基于5G的门机远程监管平台_张旭仁.pdf

0引言随着技术的不断进步和发展，门机的运行、维护和管理也在不断升级。镇江港务集团有限公司（以下简称“镇江港”）门机上带有计量系统、润滑系统、视频监控系统等：大部分门机采用 PLC+变频控制；部分门机本机带有 CMS 管理系统，但仅限于本机；部分门机配有远程功能，早期采用网桥、3G 或 Wi-Fi 传输1，后期升级为 4G，但由于带宽、遮挡或距离的影响，易发生数据传输卡顿、丢包等故障。2020 年底，镇江港完成 5G 码头全覆盖。5G 的低延时、高速率、超带宽为数据传输带来便利，为门机远程监管平台的建设提供技术支撑。近年来，镇江港积极推动企业由劳务密集型向技术和资本密集型转变，5G 网络+MEC 港区全覆盖，促进企业不断向数字化转型。镇江港共有39 台门机。由于各门机的采购时间不同，配置也多有不同，管理难度大，为保障高效运行，降低在线故障率，镇江港实行数字化监管势在必行。为此，基于 5G 的门机远程监控平台应运而生。门机主要包括起升、变幅、回转、行走等 4 大机构。镇江港过去仅仅靠人工对其实际状态和运行信息进行检查和判断，比较零散、片块化且劳动强度、管理难度大。通过远程监管平台的建设，能够实时了解门机的运行状态和故障信息，远程解决部分紧急的问题。基于 5G 的门机远程监管平台针对门机的具体状态和实际需求而设计，符合 起重机械安全监控管理系统（GB/T 282642017）2要求，可实时监控门机运行状态和操作行为，对设备可能出现的故障、非正常操作等进行报警，并全过程记录，保证门机的安全、稳定运行，减少安全事故发生，便于事故追溯，提高安全管理水平。1平台概述基于 5G 的门机远程监管平台利用数字通信技术，借助物联网传感设备对门机的重要结构和部件进行监测和控制，实现全面集中监控，从而满足生产、操作、维修、保养、管理等各方面需求。采用实时监视、故障报警、远程设备维护管理等技术，充分利用实时控制和过程自动化理论和现代通信技术、软件技术等，使该平台功能更加丰富，更加人性化。该平台基于微服务的大型分布式技术架构，采用 SpringCloud+Vue 前后端分离设计，能实现对码头门机重要运行状态和主要故障信息的远程监控，及时记录更新门机操作量和运行统计等数据，并提供详细、丰富的决策分析服务。基于 5G 传输，平台具有传输速度快、组网灵活、接口开放等特点，视频画面流畅、清晰，满足用户在扩基于 5G 的门机远程监管平台张旭仁，时玉林，高力，葛伟新，张雷鸣，肖湘（镇江港务集团有限公司，江苏镇江212132）摘要：为保障门座式起重机的高效运行，实时监测门机状态，降低在线故障率，利用5G 无线传输和 SpringCloud+Vue 前后端分离等技术设计基于 5G 的门机远程监管平台。平台通过对门机各种信息的实时采集、存储和 5G 数据传输，有效地实现了门机作业的远程监控，不仅提高门机作业效率，还降低现场管理人员劳动强度、设备维护费用等。关键词：港口；门机；5G 远程数据传输；微服务港口科技 智慧港口18展性、可靠性、互联性等方面的要求。1.1平台组成平台主要由 4 大机构运行情况（速度、温度、振动、电流等）的采集、PLC+变频器数据采集、门机计量称重系统、视频监控系统、智能润滑系统和远程传输等部分组成。1.2主要功能该平台通过各类传感器、摄像机、触摸屏计算机终端对门机的各类设备数据进行采集并处理，依托 5G 无线通信、物联网、移动互联网、PLC+变频器、信息化等技术将采集到的门机运行和报警状态信息传输到中心数据库，实现门机数据的集中监测和报警；将现有的门机计量称重系统、视频监控系统、智能润滑系统等接入平台。平台支持 B/S 网页端访问和移动端访问。管理人员能够通过平台远程查看、修改、下载或上传机上 PLC 程序。数据接口采用通用性接口，实现现有生产管理、设备设施管理、天网、门禁、水平运输等系统（平台）的互联互通。2平台功能模块2.1总体架构在门机侧增加 1 组采集装置控制箱，控制箱内安装数据采集和远传设备。