CN114143742A - 一种基于数字孪生的通用门座起重机智能监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于数字孪生的通用门座起重机安全智能监测系统，包括门座起重机、前端采集模块、通讯组网模块、数据传输上云模块、数据处理与数字孪生模块及终端显示模块。本发明可以实现通用门座起重机金属结构的实时检测、故障诊断和报警，为门座起重机健康安全作业评估提供精细化的运行状况和智能化的准确判断，提高作业效率，延长使用寿命。本发明安全可靠，监测效率更高，有助于监控人员获知门座起重机的实时状况。
Description
技术领域
本发明涉及通用门座起重机智能监测领域，具体涉及一种基于数字孪生的通用门座起重机智能监测系统。
背景技术
通用门座起重机主要用于港口码头或货场进行件杂货装卸货散货作业，最常见的类型为四连杆组合臂架门座起重机。门座起重机作业工况复杂，在每个作业循环中都要承受反复制动的交变动载荷作用，设备自身受到冲击载荷大，长此以往会不同程度的对设备造成损伤。
目前通用门座起重机的安全作业评估由人为方式定期进行检测，这种方式只能获取特定的非生产状态下的数据，不能反映门座起重机真实的作业状态，且耗费人力物力，检测成本高。
数字孪生理论是在数字空间构建了一个基于高精度物理模型、出厂数据、历史数据、传感器数据的数字实体模型，反应系统的物理特性和应对环境的多变特性，可实现通用门座起重机的性能评估、故障诊断、寿命预测等功能，提高监测效率，降低传统人力检测的成本。
目前，尚不存在将数字孪生理论与通用门座起重机在线监测统一整合的智能监测系统。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决现有通用门座起重机安全作业评估检测中的上述问题，提供了一种基于数字孪生的通用门座起重机智能监测系统。
本发明采用如下的技术方案实现：
一种基于数字孪生的通用门座起重机智能监测系统，包括：
门座起重机、前端采集模块、通讯组网模块、数据传输上云模块、数据处理与数字孪生模块及终端显示模块；
所述门座起重机金属结构包括象鼻梁、平衡梁、主臂架、小拉杆、大拉杆、人字架、转台和圆筒门架；
所述前端采集模块主要包括应变传感器、数据采集仪、工业路由器和无线网桥级配套软件，用于作业现场环境下对门座起重机运行数据的信号采集和传输；
所述通讯组网模块，用于多台门座起重机间的组网并将数据统一发送至中控室服务器端；
所述数据上云模块，用于将前端采集模块收集到的各项数据全部备份，并使用预处理算法将门座起重机工作状态下的有效数据进行选取，通过中控室网络发送至云端服务器；
所述数据处理与数字孪生模块，用于对收集到的各项数据进行处理计算和数字孪生智能化分析；
所述终端显示模块，用于检测结果的实时预警、动态查询与统计、数据监控与回看；
具体地，所述前端采集模块的应变传感器布置在门座起重机象鼻梁、主臂架、大拉杆、人字架和圆筒门架相应位置，实时采集数据并通过导线传输到数据采集仪；
具体地，所述前端采集模块的数据采集仪配置多功能数据采集和传输功能，内置独有的高精度电桥、独立高稳定信号放大调理电路和高性能AD转化器；
具体地，所述通讯组网模块通过无线网桥连接各独立的局域网段(每台门座起重机是一个单独的采集网络)，并且在他们之间提供数据传输。
具体地，所述数据处理与数字孪生模块在数字空间构建了一个基于门座起重机高精度物理模型以及出场数据、历史数据、传感器数据等环境产量的数字实体模型；
具体地，所述终端显示模块包括电脑、平板和手机。
由上述对本发明的描述可知，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种将数字孪生理论与通用门座起重机在线监测统一整合的智能监测系统，在实现门座起重机金属结构实时监测的基础上，进一步利用数字孪生理论全面监测和评估门座起重机的设备性能，结合运行环境信息优化设备控制，整个系统安全可靠，监测效率更高，有助于监控人员获知门座起重机的实时状况。
附图说明
