（机械工程专业论文）基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究.pdf

上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研壳 摘要 全文以厦门港务集团海天集装箱有限公司实际生产项目起重机远程监控管 理系统为背景，研究海天码头桥机远程监控管理系统的建设方案的设计与实现，并将 此方案投入生产运行，取得了初步的成效。 全文整体分为两大模块：桥机远程监控系统建设和桥机监控管理系统建设。其中 远程监控系统建设是文章的研究重点，全面分析从方案选择、系统设计到系统实现的 整个过程。远程监控系统建设方案基于对海天码头现状深入的调研，选取“设备一 本地数据采集r r c m s + 无线传输”的方式，将设备中的信息先采集到本地，通过 无线局域网传输到远端，在远端直接架设r c m ss e r v e r ，生成人机界面，进而实现设 备的远程监控数据采集方案选取以太网通讯方式进行控制数据的实时传输，利用 c 1 5 4 5 通信板提供的通信功能，实现上位机与p l c 的通信。在r c m s 所在的计算机上 安装a c 4 1 0 的驱动，通过a c 4 1 0 的以太网交换机获取p l c 的实时数据。通讯数据与上 位机传输通过自行开发的 c a i oo p cs e r v e r 作为媒介，通过标准接口访问的方式实 现实时数据采集。 c a i o 驱动主要开发完成四个部分功能；i p 包截取、i p 包分析、 数据缓存和缓存读取接口：a c 4 1 0o p cs e r v e r 选用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 作为 基本开发语言，标准接口部分采用a t l 应用程序向导进行c o m 组件程序的开发，硬件 通信部分采用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 面向对象的编程思想编写底层通讯程序和基本 界面。数据传输方案选取c i s c oa i r o n e t2 4 g h z 全覆盖组网方案，具有稳定性、可 扩展性、数据保密、成熟耐用、便捷管理等优点。在远程监控系统组态方面，选用组 态软件实现人机界面的交互，设计实现了包括设备状态监视系统、维护预警系统、诊 断历史维护系统、i o 模块编程系统、统计与报表系统、场内i f f gg p s 定位系统( 另 选) 、闭路电视监控( o c t v ) 系统( 另选) 等各子系统的桥机远程监控系统。 在监控系统与管理系统的结合上，引入了m e s ( 制造执行系统) 的概念，它屏蔽 了管理控制系统间的层层差异，最终实现了一个实时数据交换集成平台，通过数据接 口与数据采集、数据归档与存储、数据组态与数据库管理和数据应用等方面实现了管 理与监控层的有机融合。 全文的研究对于港口现场数据无障碍、实时、高效的传输与共享以及港口管控一 体化集成平台的搭建具有重要的现实意义，是自动化与信息化的有机融合，也是管理 与控制思想的高度统一，是港口信息化发展的必经之路与必然选择。 关键词：起重机远程监控；监控管理；a c , 4 1 0 驱动；o p c 服务器；m e s 上鸯海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 a b s t r a c t r e g a r d i n gt h ea c t u a ip r o d u c t i o np r o j a c to fx i a m e nh a i t i a np o r tc o n t a i n e r c o m p a n y 一一c r a n em m o t am o n i t o d n gm a n a g e m e n ts y s t e m 。t h et h e s i s r e s e a r c h e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fh a i t i a nc m n er e m o t e m o n i t o r i n ga n d m a n a g e m e n ts y s t e m t h eo p e r a t i o no ft h i sp r o g r a mh a sb e e np u ti n t op r o d u c t i o n a n da c h i e v e dj n i t i a lr e s u l t s t h ef u i it e x to ft h eo v e r a l lb r i d g ec o n s i s t so ft w om o d u l e s ：r e m o t em o n i t o d n g s y s t e mm o n i t o r i n g a n d m o n i t o r i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，i n w h i c hr e m o t e m o n i t o r i n gs y s t e mi st h ef o c u so ft h ea r t i c l e i tg i v e sac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so f t h et h ew h o l ep r o c e s so fs y s t e md e s i g n r e m o t am o n i t o r i n gs y s t e mb u i l d i n gp r o g r a mb a s e do nt h eh a r i a ns i t u a t i o n i n v e s t i g a t i o n i ts e l e c t e d 。