通过与门机 PLC的连接，实现门机数据的读取。通过 5G 无线通信将数据传输至办公区域服务器。数据远程传输采用工业无风扇导轨式工控机，内置数据采集程序、远程传输程序和预留调度管理程序，能够采集门机的主控 PLC 信息并解析后传输至后台服务器数据库进行存储。整个平台采用微服务架构，实现模块化设计，方便接入其他大型设备，为后期的扩展预留接口。平台功能模块总体架构见图 1。图 1平台功能模块总体架构5G 基站5G 信号服务器数据库客户端门机端设备监测旋转电机监测起升减速箱监测变幅减速箱监测操作吨计量能耗计量门机计量5G CPE主路由器隔离路由器门机监管平台终端门机视频电气房摄像头机房摄像机象鼻梁摄像机门机润滑象鼻梁部位润滑变幅平台部位润滑起升机构部位润滑2.2门机设备监测系统在门机 4 大机构的减速箱、电机、滑轮组等运行情况（速度、温度、振动、电流等）监测方面，通过各类传感器、摄像机、触摸屏计算机终端对门机的港口科技 智慧港口19各类设备数据进行采集并处理，实现门机数据的集中监测和报警。将采集到的门机运行数据通过采集箱传输到门机监管平台终端进行临时存储。门机设备监测系统界面截图见图 2。图 2门机设备监测系统界面截图2.3门机计量系统在门机上安装前端设备及在后台安装服务器和称重管理软件，组成动态电子计量系统。该系统能自动从生产管理系统读取数据并传输到对应门机上。显示屏显示当前作业司机姓名、工号，作业船舶名称、货物名称、货物实重、净重，门机工作幅度、高度，当班累计作业量、当班作业次数、额定质量、抓斗编号、抓斗皮重、能耗，记录未发送数据条数、系统信息、系统报警信息、系统传感器信息、系统调试参数、系统时间、系统超载控制设定值等。司机在显示屏上输入工号，确认个人信息和对应作业票信息（工号、姓名、船名、货种、舱位、工艺等），根据不同的货种需要选择相应的抓斗等信息。门机计量系统界面截图见图 3。在每台门机上安装电能计量电表，采用RS-485 通信模式实现数据自动采集和传输。电表能计算某段时间内的电能消耗，如实反映门机司机的作业效率和门机电能消耗等情况。门机计量系统具有重要部件维护记录功能，可录入设备部件开始使用时间、更换时间，自动记录作业吨位、使用天数。例如，系统记录钢丝绳、抓斗、滑轮、电机使用情况和司机上下机时间、操作吨位，并将以上信息作为部件更换、大修的参考。2.4门机视频系统在门机象鼻梁头部、机器房内部、门架左右、电缆卷筒、人字架上部、变幅平台、司机室、电气房、高压室、二级平台等适当位置，根据需要安装不同类型的摄像机。在司机驾驶室安装用于本地存储的硬盘录像机和显示器。司机可以及时查看各摄像头视频。相关管理人员可通过远程实时查看门机司机驾驶室、机房、码头临水等区域的实时图像、历史回放图像和门机作业范围内的情况等。图 3门机计量系统界面截图首页门机动态定位查看振动监测监控查阅智能润滑子刷管理门机信息用户管理仿真系统角色管理门机管理菜单管理机构管理门机监测首页门机动态组态监控总览起升开闭变幅旋转大车 变频器驾驶平台955作业量（t）3.08作业工时（h）计量63抓斗次数（次）系统状态主接触器门机存在相序继电器起升支持旋转正常PLC 正常超载信号大风故障行走正常变幅正常主接触器门机存在相序继电器起升支持旋转正常PLC 正常超载信号大风故障行走正常变幅正常变幅电机过温报警行走电机过温报警旋转电机过温报警起升支持电机过温报警起升开闭电机过温报警支持超速开闭超速变幅超速门脚紧停司机室紧停电气房紧停103电量（kW h）310.06作业效率（t/h）支持机构状态：上升电压：92.00电流：159.40开闭机构状态：电压：0.00电流：变幅机构状态：电压：86.10电流：174.70旋转机构状态：右旋电压：0.00电流：0.00大车机构状态：电压：0.00电流：0.002021-8-2 11:25:06净重9.42当班累计0作业次数0实重额重幅度开闭支持舱位泊位抓斗皮重能耗姓名船名船号货名20.5725.0037.0011.209.361321-110.310姚耀财克洛伊170801001煤炭工艺船到码头亮度+-存储记录0系统信息系统正常打开菜单WAY位置3G 超载82作业开始工班完成港口科技 智慧港口202.5门机智能集润滑系统门机智能集润滑系统可实现 PLC 控制，能够精确设定每个润滑点的给油量和循环间隔时间，定时、定点、定量给油。