CN105467951A - 桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统及方法，其中方法包括以下步骤：采集主小车的位置信号、重量信号、主令控制器的动作信号、以及获取卸船机的有功电度信号；根据采集的信号以及预先设定的参数判断卸船机是否完成了一次完整有效的作业流程，并实时记录各个卸船机的有效作业次数、无效作业次数和每次作业的时间，并将记录的数据实时传输到远程监控中心；远程监控中心根据接收的数据实时判断并记录司机每次作业的完整性和有效性，对司机的绩效进行考核。本发明实现了操作司机作业量的自动统计，可远程在线监测卸船机的整个作业过程，并且作业司机不能随意更改作业记录，为司机的绩效考核提供了科学准确的数据。

Description

桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统及方法

技术领域

本发明涉及港口卸船机作业领域，尤其涉及一种桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统及方法。

背景技术

卸船机由于自动化程度高、生产效率高，是散货码头最常用的装卸机械之一。目前卸船机普遍采用现场总线模式下的PLC电气控制系统，完成散货码头设备运行实时状态监控和设备在线编程功能，如机械设备无线视频监控，机械设备运行状态监测，机械设备故障信息报警，机械设备故障诊断，机械电气控制部分远程故障排除，机械历史故障信息查询及统计，机械故障处理记录及统计查询等，不包含机械设备司机作业操作数据的实时记录和作业过程的电能消耗记录和监视。现代港口的生产作业自动化水平在逐步提高，用户的需求由原来简单的自动化控制，进一步提升到包含员工作业考核、作业过程和设备状态远程在线监控等全方位的自动化调度、监控和管理。而只有完整、实时地监视以及记录港口机械的作业操作数据，才能为以上功能需求提供准确的考核依据，提升管理水平。

另外，目前港口卸船机的称重误差很大，与水尺相比，误差超过30%，因此无法对卸船机司机的作业量进行准确计量。现行的散货码头卸船机司机工资分配方式实际上采取的是作业票平均分配方式，即由调度室开出每工班每条船的作业票，包括了作业票号、船名、货类、作业吨数、作业工号、参与机械等信息。每月结算司机工资时，每个司机获得其参与作业的作业票中的平均作业吨数，其公式如下：

上述分配方式是一种平均主义，只与参与作业的操作司机数有关，与司机的工作态度和完成量没有关系，不利于调动司机工作积极性，影响生产效率。同时每个月的作业情况采用人工计算方式，且历史数据无证可查，管理水平低下。

因此研制一套实时计量卸船机司机作业量，记录、存储操作司机作业数据，电能消耗，并根据安全生产规程规范司机作业程序、实现绩效考核功能的港口机械设备作业在线监测系统，建立一套根据作业数据实现绩效考核的方法成为非常迫切的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过记录桥式抓斗卸船机作业操作数据，远程在线监测卸船机的作业过程，计量司机作业量和电能消耗量，规范司机操作，实现操作司机计件工资考核的卸船机作业在线监测系统和绩效考核方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明产生的有益效果是：本发明的桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统及方法能实时采集每次作业起吊时间和完成时间，对于不顾安全因素提高的操作速度进行限制，提高了安全性；本发明采用完整的屏蔽和抗震措施，装置的可靠性和稳定性高。本发明采用智能电量隔离变送器，使该装置同时具备电能消耗记录功能，便于进行能耗指标的核定和考核。

进一步地，采用卸船机上已有的重量传感器信息，避免了司机抓斗重量过大，保证了钢丝绳的安全使用。本发明涉及到的硬件设备安装简单、方便，利用卸船机原有电控系统、光电传感器和重量传感器，该装置只需要很少的接线就可以完成本系统的安装、调试。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统的结构示意图；

图2是本发明实施例桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统，该系统包括传感器及信号采集模块、作业操作记录模块、数据无线传输模块和远程监控中心，其中：

传感器及信号采集模块包括传感模块和信号采集模块，其中传感模块包括光电传感器、重量传感器和智能电量隔离变送器；智能电量隔离变送器，与卸船机上的电流互感器连接；主令控制器通过远程IO接入到PLC电气控制室；信号采集模块与传感模块、PLC电气控制室连接，通过传感模块采集主小车的位置信号和重量信号，并实时采集司机操作用的主令控制器的动作信号，还从智能电量隔离变送器获取有功电度信号；