d a t aa c q u i s i t i o n - r c m s + i o c a lw i r e l e s st r a n s m i s s i o n e q u i p m e n tg u a n g z h o ut r a d ef a i r 。t h ef i r s ta c q u i s i t i o no fe q u i p m e n tt ol o c a l l n f o r m a t i o nt h r o u g hw i r e l e s sl a nt r a n s m i s s i o nt ot h ed i s t a lr c m ss e w e re r e c t e d d i r e c t l yi nt h ed i s t a lg e n e r a t eh u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e 。s oa st or e a l i z et h er e m o t e m o n i t o r i n ge q u i p m e n t e t h e m e tc o m m u n i c a t i o nf o rd a t aa c q u i s i t i o np r o g r a m s e l e c t e dr e 纠- t i m ec o n t r o io fd a t at r a n s m i s s i o n 。c i s 4 5c o m m u n i c a t i o nb o a r df o rt h a u s eo ft h ec o m m u n i c a t i o n sf u n c t i o n sa n dt h ec o m m u n i c a t i o n sb e t w e e np ca n d p l c a c 4 1 0r c m sl i e sj nt h ei n s t a l l a t i o no ft h ec o m p u t e r - d r i v e n a g 钉op l c e i h e m e ts w i t c h e st h r o u g hr e a l - t i m ed a t aa c q u i s i t i o n c o m m u n i c a t i o n sa n dd a t a t r a n s m i s s i o nt h r o u g ht h ep ca sam e d i as e w e rd e v e l o p e db ya c 4 10o p c ， a c h i e v e d t h r o u g h s t a n d a r dj n t e r f a c e s o ft h er e a l - t i m ed a t a a c q u i s i t i o n a c 4 10 - d r i v e n d e v e l o p m e n tt h ef o u rp a r t so ft h em a i nf u n c n o n s ：l pp a c k e t i n t e r c e p t i o n 。i pp a c k e ta n a l y s i s d a t ac a c h ea n dc a c h er e a di n t e r f a c e ；1 1 1 e d e v e l o p m e n to fa 0 4 10o p cs e w e rc h o o s e sm i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0a st h eb a s i c l a n g u a g e f o rt h e s t a n d a r di n t e r f a c e sp a r t 。