CN111060586A - 弱磁钢丝绳在线检测系统 - Google Patents

Abstract

由于钢丝绳高危易损，消耗大，同时缺少相应技术手段来监管，始终有着因强度损耗而发生断裂的危险。故本发明将云服务技术运用于弱磁检测系统中，将弱磁检测器，视觉识别装置，行程计量装置的模拟量信号进入到数采转换装置中，再进入到多信道终端装置即PLC控制器中，再通过WIFI或5G/4G架构，PLC将数据传输到网关FBOX中，进行简单的数据处理，最后上传到云服务器中，再从RCMS数据库中读取数据，实现历史回放和操作统计功能，最后所有的数据都传送到WEB端和APP端，从而实时监控钢丝绳的受损位置及受损程度，从而减少时间，人力和经济成本。

Description

弱磁钢丝绳在线检测系统

1技术领域

本发明涉及一种工业安全管理在线监视系统，主要涉及弱磁在线检测起重机钢丝绳系统。

2 背景技术

起重机钢丝绳处于长时间连续工作状态，工作环境恶劣，为保证安全生产，必须经常性检查其断丝，笼股断丝，毛刺，磨损，锈蚀和直径变化。长期以来，由于没有精确，定量的检测工具，只能靠眼睛看或者借助游标卡尺来检查钢丝绳的外部状况，而对其内部状况不能进行有效的检测和判断。另外大型起重机设备的钢丝绳一般比较长，人工检测效率低，效果差，运行中的钢丝绳的一些隐患往往很难被发现和确定，结果导致断丝或磨损已超标的钢丝绳仍然在使用，留下严重的安全隐患或者该换没换，不需要更换右换，大大浪费了运营成本和资金成本。根据美国劳工部对8000家钢丝绳用户的检测，10%的在用钢丝绳强度损耗超过15%，处于危险状态；2%的在用钢丝绳强度损耗超过30%，处于极度危险状态。而70%被强制更换的钢丝绳很少有强度损耗，浪费严重。在这样的现实基础上，如果我们一味的运用简单的手工监测，测量质量很难得到保证：如果运用设备检测，维护性的检测频次往往受限。无论选择哪种方法，都会面对成本增加或安全隐患的问题。

3 发明内容

本发明克服了现有检测技术成本，安全隐患大的问题。将云服务器操作平台引入到原有的弱磁检测技术中，根据弱磁检测技术的原理，其利用空间磁场矢量合成原理，通过非接触弱磁能势，PLC控制器提取被磁化的铁磁性材料上的磁场分布的差异信息，这些差异信息包含了对钢丝绳内外各种缺陷的定位，定量检测数据，模拟信号通过AD转换变成数字信号，从PLC控制器进入FBOX网关，最后进入到云服务器进一步的进行数据处理和分析，从而实现了对钢丝绳可靠（准确评估了钢丝绳内外损伤，避免人工误差），实时（24*365在线实时自动监测），智慧（自动分析，大数据，报警）的监控系统。

对于弱磁检测原理的进一步解释，由于钢丝绳材料组织容易产生断丝，磨损，锈蚀，疲劳时，会出现应力集中的现象。当出现有磁场出现在钢丝绳周围时，磁力线经过退变的体积元中时，会沿着不规则的低能耗路径排布，即其磁场分布会出现不均匀，磁通密度会发生改变，于是各个体积元产生磁能势分布差异，正是利用这种磁能差异，我们将物理场的变量和机械承载性能之间建立起一套量化关系，而机械承载性能可以利用现有技术检测，最后经过AD转换和运算放大后进入到PLC控制器中，实现对钢丝绳损伤的检测。

4 技术方案

设计一种基于物联网的弱磁检测监控系统，包括弱磁检测装置，视觉识别装置，行程计量装置（编码器），多信道终端PLC主控装置，RCMS架构。

通过弱磁检测装置检测出具有损伤的钢丝绳产生磁能差异，从而判断是否产生损伤，再利用视觉识别装置，从外形的角度进一步判断钢丝绳表面的损伤程度和直径的变化。再通过行程计量装置里面的高精度编码器准确的判断其损伤位置以及钢丝绳的行程移动距离。这些信号进入到具有抗干扰的数采转换器中，数采转换器位于PLC总控制器的其中一个模块，经过AD转换将模拟量转换为数字量最后进入到多信道终端主控装置中。主控装置再将数据信号传给FBOX网关进行数据的简单处理后再传给云服务器，再云端进行数据分析。同时云端可以通过RCMS架构，RCMS架构分为从RCMS数据库中提取数据，RCMS架构可以分为状态监视模块，设备维护模块，生产统计模块，报告产生模块，PLC编程模块，最后在WEB端和APP端展现出来。状态监控模块实现系统的状态监控功能，系统大部分画面的底部都有一个标准的工具条，顶部有一个标准的报警信息栏。整个监控内容包括吊机的生产状态，电机运行时的参数变化，按钮及开关的当前状态，各个急停按钮的状态，实时趋势以及历史趋势的变化状态，实时显示从站与PLC的通信情况，供电线路空气开关的工作状态以及故障报警状态。设备维护模块，主要用于定义一些设备维护的报警条件。生产统计模块，可以统计实时产生操作数以及显示每一集装箱被处理的记录。报告产生模块，按照客户的要求提供各种操作统计报告。产生的文件会存放于指定的文件夹中。PLC编程工具模块，用于PLC编程和排除故障，对PLC程序进行实时监视和在线修改。

