tài)，利用綜合信號(hào)分析手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)自動(dòng)化岸橋起重機(jī)設(shè)備的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷。

  
  

• 2）為企業(yè)碼頭監(jiān)控中心及遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)提供可視化的設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維、狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷預(yù)警、數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)等功能，極大地提升了企業(yè)相關(guān)運(yùn)維人員的工作效率，同時(shí)也方便企業(yè)數(shù)據(jù)分析工程師能夠隨時(shí)獲取設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)和特征進(jìn)行二次研究和應(yīng)用，達(dá)到了降本增效的目的。

  
  

除了港口高價(jià)值設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷，朋禾智能還幫助電力、能源、港口和交通等領(lǐng)域企業(yè)提供預(yù)測(cè)性維護(hù)和智能化運(yùn)維，為工業(yè)智能應(yīng)用提供開(kāi)放式、模塊化、高性能的平臺(tái)級(jí)軟硬一體化解決方案，從而實(shí)現(xiàn)降本提效，提高產(chǎn)品品質(zhì)和服務(wù)質(zhì)量。在服務(wù)工業(yè)企業(yè)的同時(shí)，還積極參與制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng) 預(yù)測(cè)性維護(hù)》與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《智能服務(wù) 預(yù)測(cè)性維護(hù) 通用要求》。