作业操作记录模块，接收信号采集模块传输的作业数据，通过接收的数据获得司机操作的有效作业斗数、无效作业斗数以及报警作业斗数，并实时显示作业信息；

数据无线传输模块，接收作业操作记录模块传输的作业数据，同时将数据通过无线的方式发送给远程监控中心；

远程监控中心，根据接收的数据实时判断并记录司机每次作业的完整性和有效性，对司机的绩效进行考核。

本发明实施例中，如图1所示，传感器及信号采集模块包括光电位置传感器、重量传感器、电流互感器、智能电量隔离变送器、司机操作的主令控制器的开关量信号采集电路，RS485串口通信接口电路，光耦隔离电路、信号调理电路以及单片机控制电路。信号采集模块可安装在卸船机的PLC电气控制室，通过采集光电传感器信号、重量传感器信号，以及司机操作的主令控制器的开关量信号，获得卸船机抓斗的开斗、闭斗，上升、下降，主小车位置变化，主小车重量变化，单次来回抓斗的作业时间等关键信息，并将数据通过RS485串口发送给作业操作记录模块。

用于检测主小车海侧/陆侧水平运动位置的检测传感器可直接使用卸船机上已经安装的光电传感器，当主小车经过光电传感器时能感应产生位置信号，该信号作为数字量信号接入到PLC电气控制室，信号以三通的形式接出两路，一路接入PLC的DI模块，一路接入信号采集模块。使得信号采集模块能实时检测主小车海侧/陆侧水平运动位置变化，同时不影响PLC的DI模块正常工作。

重量传感器也可直接使用卸船机上已经安装的重量传感器，当检测到主小车的位置信号后启动采集重量传感器命令，获取当前主小车的重量信号，该重量信号作为模拟量信号接入PLC的电气控制室，信号先接入信号采集模块，然后由信号采集模块接入到PLC的AI模块。使得信号采集模块能及时获取重量信号的变化，同时不影响PLC的AI模块正常工作。

主令控制器的动作信号作为PLC的远程IO接入到PLC的电气控制室，每一种动作信号以三通的形式接出两路，一路接入PLC的DI模块，一路接入信号采集模块。使得信号采集模块能实时采集主令控制器的动作信号，同时不影响PLC的DI模块正常工作。

智能电量隔离变送器采用三相四线制，它通过和装在卸船机三相母线输入电缆上的电流互感器配合完成能耗检测，其中：电流互感器将卸船机三相母线输入电缆的电流进行转换后送入智能电量隔离变送器，从电压表的输入端并接出电缆接入到智能电量隔离变送器的电压输入端。信号采集模块通过RS485串口能成功的从智能电量隔离变送器获取有功电度，从而检测能耗。

信号采集模块中：可用TQFP-144封装的STM32F103ZET6单片机作为单片机主控制器芯片；重量传感器输出的电流信号只有几毫安到几十毫安，因此需要先将电流信号转换成电压信号，先采用精密采样电阻将电流信号转换成电压信号，然后通过OPA365构成的电压跟随器隔离、缓冲后将转换得到的电压信号隔离后送入STM32F103ZET6的A/D采样通道；光电传感器和主令控制器的信号是5V的开关量信号，当光电传感器未检测到主小车时输出5V高电压，检测到主小车时输出跳变为0V低电压。主令控制器信号包括上升、下降、开斗和闭斗，主令控制器的其中一路信号接通时，继电器的直流端输出5V高电压，否则保持0V低电压。使用TLP281光耦隔离芯片隔离这些开关量信号，光耦隔离芯片的输出接到单片机主控制器，作为控制芯片的开关量信号输入。

RS485通信接口采用供电电压为3.3V的低功耗半双工收发器SP3485E，其1脚为接收器输出，接STM32F103ZET6的101脚的USART的TX端；4脚为驱动器输入，接STM32F103ZET6的102脚的USART的RX端；2脚和3脚分别为接收器输出使能和驱动器输出使能，与STM32的104脚相连，用来控制芯片是接收数据还是发送数据；8脚接3.3V电源；5脚接地；6脚和7脚分别为数据输入、输出管脚。

