大型起重机的运营效率的分析介绍

大型起重机安全监控管理信息系统是经典的信息物理系统（Cyber Physical System，CPS），本节以门座式大型起重机的CPS系统为例，进行相关的说明和分析。

大型港口门座起重机安全管理监控系统设计和实施中要求采用成熟、先进的技术，系统主要性能指标要达到国内先进水准。以经济实用为原则，充分考虑初始一次性投资的规模，并使系统今后运行时的成本最小化，达到较高的性价比。系统配置要适合使用要求，从而创造高效、安全、准确的环境，达到安全生产的目的。

项目遵循总体设计、分步实施的原则，整个系统要具有较高的可扩展性、安全性、可靠性和准确性。要求监控系统通过与起重机PLC控制系统通信，达到对事件的快速处理、响应和存储功能。

大型港口门座起重机主要是为了对起重机进行实时监控管理而开发的一套监控系统。本项目安全管理系统设计需考虑如下子系统工程，即实时状态监控系统、故障报警系统、历史故障查询系统、操作记录查询系统。监控系统可进行扩展，留有足够的接口，以满足整个监控系统的要求。

系统的安全防范系统的设计需满足以下国标中的各项要求：GB/T 28264—2012《起重机械安全监控管理系统》；GB 6067.1—2010《起重机械安全规程第1部分：总则》；GB 5226.2—2002《机械安全机械电气设备第32部分：起重机械技术要求》。门座式起重机安全监控管理系统拓扑图（司机室触摸屏远程操作工控机）如图8-7所示。

显示本系统要求显示的起重机实时信息，包括起重量力矩信息、环境风速信息、制动器状态信息、起升高度下降深度信息、其他限位信息等。工程浏览器左栏中单击“数据字典”，在数据字典中新定义变量，系统中各个限位器故障点接入PLC均为干接点开关量信号，在组态王中选择开关类型为I/O离散型，连接设备选择在前面所配置的C200HE，寄存器选择IR寄存器，地址对应PLC梯形图中的地址。读写类型选择只读，数据类型为位读取。按照上述步骤建立开关量采集点数据字典。模拟量设置：系统中起重量传感器、风速传感器、幅度传感器等接入PLC模拟量模块AD003，均为模拟量信号，在组态王中选择开关类型为I/O实数型，连接设备选择在前面所配置的C200HE，寄存器选择DM寄存器，地址对应采集点PLC梯形图中采集数据的存储区域。读写类型选择只读，数据类型为USHORT。AD003模块的分辨率为1/4000，将变量最小原始值设置为0，最大原始值设置为4000。最小值和最大值分别表示实际需要测量的量程，按照如上步骤建立模拟量采集点数据字典。现场环境下风速仪通过RS232串口与工控机进行通信，组态王中提供有串口数据发送的驱动，在风速仪接入的串口新建“串口数据发送”设备。接收数据的处理过程代码如下，自定义函数transform（）实现串口数据的读取和显示。

1）首先提取串口数据中的有效数据，即风速字符。

\\本站点\提取的风速字符=StrMid（\\本站点\接收的风速字符串，6，1）；

2）对提取的字符进行处理。StrASCII返回某一指定的字符串变量首字符的ASCII值，减去48即可得到整数值。代码如下：

\\本站点\风速字符整数值=StrASCII（\\本站点\提取的风速字符）-48；

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图8-7 门座式起重机安全监控管理系统拓扑图（司机室触摸屏远程操作工控机）

3）对获得的十六进制整数进行运算，代码如下：

表8-2 系统数据采集源

注：因现场设备为360度全回转运行，所以不设置回转锁定装置。

系统数据采集源主要分成两类，一类是通过PLC采集，另一类是风速仪通过串口RS-232直接进入工控机。PLC无源开关量信号主要由C200HE系列PLC的IA222开关数字量模块采集。开关量传感器开关信号直接连入PLC的IA222模块，PLC模拟量信号主要由C200HE系列PLC的AD003模拟量模块采集。模拟量传感器开关信号直接连入PLC的AD003模块。系统可对所采集的数据源进行实时信息处理，系统可以实时监控PLC采集模块的采集量，对表中监控的参数进行实时显示。对表中起重机运行状态及故障信息进行实时记录，系统可设置超限监视的上下限，进行超限监视和报警处理，如超上、下限报警；报警方式采用声音和画面同时报警，显示报警画面、声音、报警灯变红色；报警确认可以关闭报警声音和将报警灯复位。运行数据统计和计算，对历史报警可以进行查询，方便管理。

工作循环记录采用主、副起升机重量记录；起始和终止时间；工作时长；系统可以对起重机累计工作时间进行记录，当起重机左右手柄都不在零位，即处于运行状态时，记录累积载荷时间；对操作员的操作进行记录，可以记录操作手柄的操作状况，包括起始时间、终止时间、操作名等信息，方便事后故障分析和认定。