i ts e l e c t st h ea t la p p l i c a t i o n p r o c e d u r e sg u i d ef o rt h ed e v e l o p m e n to fc o mc o m p o n e n t sp r o g r a m ，a n df o rt h e h a r c l w 盯ec o m m u n i c a t i o n sp a r t ，i tu s e sm i c r o s o f tv j s u a lc + + t h eo b j e c t - o r i e n t e d p r o g r a m m i n gw a yf o r t h eb o t t o mc o m m u n i c a t i o n sp r o c e d u r e sa n dt h eb a s i c i n t e r f a c e c h o o s i n gc i s c oa i r o n e t2 4 g h zd a t at r a n s m i s s i o nn e t w o r kc o v e r i n gt h e 2 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 e n t i r ep m g m m w i t ht h es t a b i l i t y , s c a l a b i l i t y , d a t ac o n f i d e n t i a l i t y , m a t u r ed u r a b l ea n d c o n v e n i e n tm a n a g e m e n ta d v a n t a g e s i nr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mc o n f i g u r a t i o n ， s o f t w a r ec o n f i g u r a t i o ns e l e c t i o no fi n t a r a c t i v eh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e d e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e m ，i n c l u d i n ge q u i p m e n tc o n d i t i o nm o n i t o r i n g ， m a i n t e n a n c eo fe a r l yw a r n i n gs y s t e m s ，d i a g n o s t i cs y s t e m sm a i n t e n a n c eh i s t o r y , m o d u l a rp r o g r a m m i n gs y s t e m ，t h es t a t i s t i c sa n dr e p o r t i n gs y s t e m ，t h e r er u b b e r 1 1 r e dg a n t r yc r a n eg p sp o s i t i o n i n g s y s t e m ( a l t e m a t i v e ) c g s u r v e i l l a n c e ( c c t v ) s y s t e m ( a l t e m a t i v e ) r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e ms u b s y s t e mo ft h eb r i d g e t h em o n i t o r i n gs y s t e ma n dm a n a g e m e n ts y s t e m i n t e g r a t i n gt h ei n t r o d u c t i o n o ft h em e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ) c o n c e p t i ts h i e l d i n gl a y e r so ft h e d i f f e r e n c e sb e t w e e nt h em a n a g e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m ，t h ee v e n t u a lr e a l i z a t i o n o far e a l - t i m ei n t e g r a t e dd a t ae x c h a n g ep l a t f o r mt h r o u g hd a t ai n t e r f a c ea n dd a t a a c q u i s i t i o n ，d a t aa r c h i v i n ga n ds t o r a g e c o n f i g u r a t i o nd a t aa n dt h ea p p l i c a t i o no f d a t aa n dd a t a b a s em a n a g e m e n tt oa c h i e v e t h eo r g a n i ci n t e g r a t i o no ft h e m a n a g e m e n ta n dc o n t r o | l a y e r p o r ts r ef o rt h ef u t e x to fr e s e a r c hd a t aa c c e s s i b l e 。