CN111780863A - 港口码头在线振动监测系统 - Google Patents

Abstract

港口码头在线振动监测系统。在港口码头设备中，振动往往被认为是消极因素，影响精密仪器设备的功能，降低加工精度和光洁度。根据盆浴曲线，若能在设备损耗期前检测出故障部位并及时修复，则可大大减少时间和资金成本。本发明将云服务技术运用于港口码头振动检测系统中，将振动传感器，油温传感器，液位传感器安装在振动系统的俯仰结构，小车结构，主起升结构，行走结构上，利用快速傅里叶变换，将传感器接收的时域信号转换为频域信号，信号经过PLC控制器，FBOX网关最后进入到云服务器中，云服务器通过RCMS架构，从数据库中读取数据以实现实时监控。将各个部件的特征频率值与图像比对从而实时判断故障部位。

Description

港口码头在线振动监测系统

技术领域

本发明涉及工业控制的一种，主要针对港口码头设备振动监测系统。

背景技术

在许多情况下，在码头港口的设备中振动被认为是消极因素。例如，振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度和光洁度，加剧构件的疲劳和磨损，从而缩短及其和结构的使用寿命。于此同时，对于码头港口设备来说，长期的更换设备容易导致过度维修，而过度维修会使设备的故障率，风险率会随着过渡使用的次数增加而增加。根据码头设备的浴盆曲线，如果我们在进入到劣化状态之前进行预防性维护将大大提升设备的可靠性。当设备处于磨合期是往往故障率很高，而当设备进入耗损期时设备的故障率也会提升。取浴盆曲线中后两阶段，第二阶段和第三阶段作为劣化曲线。预防性维修找到设备更换临界点，采用预防性维护可以大幅度提高设备的可靠性。对于轴承来说，随着使用次数增加，使用费用也会不断增加，使用风险也会不断增加，定期更换会导致过度维修。对于大多数港机主要结构，主起升机构，小车机构，俯仰机构，行走机构等。港机本身的故障类型不平衡，电机不平衡，转子缺陷，联轴器不对中，齿轮箱磨损，断齿，偏心，间隙或松动，轴承损坏。

发明内容

本发明克服了原有技术的不足，本发明基于物联网设备软件开发平台，将云服务器引入到振动监测系统中。利用位移传感器，速度传感器和加速度传感器和油温传感器，采用高品质屏蔽双绞电缆，将信号传递给PLC控制器，PLC控制器将处理好的信号传递给FBOX，最后再将所有的信号传给云端服务器，云服务器通过RCMS架构从数据库中提取数据从而实现历史数据回放，最后再将所有的数据传递给APP端和WEB端。同时利用快速傅里叶变换将传感器接收的时域信号转化为频域信号，将各个部件的特征频域值与WEB端或APP端的频域信号比对，从而判断故障部位。

进一步解释传感器的检测原理，在整个检测系统中我们使用四种传感器，对于位移传感器来说，在探头的头部线圈会产生电流，电流会产生磁场，在磁场中的金属面安装在感应电流的中心，当传感器与被测物体的接触面发生接触式，其金属面的距离会发生改变，于是乎会影响磁场的大小，根据法拉利电磁感应现象，磁场的变化会出现电流的改变，由此我们用这种方式来检测系统刚性和基础松动问题对于位移传感器而言，传感器内部安装了一个压电材料，在接触的过程中，压力会改变压材料的大小从而导致电压的改变以此来实现对给测点的加速度测量。而对于位移速度传感器而言，我们采用编码器来检测转子平衡和联轴器中的问题。

技术方案

本发明基于物联网控制系统，提出了一套以云服务器平台控制系统加入到振动监测系统的在线监测系统。包括主起升机构监测，小车机构检测，俯仰机构检测，行走机构检测，智能采集器，PLC控制器，网络通讯模块。