作业操作记录模块包括：

单片机控制电路、看门狗电路、存储器、实时时钟电路、液晶触摸屏显示电路、RS485通信接口电路等。其中：用TQFP-144封装的STM32F103ZET6单片机作为主控制器芯片，使用MAX706S作为看门狗芯片，将看门狗芯片的WDI引脚与STM32F103ZET6单片机的P1.3脚相连，RESET引脚与STM32F103ZET6单片机的/RST引脚连接，并在程序中定时对P1.3引脚的输入电平取反，当取反的时间间隔大于阈值时，MAX706S的RESET引脚将输出低电平使单片机复位。

本发明还扩展了基于总线的AT24C256获得256K的数据存储空间。单片机通过总线上的设备绝对地址来访问AT24C256。AT24C256的1、2号引脚为设备地址设置输入引脚，将AT24C256的1、2号引脚同时接地；5、6号脚分别接STM32F103ZET6单片机的数据线SDA和时钟线SCL；将7号引脚接地，以禁止芯片写保护；4、8号引脚分别接地和+3.3V电源。

本发明实时时钟电路采用总线接口的实时时钟芯片DS1307，其1、2号引脚接32.768kHz的晶振；3、4号引脚接外接电池；5、6号引脚为总线，分别连接STM32F103ZET6单片机的数据线SDA和时钟线SCL；7号引脚为方波输出引脚，外接一个LED，用于监视时钟芯片的工作情况。

本发明还扩展以EPM570作为控制器的液晶模块ATK-7’TFTLCD作为信息显示设备，将STM32F103ZET6单片机的85-86、114-115、58-60、63-68、77-79号复用引脚作为液晶模块的数据总线D0-D15；48号引脚作为液晶模块的片选信号引脚；20、21号引脚分别作为液晶模块的写(WR)、读（RD）控制信号引脚。

本发明中单片机控制电路与信号采集模块、数据无线发送模块的数据通信都采用RS485通信接口，RS485通信接口采用供电电压为3.3V的低功耗半双工收发器SP3485E，其1脚为接收器输出，接STM32F103ZET6的USART的TX端；4脚为驱动器输入，接STM32F103ZET6的USART的RX端；2脚和3脚分别为接收器输出使能和驱动器输出使能，用来控制该芯片是接收数据还是发送数据；8脚接3.3V电源；5脚接地；6脚和7脚分别为数据输入、输出管脚。与信号采集模块的STM32F103ZET6主控芯片通信的RS485接口电路中，1脚、4脚分别与STM32的69脚、70脚相连；2脚、3脚与STM32的75脚相连。与数传电台通信的RS485接口电路中，1脚、4脚分别与STM32的101脚、102脚连接；2脚、3脚与STM32的104脚相连。

数据无线传输模块：

本发明采用数传电台进行数据的无线传输。数传电台的工作频段为228MHz-232MHz，天线阻抗为50Ω，发射功率达5W，通信距离达到10-25公里。其RXD引脚和TXD引脚分别对应RS485串口接收和发送，接+5V直流电压供电。

本发明采用数传电台作为数据的无线传输模块，数据传输的稳定性和实时性高，保证了远程监控人员能实时监测卸船机的整个作业过程，而且不能随意更改整个当班作业过程的作业记录，保证数据的真实可靠。

在线监测软件，安装于远程监控中心：

本发明的在线监测软件包括采用C#开发语言开发的WPF应用软件和SQLSERVER2008数据库。WPF应用软件是基于.NETFramework4.5框架下开发的，监测功能全面，操作简单，界面美观；SQLSERVER2008数据库数据存储量大，性能优越。

上述作业操作记录模块安装在司机室，接收信号采集模块传输的作业数据，通过接收的数据获得司机操作的有效作业斗数、无效作业斗数、报警作业斗数等，并且通过液晶触摸显示屏和信号灯，实时显示作业信息。人机交互过程如下：

1）司机上机前，操作液晶触摸显示屏，输入“员工号”和“作业班次”，点击“开始作业”按钮即进入作业记录状态。模块记录卸船机编号和当班作业司机员工号，并在该司机当班时一直显示；

2）实时显示当班司机操作的有效作业斗数、无效作业斗数、超重报警作业斗数，并将每次抓斗的作业数据通过数据无线发送设备发送到远程监控中心。每次抓斗的作业数据包括：卸船机编号、员工号、日期、抓斗开始时间、抓斗结束时间、抓斗作业时长、作业有效性、单次抓斗能耗；