图1为本发明提供的智能监测系统前端采集模块的应变传感器在通用门座起重机上的安装位置分布图。
图2为本发明提供的基于数字孪生的通用门座起重机智能监测系统的结构框图。
图3为本发明提供的智能监测系统数字孪生模块理论架构图。
图1中：1、象鼻梁；11、前拉杆；12、后拉杆；2、平衡梁；3、主臂架；31、臂架头部；32、臂架中部；4、小拉杆；5、大拉杆；51、大拉杆根部；6、人字架；61、机器房上部；62、机器房内部；7、转台；8、圆筒门架；81、圆筒顶部；82、圆筒根部；83、底部大车门腿。
图2中：100、前端采集模块；200、通讯组网模块；300、数据上云模块；400、数据处理与数字孪生模块；500、终端显示模块。
图3中：410、物理空间；411、环境参量；412、门机物理模型；420、数字空间；421、环境数字模型；422、门机数字模型。
具体实施方式
如图1、2所示的示意图可知，本发明提供的基于数字孪生的通用门座起重机智能监测系统包括门座起重机、前端采集模块(100)、通讯组网模块(200)、数据传输上云模块(300)、数据处理与数字孪生模块(400)及终端显示模块(500)；
所述门座起重机金属结构包括象鼻梁(1)、平衡梁(2)、主臂架(3)、小拉杆(4)、大拉杆(5)、人字架(6)、转台(7)和圆筒门架(8)；
所述前端采集模块(100)主要包括应变传感器、数据采集仪、工业路由器和无线网桥级配套软件，用于作业现场环境下对门座起重机运行数据的信号采集和传输；
所述通讯组网模块(200)，用于多台门座起重机间的组网并将数据统一发送至中控室服务器端；
所述数据上云模块(300)，用于将前端采集模块收集到的各项数据全部备份，并使用预处理算法将门座起重机工作状态下的有效数据进行选取，通过中控室网络发送至云端服务器；
所述数据处理与数字孪生模块(400)，用于对收集到的各项数据进行处理计算和数字孪生智能化分析；
所述终端显示模块(500)，用于检测结果的实时预警、动态查询与统计、数据监控与回看；
具体地，所述前端采集模块(100)的应变传感器布置在门座起重机象鼻梁(1)、主臂架(3)、大拉杆(5)、人字架(6)和圆筒门架(8)相应位置，实时采集数据并通过导线传输到数据采集仪；象鼻梁(1)传感器布置在前拉杆(11)和后拉杆(12)相应位置，主臂架(3)传感器布置在臂架头部(31)和臂架中部(32)相应位置，大拉杆(5)传感器布置在大拉杆根部(51)位置，人字架(6)传感器布置在机器房上部(61)和机器房内部(62)位置，圆筒门架(8)传感器布置在圆筒顶部(81)、圆筒根部(82)和底部大车门腿(83)位置；
具体地，所述前端采集模块(100)的数据采集仪配置多功能数据采集和传输功能，内置独有的高精度电桥、独立高稳定信号放大调理电路和高性能AD转化器；
具体地，所述通讯组网模块(200)通过无线网桥连接各独立的局域网段(每台门座起重机是一个单独的采集网络)，并且在他们之间提供数据传输。
具体地，所述数据处理与数字孪生模块(400)在数字空间(420)构建了一个基于门座起重机高精度物理模型(412)以及出场数据、历史数据、传感器数据等环境参量(411)的数字实体模型(422)。物理空间(410)包括环境参量(411)和门座起重机物理模型(412)，其中环境参量(411)包括风速、温度、负载等参数，物理模型(412)是港机设备本体。数字空间(420)包括环境数字模型(421)和门座起重机数字模型(422)，其中数字模型(421)和门座起重机数字模型(422)是根据环境参量(411)和门座起重机物理模型(412)构成了多维度、跨时间、高精度的表征物理空间实体行为的数字孪生体。物理空间(410)向数字空间(420)传递的数据包括实时数据和历史数据，数字空间(420)向物理空间(410)传递故障诊断、控制优化等行为指导意义的数据。
具体地，所述终端显示模块(500)包括电脑、平板和手机，基于时间区间、设备编号等信息实现设备的查询与统计，远程调取历史数据进行回看。
具体的使用过程如下：