对于起升机构，小车机构，俯仰机构和行走机构不同的参数设备要求，我们取点的位置要求并不一样。如图所示，对于起升机构而言，监测的装置分为7个点，其中包括5个齿轮箱振动点，2个齿轮箱液位振动，一个齿轮箱油温振动，一个卷筒振动点检测。对于小车机构而言一个电机振动点，一个齿轮箱振动点，一个齿轮箱油温监测点，一个卷筒监测点。对于俯仰结构而言一个电机振动点，五个齿轮箱振动点，一个液位监测点，一个油温监测点，一个卷筒监测点。在安装监测点的过程必须确保机组各部位的振动信号能够被传感器所采集，所以监测点尽量靠近轴承处而不是在基座上，而在刚性连接处，严禁在薄板处测量。对低速重负荷轴承而言则需要在负载区域设测点。各种传感器将数据信号通过双绞线缆将信号传递给智能采集器，经过数据处理后再将信号传递给PLC控制器，PLC将信号传递给FBOX网关，经过简单的数据计算后，将信号传递给云服务器，最后传给WEB端和APP端，与此同时，RCMS架构可以通过读取数据库，将以往的数据进行回放，从而实现实时的监控。

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。

本发明的具体操作方法

1 我们在安卓手机的应用商店或者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，在域名中输入单位域名。

3 输入完成后电机下一步就进入到公司登录界面，请使用管理员与个人专属账号密码来登录并操作。

4 在登录成功后，会显示所有目录和设备的型号。

5 当设备在线，用户可点击任意以进入该设备的监控画面。

6 按下人员定位按钮，显示所有登录账号工程师的定位。

本发明专利的增益效果

1 可以使设备保值增长，优化供货周期，改善供应链，降低库存成本。

2 实时监控，智能预警，对生产安全有影响设备全部监控，掌握设备实际状

态，规避安全隐患。

3 生产保障杜绝设备引起的非计划性停机，增加稳定运行时间，实现经济效益最大化。

4 无需额外硬件，仅用IEPE振动传感器所收集的时域波形即可回访设备运行时的异常声音。从而对问题准确的判断。

5 由于云服务器的引入，可以准确的实现系统的监控和分析。可以帮助顾客实时的监控和分析处理整个系统，同时及时的处理振动故障的原因。

附图说明

图1是系统整体振动监测构造原理图

1-1加速度传感器 1-2速度传感器 1-3位移传感器 1-4 油温传感器 1-5智能采集器

1-6PLC控制器 1-7 FBOX网关 1-8 云服务器 1-9 WEB端和APP端 1-10 RCMS架构

图2是港口岸桥俯仰机构监控系统监控安装

2-1振动检测 2-2振动检测 2-3液位检测 2-4振动监测 2-5油温检测 2-6振动检测2-7振动检测

图3是港口岸桥小车机构监控系统监控安装

3-1油温传感器 3-2振动检测 3-3振动检测 3-4振动检测 3-5振动检测 3-6振动检测

3-7振动检测

图4是RCMS网络架构图

4-1状态监视模块 4-2 设备维护模块 4-3 生产统计模块 4-4报告产生模块 4-5PLC编程模块

具体实施过程

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。

实例1 港口岸桥俯仰机构监控系统

如图2所示俯仰结构传感器的安装示意图，振动传感器2-1用于检测齿轮箱，电机等部件的振动情况。油温传感器2-5运用PT100来检测油温的变化范围和液压传感器2-3用于检测油的压力，当振动在线监测系统发现齿轮箱或者电机的振动速度值超出标准且出现异响。时域波形可知电机侧出现明显的冲击，且冲击能量值较大。当传感器出现收集到模拟量的数据信号之后，通过快速傅里叶变换将时域信号转换到频域上。将信号传递给数据采集器，再传给PLC，最后经过FBOX网关，通过将频域信号传递给了APP端和WEB端，让使用者可以随时监控传感器的数值变化，通过RCMS架构，云服务器从数据库中读取以往的数据，从而实现了对俯仰机构的实时监控。在这个过程中，由于快速傅里叶变换，我们将原本的时域信号变化到了频域上，使得使用者可以随时通过信号的频域曲线来判断被控对象的实时状态。通过将各个部件的特征频率与频域图像上的频率做对比，从而判断问题出在哪里。从而提前解决问题，做好预防，避免更大的时间和资源的浪费。且在正反转变化时可听到齿轮箱输出轴存在异响。齿轮箱输出轴或者滚筒侧存在结构松动，导致设备运行过程中，运行工况变化时，齿轮箱中低速轴轮齿啮合不良而引起的冲击与异响。