r e a l - t i m e ，h i g h l ye f f i c i e n t t r a n s m i s s i o na n ds h a d n g 。a n dp o r tc o n t r o lm a n a g e m e n tp l a t f o r mw i b eo fp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e ，a n di ti st h ea u t o m a t i o na n di n f o r m a t i o n i z a n i o no r g a n i ci n t e g r a t i o n m a n a g e m e n ta n dc o n t r o la sw e l la sah i g hd e g r e eo fu n i t yi nt h i n k i n g ，t h e d e v e l o p m e n to fp o r te f f i c i e n c ya n di n f o r m a t i o nn e c e s s a r yc h o i c e w e iq i u x i n ( m e c h a t r o n i c se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rs h ij i a n m i na n dh u a n gz i r o n g k e yw o r d s ：r e m o t ec r a n em o n i t o r i n gs y s t e m ，c o n t r o lm a n a g e m e n t , a c 4 1 0 d r i v e r , 0 p cs e v e r , m e s 3 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或者其他机构 已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献 均已在论文中作了明确的声明并表示了感谢。 作者签名：l 耄= f i 2 堡兰圭j 函期：兰丝 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布 论文的全部和部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论 文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：师签名：啦日期：2 2 ：i ： 上海海事大学硕士学位论文：基于无线同络的桥机远程管理系统设计研究 1 1 选题意义 1 绪论 集装箱运输作为件杂货的一种先进运输方式，已经成为当今国与国之间，地区 与地区之间物资贸易和运输的主流。我国的集装箱运输起步于约世纪5 0 年代的铁 路运输，随着我国经济体制改革和对外开放政策的实旌，我国与世界各国的贸易迅 速发展，港口集装箱吞吐量保持高速增长，特别是我国加入w t o 以后，在新的挑 战下，集装箱运输呈现出了更加迅猛的发展势头 近年来，随着我国集装箱港口运输业的进一步发展，码头业务迅速增长，码头 大型设备急剧增加，设备也越来越先进，常规的设备管理方法越来越不能满足生产 上的要求，一种崭新的管理理念应运而生设备管理从原来计划经济的事后维修 管理模式向以状态跟踪为主的预防性维修模式转变随着计算机技术和网络技术的 发展，技术的信息化势在必行，设备管理应建立在大量数据分析和实时监控的基础 上，因此，c m s ( 起重机管理系统) 和r c m s ( 起重机远程管理系统) 得到广泛应 用，这也大大提高了起重机管理水平和排障速度。 本文正是顺应港口集装箱运输的发展趋势，以现代化设备管理理念为基础，提 出的港口集装箱运输设备实时监控管理系统建设方案这一方案对于提高码头大型 设备的现代化管理水平，有效预防设备故障和高效的解决故障进而提高集装箱码头 的运行效率具有积极的现实意义。同时，本方案可实现通过各种网络远程监控设备 的运行状态，使设备管理人员无论走到何处都可以方便的接收到设备的故障诊断信 息，真正实现了设备管理的智能化与现代化。 1 2 研究内容 本文以厦门港务集团海天集装箱有限公司实际生产项目起重机远程监控管 理系统为背景，通过码头的生产调研，结合现场设备的实际情况和现有的技术水平， 综合比较各种方案，最终提出一套适应码头发展需要的监控系统建设方案，并将此 方案推入实际生产，在公司现实的设备管理中加以应用，取得了初步的成效 本方案包括两部分内容：远程监控系统建设以及监控系统与管理系统的融合 在远程监控系统的建设方面，采用r c m s ( 远程起重机管理系统系统) 在码头监控 起重机的实时运行状态。整个系统中数据采集方案选用c 1 5 4 5 通讯方式实现不同现 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 场设备的实时数据获取与传输，在硬件上选用c 1 5 4 5 通信板作为传输媒介，软件方 面通过自行开发a c 4 1 0 驱动和a c 4 1 0o p cs e r v e r 完成数据采集中的各种功能； 数据传输方案采用无线局域网代替光缆，传输效率高，同时节约了成本。