3）可对出现的无效作业和超重报警作业作声光报警，在开斗后采用短音乐或语音提示；

4）可对作业速度报警，当一次完整作业过程所用时间小于设定的阈值时报警，在开斗后采用短音乐或语音提示；

5）司机下机前，操作液晶触摸显示屏，点击“停止作业”按钮停止作业记录状态。同时将该班次内统计的作业数据通过数据无线发送设备发送到远程监控中心。班次内统计的作业数据包括：卸船机号、员工号、日期、班次、班次作业开始时间、班次作业结束时间、班次内作业时长、有效作业斗数、无效作业斗数、超重报警作业斗数以及本班能耗。

上述液晶触摸显示屏，提供管理人员设置单次抓斗最小有效重量、单次抓斗最大重量、单次最短作业时间的阈值。管理人员必须通过密码确认身份后才能对作业操作记录模块的初始参数进行初始设置和修改。上述远程监控中心配置数据无线接收设备和在线监测软件，能够接收司机室无线传输过来的作业数据，并通过在线监测软件进行实时监测并存储到数据库。

本发明采用单片机作为主控制器，采用液晶触摸屏操作和显示，整个系统涉及到的硬件设备结构紧凑小巧，电气控制室和司机室安装占用空间小。

卸船机作业时，必须完成闭斗、上升、主小车由海侧到陆侧水平移动、主小车由陆侧到海侧水平移动、下降和开斗六个动作，同时要考虑主小车重量的变化，一次完整作业时间要大于阈值来准确判断一次完整作业动作的完成。作业操作记录模块根据采集到的卸船机的闭斗、上升、主小车由海侧到陆侧水平移动、主小车由陆侧到海侧水平移动、下降、开斗的完整动作，检测到主小车位置变化和主小车重量变化等关键信息后，判断卸船机作业司机确实完成了一次完整作业动作，对作业动作有效性和规范性进行判断：对满足条件的视为有效作业斗数，对小于单次抓斗最小有效重量或少于单次最短作业时间的视为无效作业斗数，对大于单次抓斗最大重量的视为报警作业斗数。

卸船机司机的作业考核主要是考核司机的有效作业斗数，然后按如下公式计算司机的应得作业量：

其中：司机月作业量为该司机该月的总作业吨数；月卸料总公估数为该月所有卸船机的卸料公估吨数；月累计总有效斗数为该月所有卸船机司机的有效斗数的总和；司机月总有效斗数为该司机该月完成的有效斗数的总和。

本发明的桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统工作过程主要是：

卸船机作业前，操作司机操作液晶触摸显示屏的主界面，输入“员工号”和“作业班次”，点击“开始作业”按钮进入作业记录状态。信号采集模块实时采集主令控制器的开关量信号，实时检测主小车位置信号，并在检测到主小车位置信号后采集主小车重量信号，并将信号实时的发送给作业操作记录模块。

作业操作记录模块根据采集到的上升、下降、开斗、闭斗信号，主小车位置信号，主小车重量信号和一次完整作业时间等关键信息，判断卸船机是否完成了一次完整的作业流程。作业操作记录模块根据设定的参数（如单次抓斗最小有效重量、单次抓斗最大重量和单次抓斗最短操作时间等）判断一次作业的有效性和规范性，同时作业操作记录模块的存储芯片上实时记录有效作业次数、无效作业次数、违规作业报警次数和每次作业的时间，并通过作业操作记录模块上的液晶触摸显示屏显示有效作业斗数、无效作业斗数、违规作业报警斗数，对于出现的违规作业及时进行声光报警；同时，数传电台将每次抓斗的作业数据（包括卸船机编号、员工号、日期、抓斗开始时间、抓斗结束时间、抓斗作业时长、作业有效性、单次抓斗能耗）实时传输到远程监控中心，并被远程监控中心的数传电台接收存储到在线监测软件的数据库中。

操作司机下班前，操作液晶触摸显示屏的主界面，点击“停止作业”按钮停止作业记录状态，此时，数传电台将该班次内的作业数据（包括卸船机编号、员工号、日期、班次、班次作业开始时间、班次作业结束时间、班次内作业时长、有效作业斗数、无效作业斗数、违规作业报警斗数以及本班电能消耗）传输到远程监控中心，并被远程监控中心的数传电台接收转存到在线监测软件的数据库中。在线监测软件是安装在远程监控中心计算机上的软件。

本发明实施例桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1、采集主小车的位置信号和重量信号，并实时采集司机操作用的主令控制器的动作信号，以及获取卸船机的有功电度信号；