具体的实现过程和解决方案如下

用户协同厂家对小车机构的齿轮箱输出轴侧和滚筒侧检查发现，滚筒侧起吊集装箱的钢丝绳两端存在长短不平衡，由此造成了设备在升降过程中对滚筒的非周期性冲击。通过对滚筒侧钢丝绳长度的统一调度，现场异响明显降低，振动值也会附带了允许范围内。

可以通过时域波形可知电机侧出现明显的冲击，且冲击能量值较大。当FFT连接谱中出现明显且丰富的谐波。查询电动机驱动端使用的支撑轴承型号并结合电机转速，得到该轴承的故障特征评率为94HZ。故FFT连接谱中出现的93.5HZ为轴承的故障特征评率，且由于93.5HZ周围的谐波较为丰富，还存在明显的周期性冲击特征，振动速度值和加速度值较大，初步分析认为电机驱动端轴承存在的磨损现象，同时造成轴承结构的松动。

实例2 港口小车在线监测

如图3所示，对于小车柜的传感器安装如图所示，油温传感器3-1安装在齿轮箱上侧，振动传感器3-2安装在电机和转子上，油温传感器监测齿轮箱内油的温度。传感器可以随时监控小车结构的各项指标。当小车柜出现误差或是各种出现误差，从传感器会将模拟信号经过快速傅里叶变换将传递给数据采集器，通过AD变换之后，数据传递给了PLC，数据经过FBOX之后传递给了WEB端和APP端，通过RCMS架构，云服务器从数据库中读取以往的数据，从而实现了对小车柜的实时监控。在这个过程中，传动链状态振动是会在时域上出现明显的周期性冲击。当出现非常明显的4000hz频谱，且在现场出现了明显的高频噪音则表明小车的传动链发生故障，需要提前预防，防止过多的时间资源和成本浪费。

具体的对比过程和解决方案如下所示

集装箱码头轮胎吊安装传动链状态振动在线监测系统，轮胎在运行期间出现明显高频噪音，同时传动链振动在线监测系统监测起升单元电机侧存在振动报警。

对于传动链状态振动在线监测系统,当出现PLC红色警报且专业工程师能听到轻微的高频噪音。而此时时域波形存在明显的周期性冲击。当出现轴承缺陷，外圈缺陷，内圈缺陷，滚动体缺陷，一般磨损或润滑不足，电机缺陷，异步电机等问题。

高频频谱存在明显的4000HZ及其频谱，且振动能量主要集中在高频。运行时现场有明显的高频刺耳噪音。通过高频噪音的检测，传感器将数据信号传递给PLC控制器，PLC将数据信号传递给FBOX，通过简单地数据处理后将数据传递给云服务器，最后将所有的数据传递给APP端和WEB端。当我们发现故障之后，需要及时的为故障做出预防以减少花费和成本。

Claims (4)

1.一种在线振动监控系统，其特征在于：将云组态软件技术运用到港口码头振动设备系统中，包括云服务器，FBOX网关，RCMS架构，PLC控制器，将振动传感器，液位传感器，油温传感器安装在俯仰系统，小车系统，主起升系统和行走系统上，构成一个完整的码头监控智能系统。

2.根据权利要求1所述的在线振动监控系统，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所述在线振动监控系统，其特征在于：将振动传感器，液位传感器和油温传感器安装在各个俯仰系统，小车系统，主起升系统和行走系统中，实时将模拟信号经过处理后传递到PLC控制器中。

4.根据权利要求1中所述的在线振动监控系统，其特征在于：利用快速傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，在APP和WEB上与故障结构的特征值对比提前预判故障位置减少资源浪费。

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