将前端采集模块(100)中的应变传感器布置在选定的测量点，通过导线连接到数据采集仪，数据采集仪安装到配电箱中，记录门座起重机的运行数据，保证通讯的畅通和设备的持续供电。多台门座起重机的运行数据通过通讯组网模块(200)使用无线网桥进行组网将数据统一发送至中控室服务器端。数据传输上云模块(300)将前端采集模块(100)采集到的各项运行数据全部进行备份，并使用预处理算法，将各类不同状态下的有效数据进行选取，通过中控室网络发送至云端服务器。数据处理与数字孪生模块(400)部署在云端服务器，对各项数据进行处理计算，并通过数字孪生进一步对数据进行智能化分析，对门座起重机的使用情况和安全状况进行评估。终端显示模块(500)能够登陆数据传输上云模块(300)中的云端服务器，提供基于电脑、平板或手机客户端的实时数据查看，也可以远程调取经过数据处理与数字孪生模块(400)分析的各项数据。终端显示模块(500)能够实现基于角色和权限分责、分权操作管理，以实现安全性控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和具体实施方式。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于数字孪生的通用门座起重机安全智能监测系统，其特征在于：包括：
门座起重机、前端采集模块(100)、通讯组网模块(200)、数据传输上云模块(300)、数据处理与数字孪生模块(400)及终端显示模块(500)；
所述门座起重机金属结构包括象鼻梁(1)、平衡梁(2)、主臂架(3)、小拉杆(4)、大拉杆(5)、人字架(6)、转台(7)和圆筒门架(8)；
所述前端采集模块(100)主要包括应变传感器、数据采集仪、工业路由器和无线网桥级配套软件，用于作业现场环境下对门座起重机运行数据的信号采集和传输；
所述通讯组网模块(200)，用于多台门座起重机间的组网并将数据统一发送至中控室服务器端；
所述数据上云模块(300)，用于将前端采集模块收集到的各项数据全部备份，并使用预处理算法将门座起重机工作状态下的有效数据进行选取，通过中控室网络发送至云端服务器；
所述数据处理与数字孪生模块(400)，用于对收集到的各项数据进行处理计算和数字孪生智能化分析；
所述终端显示模块(500)，用于检测结果的实时预警、动态查询与统计、数据监控与回看。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的通用门座起重机安全智能监测系统，其特征在于，所述前端采集模块(100)的应变传感器布置在门座起重机象鼻梁(1)、主臂架(3)、大拉杆(5)、人字架(6)和圆筒门架(8)相应位置，实时采集数据并通过导线传输到数据采集仪。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的通用门座起重机安全智能监测系统，其特征在于，所述前端采集模块(100)的数据采集仪配置多功能数据采集和传输功能，内置独有的高精度电桥、独立高稳定信号放大调理电路和高性能AD转化器。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的通用门座起重机安全智能监测系统，其特征在于，所述通讯组网模块(200)通过无线网桥连接各独立的局域网段(每台门座起重机是一个单独的采集网络)，并且在他们之间提供数据传输。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的通用门座起重机安全智能监测系统，其特征在于，所述数据处理与数字孪生模块(400)在数字空间构建了一个基于门座起重机高精度物理模型以及出场数据、历史数据、传感器数据等环境产量的数字实体模型。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的通用门座起重机安全智能监测系统，其特征在于，所述终端显示模块(500)包括电脑、平板和手机。
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