摘要：港口作为重要的货物往来停靠场所，由于货物运装载、运输需要，需要借助起重机实现。起重机在长期使用中，可能会由于原有的设计缺陷、或施工工艺不达标，原器件磨损和老化等问题而出现各种故障，而其内部电气控制系统线路又较为复杂，不但增加了工程人员的抢修工作量及后期维护工作难度，而且严重影响生产安全及作业效率。通常情况下，起重机出现电器故障，需要立即停机逐项排查，但还是传统的维修方法局限性较大，无法第一时间检查和排除故障根源，从而严重影响到起重机的正常运行。这就需要采用一种更加直观的可视化技术，以便于将起重机故障直观呈现出来，寻求合理措施及时有效予以解决，保证起重机稳定运行。
关键词：港口；起重机；电器故障；PLC；变频器；可视化技术
港口起重机在运行期间，可能由于元器件磨损、线路老化或操作不当导致电器故障，给起重机的稳定运行造成影响，甚至造成严重的生命财产安全损失。鉴于此，需要推行可视化技术，加强起重机电器故障的预防和控制，分析故障产生的原因，寻求合理措施有效予以防控，尽可能降低机械设备故障几率，维护操作人员生命财产安全。加强港口起重机电器故障可视化分析，有助于降低设备故障几率，为后续起重机运行和维护提供支持和保障。
一、港口起重机的电气故障分析
起重机在长期运行中，可能出现电器故障，为了便于后续检修和维护，需要注重可视化原始数据的获取。当前工业控制现场主要是采用PLC及变频器控制系统，适应性较强，满足多种恶劣作业环境需要，保证控制系统稳定运行。就港口起重机的电气故障来看，主要表现在以下几个方面。
（一）PLC故障
PLC是控制系统的重要部分，其是否稳定运行直接影响到控制系统整体运行安全。就PLC故障问题来看，主要包括硬件故障和软件故障，多为硬件故障。PLC硬件包括：电源模块、CPU模块、通信模块、输入/输出模块、编码器接口模块及地槽模板等。硬件类故障通常是由于系统长时间运行及港口的户外恶劣环境，如长期的作业高频使用，近海的盐潮水汽侵蚀，露天的高温作业及强烈的振动等，使PLC系统的各类硬件内部电子器件性能老化，电源模块供电不稳定，通信模块接触不良或松动，通信不稳定，输入/输出模块烧点等故障出现。另外就是由于操作人员操作不当导致或是故意损坏。这相对较少且故障现象会比较明显。在具体运行中，控制系统软件出现故障，可能导致系统停止运行，或是陷入到死循环中[1]。而软件故障主要是由于程序设计不合理导致，或是由于偶然元素导致程序丢失，如CPU断电后其电池没电的情况，或是无意中错误修改了原程序，这些只要有备份的正常程序，重新下载到PLC，重新启动系统即可。
（二）智能从站及变频器故障
变频器及智能从站故障较为普遍，主要是由于系统远程分布模块故障以及变频器故障。智能从站具备一定自我诊断和自我修复能力，如果发现此类故障出现，需要遵循设备维修手册及时排查故障和处理故障。目前变频器技术已经发展的非常成熟，其已经包含了较全面的故障检测、显示及记录功能，一旦故障时会个给主PLC系统以相应的故障信息数据。如我司的岸桥及场桥变频器故障，多为其中的外围辅助器件及电子板件故障引起，如安川系统变频器的散热风扇卡滞、触发板工作性能下降引发的电流不平衡故障、充电接触器吸不住导致的欠压故障等等。变频器另外一些不明显的故障则需根据平时的处理经验，结合相应的测量数据，才可以查出其具体故障根源。
（三）通信故障
通信故障是起重机运行中出现的主要疑难故障之一。目前港口起重机设备电气控制系统多为PLC及变频器组成。不同品牌的PLC及变频器基本都会有其自身固有通信模块及通信协议。而起重机的许多辅助部件机构，如吊具卷缆及大车高压卷缆机构，其控制系统通常由其他厂商成套提供，需与主PLC之间的数据交换，就会存在通信协议的接口转换模块、通信线路（包括通信电缆及光纤）的连接。通常由于港口外界环境较为恶劣，起重机的装卸作业频繁，且往往产生较大震动，给PLC及变频器的各类模块硬件连接及通信稳定产生较大影响。通信电缆由于屏蔽效果较差，可能导致通信故障出现，影响到起重机的稳定发展。与此同时，由于插头、网卡和集线器装置接触不良产生故障问题，加之部分设备质量不符合要求，同样可能导致通信故障问题出现[2]。
（四）外部设备故障