该系统依 靠可编程控制技术、网络通讯技术、v b a 编程技术和无线冗余等多种现代技术，实 现了港区内桥吊信息化的集中监控与统计管理，通过互联网即可登录该系统的各个 模块，做到真正意义上的远程监控：利用p l c 控制点抓捕的信息可以输出时各类实 时的机械运行报表和统计报表，兼具预维护和总结的双重功能，提供第一手的信息 数据；颠覆了以往传统的故障维修流程，大大缩短了故障排除时问，对确保前方码 头装卸的时间和效率具有积极意义；通过光纤或无线l a n ，我们能在舒适的办公室 里接收到来自远方的起重设备故障诊断信息通过r c m s 获取的信息或数据和港口 维护管理系统相结合生成一个全面的系统维护记录，以方便对可能的故障进行预防 和预测。 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 2 桥机远程管理系统前期调研及基础方案 2 1 码头现状调研 海天集装箱有限公司是厦门国际港务股份有限公司的骨干成员企业，专业从事 国际海运集装箱的装卸、堆存、中转业务，旗下的海天码头是我国东南地区最大的 集装箱专业码头，共有7 个顺岸式泊位，总长1 5 1 0 米，码头前沿水深为1 2 2 - - - 1 3 8 米，能够同时接纳两条8 5 0 0 _ r e u 以上集装箱船舶靠泊作业。 海天码头占地面积6 5 万平方米，设施设备规模大、数量多、配套齐全，交接库 面积9 3 4 5 平方米，冷藏箱插座1 0 5 2 个，1 4 条进出场通道，拥有岸边集装箱装卸 桥1 3 台、龙门吊3 0 台，跨运车1 1 台、以及正面吊与堆高机等其他大型集装箱机 械设备，配备有先进快捷的清华同方“威视m b l 2 1 5 h s ”大型集装箱检查系统，近 百部集装箱拖车为场内平面运输和码头的集疏运提供强有力的保障目前，海天码 头实际的年吞吐能力已超过2 万t e u 。码头现场布局如图2 - 1 所示。 图2 - 1 海天码头岸边布局图 海天码头现有七台网桥( w b ) 已分别安装于q 5 、q 6 、q 7 、q 9 、q 1 0 、q 1 1 、 q 1 2 岸桥上，十个通信基站c a p ) 主要覆盖6 1 1 号泊位，需要重新调整。另有七 个网络适配器( s a ) 分别安装于7 台m - g 上。这些a p 、w b 和s a 均为i e e e 8 0 2 1 1 无线网络产品，品牌为b r e e z e c o m 。q 1 、q 2 为g e9 0 3 0p lc ，c t 直流驱动器； q 3 为p c5 0p l c ，l e o p a c k 掣a 直流控制系统：q 4 、q 5 为g e 系列6p l c ，d c 3 0 0 直流驱动器；q 6 、q 7 、q 9 、q 1 0 、q 1 1 、q 1 2 为a b b a c 4 1 0 p l c 纶c s 6 0 0 变 频器；q 8 、q 1 3 为a b b a c 8 0 0 p l c a c s 6 0 0 交频器。r t g 有船台，其n o e l l 2 0 台，振华4 台，其他4 台，轨道吊两台。各岸桥的相关参数如表2 - 1 所示。 上海海事大学硕士学位论文；基于无线同络的桥机远程管理系统设计研究 表2 - 1 海天码头岸桥参数表 桥吊q i 0 2 静q 端q 4 1 q s # c ) 6 q t # q 8 q 1 3 聋q 9 q 1 0 q l l q 1 2 # 额定起重量 3 0 53 5 6 3 5 6 4 5 6 1 5 5 ( 吨) 外伸距 3 6 4 24 4 4 6 55 55 2 ( 米) 起升高度轨 2 5 ，1 23 彭1 4 3 0 1 43 2 ，1 53 6 ，1 63 6 1 5 上吓( 米) 海天码头的1 3 台桥吊按照其使用的p l c 分类如下： ( 1 ) g e 9 0 3 0 ：2 台 ( 2 ) 东芝：1 台 ( 3 ) g e s e r i e s 6 ：2 台 ( 4 ) a b b a c s 0 0 ：2 台 ( 5 ) a b b a c 4 1 0 -6 台 码头共有新旧5 种类型的p l c 设备，采用不同的通信协议方式，是目前最多 p l c 品牌的码头。由于东芝的资料很少，暂不纳入r c m s 。本方案主要研究在a b b a c 4 1 06 台系统原有r c m s 的基础上，结合两台g es e d e s 6 的改造将1 2 台桥吊 整合成一套完整的设备监控和管理系统，并创新开发出若干新功能，满足码头的个 性化需求，提高企业核心竞争力系统主界面可以直观地监控到码头前沿的装卸进 展情况；可与生产操作系统的数据接口将码头的装卸生产和设备数据得以资源共享， 提高整个公司的信息化管理水平。但a b b 系统存在数据采集上的困难，g es e r l e s 6 需要改造增加以太网接口 2 2 码头监控系统的数据结构 根据码头各类桥吊的特点以及控制需要和功能，将控制点位数据分为概要数据、 起升机构数据、起升机构联锁数据、小车机构数据、小车机构联锁数据、俯仰机构 数据、俯仰机构联锁数据、大车机构数据、大车机构联锁数据、倾转机构数据、载 荷测量数据、控制电源数据、吊具数据、电缆卷盘数据等十四类，监控系统正是对 这些p l c 的控制点位进行监控管理，进而监控整个桥吊的运行状态。