具体操作方法

1 首先再安卓手机应用商店或者IOS系统的APPSTORE 中搜索“设备云助手”并下载。

2 下载完成后打开该软件，在域名栏输入单位域名。

3 输入完成后点击下一步就进入到公司登陆界面，并使用管理员给与的个人专属账号密码来登陆并下载。

4 在登陆成功以后，会显示所有的设备目录和设备型号。

5 在线设备显示出来后，用户可以任意进入该设备的监控画面。

6 可以通过人员定位按钮确定所有登陆账号工程师的位置。

7 所有设备的提示信息如故障报警等，该消息会以微信弹窗的功能显示在手机上也可以设置为短信提示。

本专利的增益效果

1 节约检测时间，提高生产效率。可以在生产的同时完成检测，起升钢丝绳两年生命周期内，人工停机检查时间约136小时。

2 降低人工检查的设备空转能耗，每次检测时间约4分钟，和人工检测时间相比较，产生的能耗基本可以忽略不计。

3 减少人工检查的人力资源成本，利用机器只能检测代替人工检测，可以大量节约人工成本。

4 延长钢丝绳使用寿命，节约用绳成本。 钢丝绳的安全状况始终受控，为科学延长钢丝绳的使用寿命提供检测依据。

5 将云服务器引入到钢丝绳弱磁检测系统中，直接从客户控制器采集数据上传至云端，所有的计算以及数据转换都由云端服务器完成，不需要客户建立自己服务器网络。同时互联网监控系统精简了客户功能，在客户端不需要安装任何软件，减少了设备现场对网络和客户端软件的依赖。

附图说明

图1是钢丝绳弱磁检测系统整体结构图

图2是弱磁传感器在岸桥钢丝绳系统上的具体安装位置图

2-1 小车终止点 2-2小车起始点 2-3 海侧小车牵引钢丝绳2个弱磁检测装置

2-4 起升钢丝绳4个弱磁检测装置 2-5俯仰钢丝绳2个弱磁检测装置

2-6 陆侧小车牵引钢丝绳2个弱磁检测装置

图3是岸桥小车绳系统传感器安装位置图

3-1弱磁检测器 3-2 弱磁检测器

图4是俯仰钢丝绳系统安装示意图

4-1弱磁检测位 4-2弱磁检测位 4-3 编码器安装位

图5是RCMS架构的系统整体结构图

具体实施方法

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图进行简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，再不付出劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

将云服务器引入到弱磁钢丝绳检测系统中，直接从客户控制器采集数据上传至云端，所有的计算以及数据转换都由云端服务器完成，不需要客户建立自己服务器网络。同时互联网监控系统精简了客户功能，在客户端不需要安装任何软件，减少了设备现场对网络和客户端软件的依赖。

如图1所示，整个港口岸边集装箱起重机钢丝绳检测系统的整体结构图。

通过磁规划检测装置1-2检测出具有损伤的钢丝绳产生磁能差异，从而判断是否产生损伤，再利用视觉识别装置1-1，从外形的角度进一步判断钢丝绳表面的损伤程度和直径的变化。再通过行程计量装置1-3里面的高精度编码器准确的判断其损伤位置以及钢丝绳的行程移动距离。这些信号进入到具有抗干扰的数采转换器1-4中，经过AD转换将模拟量转换为数字量最后进入到多信道终端主控装置1-5中。主控装置再将数据信号传给FBOX网关1-6进行数据的简单处理后再传给云服务器1-7，再云端进行数据分析。同时云端可以通过RCMS架构1-9，从RCMS数据库中提取数据，从而实现历史回放和操作统计的功能，最后在WEB端和APP端1-8展现出来。

如图2所示，整个港口岸边集装箱起重机钢丝绳弱磁规划检测装置的分布位置，根据实际使用要求，我们再俯仰钢丝绳上安装两个弱磁规划检测装置，海侧小车牵引钢丝绳上装了两个弱磁规划检测装置，陆测小车牵引钢丝绳上装有两个，起升钢丝绳上装有四个弱磁检测装置。