港口起重机外围部件，主要包括各类电器开关、继电器、接触器、制动器、夹轮器、电机、电磁阀和各类传感器等部件，这些部件在运行过程中发生故障，可能会对控制系统的稳定运行产生不良影响。一旦出现此类故障，如果未能及时有效地予以解决，将会导致控制系统运行不稳定。
二、港口起重机可视化技术应用
（一）可视化技术
可视化技术是一种前沿的维修技术，主要是借助计算机和图形处理技术将数据转化为图像，直观呈现在屏幕上，实现交互处理。可视化技术中集中了多种学科内容，包括图像处理技术、CAD、图形学和计算机视觉领域等内容，是一种多学科交叉技术[3]。当前我国计算机大范围普及，为可视化技术发展提供了有利条件，有助于直观了解到数据信息，借助图形功能来挖掘数据潜在的问题，了解设备故障情况，为后续的设备故障维修和处理提供便利，同时有效提升设备维修效率和维修质量。
可视化技术可以探究事物本质，保证数据质量，通过直观图形图像展示出来，具体表现在以下几个环节：
（1）获取原始数据。通过多样化手段来获取现场设备原始数据，包括电信号数据、压力数据、温度数据和速度数据等。
（2）预处理原始数据。包括模数转换、过滤、滤波和抽取数据等。
（3）映射和绘制。将预处理数据映射为几何元素，包括文本、标签和图像等。
（4）反馈。通过图形图像方式直观呈献给用户。
（二）可视化技术选择
图1 可视化系统网络排拓扑图
港口起重机运行中，为了有效降低设备故障几率，应该充分发挥PLC控制系统优势，完善软硬件，提供人机交互可视化界面，便于用
户后续查询和处理。用户可以借助触摸屏了解PLC控制系统运行情况，一旦出现故障及时发出预警，并针对性地采取适当的干预措施。操作人员通过触摸屏与PLC控制系统进行信息交换，发布控制数据和命令，通过触摸屏将控制系统数据和信息回送给用户。画面结合过程变化动态更新，借助图形用户界面控制操作过程，包括数据输入操作，调整参数启动电机设备[4]。
相较于工控机而言，触摸屏自身的数据计算功能和处理功能处于较低水平，借助专门软件控制界面。由于技术缺陷，设备兼容性不足，而市场上的PLC和触摸屏生产厂家众多，使用中PLC和HMI无法有效兼容，通信协议设计较为复杂，触摸屏组态软件需要经过授权，有点数限制，不仅会影响到控制成本，还会影响到可视化故障完整性[5]。起重机电器故障可视化技术应用中，要求控制系统就别故障检测显示、统计、打印和紧急处理功能。但是，触摸屏在故障检测和统计方面好存在一定不足，无法安装PLC变成软件来调整PLC程序。通过工控机，联合组态软件对起重机运行故障可视化监控，将故障维修方法同文本形式存储在工控机中，便于人们查看。
通过Visual Basic变成语言开发OPC Server，提供上位机可视化界面和OPC服务器的数据库连接，实现对设备运行可视化监控。通过Visual Basic解释语言将高级语言翻译为计算机执行命令，生成可执行文件（.EXE），确保起重机电器故障可视化系统稳定运行。
结论：
综上所述，港口起重机设备在长期运行中，需要借助可视化技术对设备故障诊断和维修，一旦发现故障问题，可以将其转变为图形呈现在操作人员面前，便于后续设备维护，提升设备维修效率和质量。
参考文献：
[1]张利，王义军，许宜贺，赵立方.基于故障树的桥式起重机主钩电气故障分析[J].重型机械，2014，31（05）：51-55.
[2]张军，郭宏军，牛志伟.工矿企业40 t龙门起重机（变频器控制）电气故障分析和处理[J].电气时代，2014，11（08）：31-32.
[3]薛恺淳.基于模糊贝叶斯网络的门座式起重机起升机构电气故障诊断的研究[J].科技创新与应用，2018，20（02）：17-18.
[4]刘宗宝.浅谈门式起重机常见电气故障及维修保养[J].中国设备工程，2018，23（05）：57-58.
[5]滕伟.桥式起重机电气故障检测方法的优化设计[J].价值工程，2016，35（09）：94-96.
论文作者:胡启初
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/1
标签：故障论文; 起重机论文; 控制系统论文; 变频器论文; 港口论文; 数据论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第30期论文;