点位分布情况 如表2 2 所示： 上海海事大学硕士学位论文；基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 表2 - 2 桥吊控制点位分布表 数据类型p l c 控制点位数据 概要大车海侧 大车陆侧操作站 驾驶室急停 机器房1 急停 机器房2 俯仰+ b c 0 1 柜 电气房 后大粱 大粱前端 司机室2 3 0 v a c = c v l l 司机室2 4 v d c = c v l l 主电源电气房- - - - l v 2 1 电气房2 3 0 v a c = l v 2 电气房2 3 0 v a c = l v 2 1 电气房2 3 0 v a c - - - - c v 2 电源跳闸状况 电气房2 3 0 v a c = c v 2 1 电气房2 4 0 v d c - - - - c v 2 1 主电源大车陆侧模块箱= l v 4 大车陆侧模块箱2 3 0 v a c = l v 4 大车陆侧模块箱2 4 v d c = c v 4 1 加热1 电源 加热2 电源 线电流 电网电压 直流母捧电压 有功 i s u 供电单元 无功 电量 故障 上电准备好 运行准备好 5 上海海摹大学硕士学位论文：基于无线同结的桥机远程管理系统设计研究 风速 风速 风速报警 强风停止 起升 实际速度 位置 故障 报警 参数 驱动器没准备就绪 上升联锁 下降联锁 速度限制 没同步 速度给定 实际速度 力矩 传动概况1 电机电流 直流电压 电机电压 速度给定 实际速度 力矩 传动概况2 电机电流 直流电压 电机电压 位置 故障 报警 驱动器没准备就绪 驱动器状况 上升联锁 下降联锁 速度限制 没同步 驱动器模式起升1 接触器合 起升1 编码器合 - 6 一 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 起升2 接触器合 起升2 编码器合 风机1 运行 电机 风机2 运行 制动器电源跳闸 制动器 制动器1 释放 制动器2 释放 泵跳闸 应急制动器 泵运行 制动器释放 应急驱动合 应急驱动器 应急驱动分 应急驱动控制合 起升上升超行程限位( 硬限位) 上升终点停止限位( 硬限位) 上升终点停止限位( 软限位) 上升减速( 硬限位) 同步限位 限位开关 横粱保护下降停止( 软限位) 陆侧下降减速( 硬限位) 陆侧下降停止 海侧下降减速( 硬限位) 起升下降终点停止位置( 软限位) 起升下降终点停止位置( 硬限位) 起升上升超行程限位 上升终点停止限位 上升减速 同步限位 限位开关设定 横梁保护下降停止 陆侧下降减速 陆侧下降停止 海侧下降减速 下降终点停止位置 偏差 同步位置 上海海事大学硕士学位论文：基于无线同络的桥机远程管理系统设计研究 上升减速 陆侧下降减速 海侧下降减速检查 总重 净重 重量传感器1 载荷测量 重量传感器2 重量传感器3 重量传感器4 起升联锁通讯故障 驱动器故障 机械超速故障 安全联锁 减速检查故障 机械终点故障 上升超行程 驱动器故障 同步监视故障 电机超温 驱动器启动联锁 冷却风扇故障 驱动器未准备就绪 驱动器在本地模式 手柄故障 应急制动器接触器故障 起动联锁 应急制动器故障 载荷测量故障 上升终点停止限位 重同步中 上升联锁 脱锁不在位置 吊具故障 下降终点停止限位 重同步中 下降联锁 松绳 吊具着箱 速度限制 起升未同步 8 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 小车未同步 旁路速度 起升过载速度 本地控制箱选中 吊具着箱 爬行速度选中 小车在4 4 m 外 小车速度 参数 位置 故障 报警 驱动器没准备就绪 驱动器状况 向前联锁 向后联锁 速度限制 没同步 速度给定 实际速度 力矩 传动概况1 电机电流 直流电压 电机电压 速度给定 实际速度 力矩 传动概况2 电机电流 直流电压 电机电压 小车1 接触器合 小车1 编码器合 驱动器模式 小车2 接触器合 小车2 编码器合 制动器 制动器电源那跳阐 制动器1 打开 9 上海海事大学硬士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 制动器2 打开 拖缆小车电机启动 拖缆小车在向前泊车位 拖缆小车在向后泊车位 拖缆小车电机1 上井停止 拖缆 拖缆小车电机2 上升停止 拖缆小车电机1 下降停止 拖缆小车电机2 下降停止 拖缆小车锚定在下降位置 拖缆小车锚定在上升位置 自动选中 手动选中 液压泵运行 液压油位正常 小车张紧油缸1 在高位 小车张紧油缸1 在低位 小车张紧低油压 小车张紧高油压 钢丝绳张紧装置 小车张紧俯仰上升低油压 小车张紧俯仰上升高油压 小车张紧油缸2 在商位 小车张紧油缸2 在低位 小车张紧低油压 小车张紧高油压 小车张紧俯仰上升低油压 小车张紧俯仰上升高油压 硬件限位 向前超程( 硬限位) 向前终点停止( 歙鼹盥) 向前减速( 硬限位) 陆侧( 软限位) 俯仰上升小车向前停止( 硬限位) 海侧横梁保护向后停止( 软限位) 海侧横粱保护向前停止( 软限位) 同步位置( 硬限位) 1 0 - 上海拇事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 陆侧横粱保护向后停止( 软限位) 陆侧横粱保护向前停止( 软限位) 向后减速( 硬限位) 向后终点停止( 软限位) 向后停止( 