如图5所示，RCMS架构整体结构图。RCMS架构可以分为状态监视模块5-1，设备维护模块5-2，生产统计模块5-3，报告产生模块5-4，PLC编程模块5-5。状态监控模块实现系统的状态监控功能，系统大部分画面的底部都有一个标准的工具条，顶部有一个标准的报警信息栏。整个监控内容包括吊机的生产状态，电机运行时的参数变化，按钮及开关的当前状态，各个急停按钮的状态，实时趋势以及历史趋势的变化状态，实时显示从站与PLC的通信情况，供电线路空气开关的工作状态以及故障报警状态。设备维护模块，主要用于定义一些设备维护的报警条件。生产统计模块，可以统计实时产生操作数以及显示每一集装箱被处理的记录。报告产生模块，按照客户的要求提供各种操作统计报告。产生的宝宝文件会存放于指定的文件夹中。PLC编程工具模块，用于PLC编程和排除故障，对PLC程序进行实时监视和在线修改。

实例一 港口岸边集装箱起重机起升绳检测监控系统

如图2所示，图中两个位置是小车的起始点和结束点，根据岸桥起升绳绕绳方式和运行特点，港口岸边集装箱起重机起升钢丝绳工作段95%以上都是靠小车平台，小车平台的钢丝绳也是最容易出现疲劳断丝的重点部位，所以在这里安装检测装置，即可大程度监控起升钢丝绳的运行状况。

当小车运行到起始点位置，通过下方和提升吊钩到极限位置，进行钢丝绳检测。

当小车从起始点位置到终止点位置运行时，完成钢丝绳检测。

检测的数据从弱磁检测器中进入数采转换装置，最后进入总控制器PLC中，信号进入网关FBOX，最后进入到云服务器中。云服务器可以通过RCMS架构从数据库中调取数据以实现历史回放和操作统计，最后把数据呈现再WEB端和APP端。

实例二 港口岸边集装箱起重机小车绳检测监控系统

如图3所示，检测机构以张紧轮外侧护臂生根，检测和磁规划装置相互独立，利用连杆固定再护壁两侧固定座上，使连杆固定座侧灵活转动。

检测和磁规划装置形同，加持轮，托轮固定再支架上，连接板将磁规划及检测装置固定在支架上，腰型孔可调整位置是钢丝绳在检测装置轴向中心重合，固定在连杆另一侧，支架底部开孔，以便安装防松螺母。

当张紧装置出现大幅度位移时，张紧轮后移触碰后磁规划装置不会碰到滑轮。在油缸行程内即护壁的摆动幅度内，连杆与检测磁规划装置变化在5度之内，钢丝绳不会触碰装置内壁。托轮防止跳动钢丝绳脱离加持轮槽。

结合小车绳特点做好弱磁检测器之后，传感器再把信号传给PLC，数据经过网关FBOX，进入到云服务器中，云服务器通过RCMS架构读取数据库数据，实现了历史回放和数据统计功能。最后所有数据进入APP端和WEB端实现顾客的实时监控。

实例三 岸桥俯仰绳监控检测系统

如图4所示，在港口岸边集装箱起重机梯形架顶部定滑轮出安装钢丝绳在线监测系统，该处钢丝绳运行稳定，并且能够最大限度的检测俯仰钢丝绳的工作段。

1，将底板焊接固定在定滑轮支撑架上；

2，将绿色的固定基座通过螺钉固定在焊接底板上；

3，因为钢丝绳在该位置有轻微的扇形摆动，该行程的控制通过固定在基座的直线导轨进行控制直线导轨上配备风琴防护罩，防止灰尘影响滑动。

4，在支架上安装一组导向轮，通过钢丝绳带动导向轮使得钢丝绳始终位于传感器中心。

5，由于钢丝绳在松弛与涨紧时会有轻微高度差，因此在主支撑杆上有意压缩弹簧，以此来保证支架高低运动，并且减缓冲击。

Claims (4)

1.一种钢丝绳在线状态检测与监控智能系统，其特征在于：将云组态软件技术运用到钢丝绳系统中，包括信息传递系统部分，包括云服务器，FBOX网关，RCMS架构以及实际控制部分，将起重机上所有钢丝绳缠绕系统钢丝绳检测装置组合起来构成一个完整的钢丝绳监控智能系统。

2.根据权利要求1所述的钢丝绳在线状态检测与监控智能系统，其特征在于：FBOX网关与云服务器之间的信号传递，云服务器从RCMS的数据库中读取数据。

3.根据权利要求1所述的钢丝绳在线状态检测与监控智能系统，其特征在于在钢丝绳运行过程中，弱磁检测装置将运行中并经过检测区的绳子的状态检测到进入FBOX网关后，数据经过计算和处理进入到云服务器端。

4.根据权利要求1中所述的钢丝绳检测装置，其特征在于将张紧轮，托轮和加持轮固定好后，结合绳的结构要求安装弱磁传感器最后将信号传递给数据采集器，经过PLC，FBOX，最后进入云服务器，进入WEB端和APP端给客户监控。

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