同时，工作人员可远程实时在线监测润滑系统情况（例如加油指令、加油记录、故障报警等）。系统能够自动切除、跳过润滑故障点，保证其他点位的润滑工作，实现润滑智能化，减少人为干预。3平台特点3.1数据存储和传输数据远传设备具备本地存储功能，在网络断开时能够实现本地数据的临时存储，待网络恢复后断点续传至服务器端。3.2全方位的 Web 访问管理者可通过 Web 网页实时显示门机各机构的实时运行状态，包括各机构的运行、故障、联动台等信息。门机设备监测系统可显示各机构的运行情况，包括电机的转速、电流、温度、振动频率、减速器转速、输入输出轴的温度、振动频率等数据。管理者可通过 Web 网页进行实时报警操作。实时报警功能只检测传输过来的数据是否在参考范围内，与日报表无关。在传感源报警查询中，管理者可以查看历史报警记录并生成时间段报警报表。管理者可利用回放功能进行数据分析和过程查看，可选择任意时间段进行回放，通过调节回放速度下拉框来控制回放的速度。3.3PLC 远程访问技术人员能够利用平台的远程 PLC 控制功能查看、修改、下载或上传 PLC 程序。技术人员可通过 PLC 程序查看门机运行情况，及时发现门机出现故障的原因，并远程指导修理人员排除故障。PLC 部分程序梯型图见图 4。图 4PLC 部分程序梯型图3.4决策分析平台根据传输回来的数据文件自动分析各种工况，提取有效数据，并自动生成门机作业过程的日报表，分析各个门机的效能，再根据下达的作业任务单，自动判断此门机作业是否合理。根据海船（下转第 26 页）港口科技 智慧港口21管理，便于溯源和定位网络安全问题；按照等保合规要求，结合港口工控系统安全防护现状，完善工控系统安全防护措施和管理制度；根据 中华人民共和国数据安全法 中华人民共和国个人信息保护法 等法律法规，结合行业要求，完善数据安全防护体系，开展个人信息安全评估和管理。（2）增强安全统一管理。建设安全统一管理系统，全面掌控辽港集团核心网信资产及其变动情况，做到资不遗漏；持续加强代码安全建设和安全监测，新系统上线必须进行安全检测和代码安全审计，在用系统定期组织渗透测试；完善网络安全总体应急预案、专项应急预案，严格执行网络安全事件应急演练计划，扩展应急演练工作覆盖面，推动网络安全应急体系的持续优化。（3）保障安全稳定运行。加强统一运维管理，所有网络设备、安全设备、重要信息系统等的运维和管理权限统一接入堡垒机，实现信息安全多重验证机制全覆盖；继续扩大内外网数据流量监控范围，持续增加内外网边界安全隔离和防护，增强边界流量监控；完善威胁监测分析系统，对外部可持续性高威胁攻击进行实时监控和阻断，对内部重要应用系统进行全面的应用级安全扫描和加固。4结语在“建安同步”思路指引下，辽港集团遵循科学发展、依法管理和确保安全的方针，以完善制度规范、强化安全管理、提升防御能力和构建协同机制为重点，制定智慧港口网络安全保障体系框架，并在框架指引下，结合辽港集团实际业务，通过各项安全措施的逐步落实，构建全方位的网络安全保障体系，实现辽港集团整体网络安全目标。各舱口的作业情况，当出现重点舱（该舱口余留货物较多）时平台能够自动提醒生产调度部门，调度部门根据提示决定是否调整作业方案。3.5作业考评平台能获得每台门机、每个司机在各种工况下的作业数据，进而对每台门机进行作业考评。考评主要包括运行状态、作业效率、能耗、安全等 4个方面。4平台拓展基于平台可建立门机的故障诊断分析系统，实现门机故障诊断网络化和智能化，提高门机故障分析和排除能力，保障门机的高效运行。（1）实现远程在线