硬限位) 向前超程 向前终点停止 向前减速 陆侧 俯仰上升小车向前停止 海侧横梁保护向后停止 限位开关设定 海侧横梁保护向前停止 同步位置 陆侧横梁保护向后停止 陆侧横梁保护向前停止 向后减速 向后终点停止 向后停止 同步偏差窗口 限制 向前速度检查 向后速度检查 同步位置偏差 偏差 正向减速检查 反向减速检查 小车联锁 通讯故障 制动器故障 减速检查故障 安全联锁 终点速度监测故障 向前超程故障 向后停止故障 驱动器启动联锁驱动器故障 同步检查故障 电机超温 驱动器没准备就绪 一1 1 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 驱动器在本地模式 手柄故障 应急制动器接触器故障 左锚定未释放 起动联锁 右锚定未释放 拖缆张紧液压泵未就绪 小车门打开 拖缆小车锚定在下降位置 向前终点停止限位 小车向前联锁 重同步中 拖缆小车向前停止 向后终点停止限位 小车向后联锁 重同步中 拖缆小车向后停止 小车未同步 起升未同步 旁路 速度限制 起升过载 本地控制箱选中 爬行速度选中 拖缆小车位置故障 俯仰速度 参数 俯仰角度 故障 报警 驱动器没准各就绪 驱动器状况 上升联锁 下降联锁 速度限制 俯仰驱动器选中 俯仰1 接触器合 俯仰1 编码器合 驱动器模式 小车1 接触器合 小车1 编码器合 1 2 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 电机 风机运行 驱动器电源跳闸 制动器 制动器释放 制动器电源跳闸 应急制动器 泵运行 制动器释放 应急驱动合 应急驱动 应急驱动分 应急驱动控制合 上升超行程限位( 硬限位) 上升终点停止限位，同步( 硬限位) 上升减速( 硬限位) 硬件限位 在度之上( 硬限位) 在3 0 度之上( 软限位) 下降减速( 硬限位) 下降终点停止限位，同步( 硬限位) 挂钩抬起 挂钩 挂钩落下 俯仰已挂钩 俯仰联锁通讯故障 制动器故障 安全联锁 应急制动器故障 机械超速故障 上升超行程 驱动器故障 电机超温 驱动墨没准备就绪 驱动器联锁 驱动器在本地模式 应急驱动器已连接 冷却风机故障 驱动器未选中 启动联锁 应急驱动器接触器故障 卡死监浏故障 顺序故障 一1 3 上海海事大学硕士学位论文：基于无线同络的桥机远程管理系统设计研究 俯仰挂钩故障 小车不在正确位置 吊具闭锁 吊具太高 上升终点停止位置 6 0 度上升停止 重同步中 上升联锁 应急制动器没释放 向上撞船 拖缆不在停车位 下降终点停止位置 松绳 下降联锁 重同步中 应急制动器没释放 向下撞船 减速 速度限制 旁路速度 大车 速度给定 实际速度 力矩 传动概况1 电机电流 直流电压 电机电压 故障 报警 驱动器没准备就绪 驱动器状况 左联锁 右联锁 速度限制 大车驱动器选中 驱动器模式 大车1 接触器合 大车1 编码器合 大车2 接触器合 大车2 编码器合 1 4 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 大车1 选中 大车2 选中 制动器电源跳闸 海侧制动器1 释放 海侧制动器2 释放 海侧制动器3 释放 海侧制动器4 释放 海侧制动器5 释放 海侧制动器6 释放 海侧制动器7 释放 制动器 海侧制动器8 释放 陆侧铡动器9 释放 陆侧制动器l o 释放 陆侧制动器1 1 释放 陆侧制动器1 2 释放 陆侧制动器1 3 释放 陆侧制动器1 4 释放 陆侧制动器1 5 释放 陆侧制动器1 6 释放 断路器1 8 跳闸 电机断路器 断路器9 1 6 跳闸 陆侧已释放 防风销 海侧已释放 向右撞船 撞船 向左撞船 夹轨器1 1 选中 泵运行 夹轨器1 1 高油压 油位正常 高油温 夹轨器1 2 夹轨器1 2 选中 泵运行 高油压 油位正常 1 5 上海海事大学硕士学位论文：基于无线同络的桥机远程管理系统设计研究 高油温 制动嚣1 释放 制动嚣2 释放 制动器3 释放 夹轨器1 制动器4 释放 制动器5 释放 制动器6 释放 夹轨器2 1 选中 泵运行 夹轨器2 1 高油压 油位正常 高油温 夹轨器2 2 选中 泵运行 夹轨器2 2 高油压 油位正常 高油温 制动器1 释放 制动器2 释放 制动器3 释放 夹轨器2 制动器4 释放 制动器5 释放 制动器6 释放 大车联锁 通讯故障 安全联锁 制动器总故障 驱动器故障 电机断路器l 8 跳闸 电机断路器9 1 6 跳闸 驱动器联锁 电机超温 驱动器没准备就绪 驱动罂在本地模式 驱动器未选中 起动联锁 手柄故障 应急制动器接触器故障 1 6 上海海事大学硕士学位论文：基于无线同络的桥机远程管理系统设计研究 强风 电缆卷筒故障 夹轨器故障 夹轨器没释放 防风销没抬起 俯仰不在所在位置 右侧终点停止限位 大车右侧联锁 右侧防撞 向右撞船 左侧终点停止限位 左侧联锁 左侧防撞 向左撞船 减速 旁路 速度限制 起升过载 现场操作箱低速 现场操作箱高速 倾转 运行 低速 向前终点停止( 硬限位) 电机1 向后终点停止( 硬限位) 向前终点停止( 软限位) 向后终点停止( 软限位) 电机到位置 运行 低速 向前终点停止( 硬限位) 电机2 向后终点停止( 硬限位) 向前终点停止( 较限位) 向后终点停止( 软限位) 电机到位置 电机3 运行 低速 向前终点停止( 硬限位) 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 