S2、根据采集的信号以及预先设定的参数判断卸船机是否完成了一次完整有效的作业流程，并实时记录各个卸船机的有效作业次数、无效作业次数和每次作业的时间，并将记录的数据实时传输到远程监控中心；

S3、远程监控中心根据接收的数据实时判断并记录司机每次作业的完整性和有效性，对司机的绩效进行考核。

本发明针对港口卸船机机械特性提出实时计量司机作业量，记录卸船机操作司机作业过程，对司机进行绩效考核的方法；在实现过程中自行设计了一种能够准确判断卸船机作业司机完成了一次完整作业动作的方法，并且结合此方法设计了一套港口企业卸船机司机的计件工资考核方法。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核系统，其特征在于，该系统包括传感器及信号采集模块、作业操作记录模块、数据无线传输模块和远程监控中心，其中：

传感器及信号采集模块包括传感模块和信号采集模块，其中传感模块包括光电传感器、重量传感器和智能电量隔离变送器；智能电量隔离变送器，与卸船机上的电流互感器连接；主令控制器通过远程IO接入到PLC电气控制室；信号采集模块与传感模块、PLC电气控制室连接，通过传感模块采集主小车的位置信号和重量信号，并实时采集司机操作用的主令控制器的动作信号，还从智能电量隔离变送器获取有功电度信号；

作业操作记录模块，接收信号采集模块传输的作业数据，通过接收的数据获得司机操作的有效作业斗数、无效作业斗数以及报警作业斗数，并实时显示作业信息；

数据无线传输模块，接收作业操作记录模块传输的作业数据，同时将数据通过无线的方式发送给远程监控中心；

远程监控中心，根据接收的数据实时判断并记录司机每次作业的完整性和有效性，对司机的绩效进行考核。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，光电传感器和重量传感器为原先安装在卸船机上的光电传感器和重量传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，信号采集模块包括单片机控制电路、光耦隔离电路、信号放大调理电路和RS485通信接口电路，光耦隔离电路的输入端与光电传感器、主令控制器连接，其输出端与单片机控制电路连接，信号放大调理电路与重量传感器连接，RS485通信接口电路与单片机控制电路、作业操作记录模块连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，信号采集模块安装在卸船机的PLC电气控制室，作业操作记录模块安装在司机室。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，作业操作记录模块包括单片机控制电路以及均与其连接的RS485串口通信接口电路、液晶触摸显示电路、数据存储电路、看门口电路和时钟电路。

6.一种桥式抓斗卸船机作业在线监测及绩效考核方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集主小车的位置信号和重量信号，并实时采集司机操作用的主令控制器的动作信号，以及获取卸船机的有功电度信号；

根据采集的信号以及预先设定的参数判断卸船机是否完成了一次完整有效的作业流程，并实时记录各个卸船机的有效作业次数、无效作业次数和每次作业的时间，并将记录的数据实时传输到远程监控中心；

远程监控中心根据接收的数据实时判断并记录司机每次作业的完整性和有效性，对司机的绩效进行考核。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当判断卸船机作出违规作业时，实时进行声光报警并记录违规作业次数。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

在操作司机下班后，将该操作司机班次内的所有作业数据传输到远程监控中心，包括卸船机编号、员工号、日期、班次、班次作业开始时间、班次作业结束时间、班次内作业时长、有效作业斗数、无效作业斗数、违规作业报警斗数以及本班次电能消耗。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤“判断卸船机是否完成了一次完整有效的作业流程”具体为：根据采集的信号判断卸船机是否完成闭斗、上升、主小车由海侧到陆侧水平移动、主小车由陆侧到海侧水平移动、下降和开斗六个动作，将一次完整作业时间与阈值进行比较，并根据主小车位置变化和主小车重量变化信息判断是否为有效作业斗数，对小于单次抓斗最小有效重量或少于单次最短作业时间的视为无效作业斗数，对大于单次抓斗最大重量的视为报警作业斗数。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，远程监控中心每月还对卸船机司机的作业进行考核，主要考核司机的有效作业斗数，按如下公式计算司机的应得作业量：

其中：司机月作业量为该司机该月的总作业吨数；月卸料总公估数为该月所有卸船机的卸料公估吨数；月累计总有效斗数为该月所有卸船机司机的有效斗数的总和；司机月总有效斗数为该司机该月完成的有效斗数的总和。