向后终点停止( 硬限位) 向前终点停止( 软限位) 向后终点停止( 软限位) 电机到位置 左右倾 倾转 前后倾 旋转 电机1 位置 电机位置 电机2 位置 电机3 位置 总重 净重 重量传感器l 载荷测量 重量传感器2 重量传感器3 重量传感器4 总故障 主电源合 岸点连接 司机室操作站 电气房 控制电源 俯仰室操作站 大车陆侧操作站 机器房1 机器房2 输入，输出强制 吊具故障 吊架吊架已连接 泵运行 吊具着箱 吊具 着箱1 着箱2 吊具闭锁状态 旋锁 吊具开锁状态 一1 8 一 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 2 0 英尺 伸缩 4 0 英尺 4 5 英尺 电缆张紧 卷筒电缆松弛 电缆卷盘 电缆卷筒 运行 故障 2 3 桥机远程监控系统总体建设方案选择 桥机远程监控系统是从设备中获取实时状态信息，并通过远端人机界面进行实 时监控，整个系统由三部分组成：设备层的数据采集，数据从本地到监控点的传输 以及监控状态的人机界面显示系统搭建可选用如下四种方案： 方案一：设备，l c m 争r c m s + 光缆传输：这种方案是将设备中的信息 通过本地架设c m ss e r v e r 生成本地监控的人机界面，然后通过光缆传输将监 控画面传送到远端的c m sv i e w e r ，进而实现设备的远程监控； 方案- - 设备l c m 争r c m s + 无线传输：这种方案是将设备中 的信息通过本地架设c m ss e r v e r 生成本地监控的人机界面，然后通过无线局 域网传输将监控画面传送到远端的c m sv i e w e r ，进而实现设备的远程监控； 方案三：设备 本地数据采集_ 只c m s + 光缆传输：这种方案是将 设备中的信息先采集到本地，然后通过光缆将数据传输到远端，在远端直接架 设r c m ss e r v e r ，生成人机界面，进而实现设备的远程监控： 方案四：设备 本地数据采集_ r c m s + 无线传输：这种方案是将 设备中的信息先采集到本地，然后通过无线局域网将数据传输到远端，在远端 直接架设r c m ss e r v e r ，生成人机界面，进而实现设备的远程监控。 这四种方案均可作为桥机远程监控系统的组态方案，并在实际项目中有所应 用。通过调研分析，l c m ss e r v e r 到r c m sv i e w e r 成本很高，且传输效率较低， 光缆和无线传输相比价格也相对较高。在本项目中，结合海天码头桥机的实际情况， 综合考虑效率、成本及传输的稳定性等因素，决定选择方案四( 设备，本地数据 采集- - - - - r c m s + 无线传输) 作为系统建设的基础框架，后续章节均围绕此框架展 开。 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 3 桥机远程监控系统的数据采集方案 3 1 数据采集方案综述 在上述方案中对控制点位的数据采集是远程监控系统搭建的第一步，因此如何 选取一种最有效的通讯方式实现不同系统、不同网络间的数据交换是远程监控实现 的基础。根据码头的实际调研以及数据分析，除了a b ba c 4 1 0 以外，其他的p l c 都已经有现成的数据采集解决方案，主要通过o p cs e r 、，e r 方式为r c m s 提供数 据。而a b ba c 4 1 0 采用内部不公开的通信协议，厂商根本不提供技术资料，更不 支持o p c 方式。因此，我们把研究的重点放在a b ba c 4 1 0 上面。针对现有的技术 特点，对a b ba c 4 1 0 的数据采集提出如下几种方案： 方案一：g c o m 通讯方案 g c o m 通信方式是a b b 产品最常用的通信方式，g c o m 协议用于连接m b 3 0 0 主干网络和二级计算机网络之间的连接协议，拥有较多的第三方厂商支持。上位机 可以在以太网上使用g c o m 协议访问p l c ，拥有百兆以太网的带宽，访问速度快， 实时性好，其工作原理如图争1 所示 图3 1g c o m 通信方式原理图 采用g c o m 通信协议必须有c 1 5 4 3 通讯板和g c o m 驱动程序，例如0 p c s e r v e rf o rg c o m ，d d es e r v e rf o rg c o m 。 方案二：e x c o m 通信方案 e c o m 是a b b 提供的通过串口和p l c 通信的协议，在a c 4 1 0 的核心板 p m l 5 0 留有串口，可用于访问p l c 由于采用串口通讯的方式，e x c o m 的速度较慢，实时性差。因此e x c o m 不 适合作为r c m s 的通信方案，只能用户维护的用途。 方案三：c m s 通信方案 上海海事大学硕士学位论文：基于无线网络的桥机远程管理系统设计研究 目前，a b b 在为用户提供r c m s 系统时，通常采用c 1 5 4 5 通讯板，c 1 5 4 5 通 讯板绑定了a b b 的c m s 内部通信协议，专门用于p l c 和r c m s 之闻的通信。该 通信方式也是基于以太网，有很高的速率，实时性好。 目前尚没有第三方厂商推出针对c 1 5 4 5 通信板的解决方案，采用这种方案需要 自行开发c 1 5 4 5