摘要：散货计量一直是港口行业的难题，传统计量方式存在误差大、效率低等问题。该计量系统采用电量参数检测的全新计重方式，通过采集起升、开闭电机的电压、电流、功率等电量参数，经动态称重软件计算获得计量数据。系统研发了与门座式起重机相适应的电量信号采集器，以及动态称重软件，最终误差率控制在±2%内。同时，系统具备实时监控船舶装卸作业情况及能耗等功能。
关键词：门座式起重机，散货计量，电量信号采集器，实时监控
Development and Application of Bulk CargoElectronicMeteringSystem for the Portal Crane
LI Jie，LIN Yong
(Nansha Grain and General Cargo Terminal Branch, Guangzhou Port Co., Ltd., Guangzhou 511462,
Guangdong, China)
ABSTRACT：Bulk metering has always been a difficult problem in the port industry, and there are some problems in traditional metering methods, such as high error rate and low efficiency.The metering system adopts the new weight method of power parameter detection. Through collecting the voltage, current and power parameters of the lifting and closing motor, and obtains the metering data through the dynamic weighing software calculation. The system has developed a power signal collector suitable for the portal crane, as well as a dynamic weighing software, and the error rate is controlled in ±2%. At the same time, the system has real-time online monitoring of ship loading and unloading operations and energy consumption functions.
KEY WORDS：portal crane,bulk cargo measuring,power signal collector,real-time monitoring
0引 言
港口散货装卸主要使用门座起重机（下简称门机），而散货计量现有方法主要有水尺公估以及通过自卸车过地磅两种方式。水尺公估方式因为精度问题并不被部分客户认可。车辆转运过地秤的方式不可避免增加了疏运环节，导致单位能耗、装卸成本大幅增加，且效率低下等问题。同时，门机司机和工人作业计件产量、作业效率也通过此种方式来统计。为攻克这一难题，南沙粮食通用码头与深圳测力佳控制技术有限公司合作，共同研发了一套动态电子计量系统，旨在应用新技术实现较为精确的散货重量计量，同时采集设备的能耗数据，并利用后台软件实现数据采集、检索和报表生成，助力于现代化码头的生产管理提升。
1 系统设计方案
1.1计量原理及系统组成
门机动态电子计量系统主要原理是采集开闭、起升电机的电量信号与张力传感器信号相结合，作为重量计算的原始数据，研发高稳定性、高精度的动态电子称重系统。减少传统门机计量设备仅仅通过张力传感器采集数据不稳定造成的计量误差。
该系统主要由电参数采集仪表、力矩传感器以及PLC中央处理器和触摸显示屏、云服务器等组成，详细电气元件结构图如图1。
1.2电参数分析及数学模型研究
已知电机的电流i，电压u，卷扬半径r，重物高度h（可由高度编码器获得），根据已知量求出起重质量m。下图为电机电流电压，高度，时间，重量传感器系统关系图。
异步电动机转矩平衡方程式如下：
T=Tdc-T0 公式1
式中，T为负载转矩；Tdc为电磁转矩；T0 为空载制动转矩，与电机绕组电阻、铁损等有关，可测得。电磁转矩Tdc计算公式如下：
Tdc=CTϕmicosφ 公式2
式中，CT，ϕm 为与电机结构相关的常数；i为电机电流，可测得；
cosφ 为电机转子功率因数，可测得。
精确的起重量计算公式为如下：
公式3
式中，g是常数；r(t)为卷扬半径为常数，h(t)为起升高度，
可以求得。
在起重过程中，m为常量，利用公式3即可求得重量m的具体大小（通过计算机软件实现计算）。
1.3电参数采集仪表研究
主原理是从电计量的方式寻找突破口，根据牛顿定律能耗法的公式及基本原理。由于张力传感器测得的重量为静态重量，误差较大。根据起重过程中各种电量等分析计算能够获得精确的重量。
门机动态电子计量系统选用智能电量称重分析仪，用于采集起升电机和开闭电机的电压、电流、功率、电能等数据，频率达到1000次/S,可以精准的采集电量相关数据。
对电机参数动态数据采集系统，一是研发相应的电量信号采集器，实现门机起升、开闭电机作业过程中动态参数的采集；二是开发计算程序软件，通过采集的电机参数，实现门机的货物计量和能耗计量功能；三是整体信息系统的开发，通过货物计量和能耗计量得到的单位数据，应用网络编程技术，实现作业效率、进度、能耗、成本等数据的显示和实时在线监控功能，并能通过云服务器推送至移动端。
1.4数据后台管理系统研究
通过门机动态电子计量系统，采集到单机的作业产量和能耗数据以后，可以根据数据延伸到一系列的生产管理过程中去。为了实现相关功能，项目组研发了全面的后台管理系统。
2 系统功能和优势
系统采用电量参数检测的全新计重方式，研发与起重设备相适应的电量信号采集器及动态称重软件，通过采集门机起升、开闭电机的电压、电流、功率和电能等单元技术指标，应用动态称重软件计算获得计量数据，误差控制在±2%内。除货物计量以外，与传统的起重机计量设备相比，该系统具备以下针对港口作业特有的功能和优势。
（1）具备船舶装卸作业实时监控功能
系统在计量单斗货物重量的同时，在后台软件监视界面，可以监控船舶累计作业量和作业进度，可以查看单台门机实时作业量、门机实时作业效率。
（2）具备能耗实时监控功能
系统可统计门机作业消耗电能，并在后台软件监视界面实时监控。并可根据门机号，船舶名、日期，船舶柜口数等检索条件查询单机、单船或某一货类门机能耗。
图1 系统结构图
图2 系统关系图
（3）具备设备重点部位管理功能
系统可录入设备重点部件开始使用时间、更换时间，自动记录作业数量、使用寿命。例如：可记录抓斗、滑轮、电机和钢丝绳使用寿命和相关维修保养记录，作为设备管理的重要依据。
（4）具备数据检索、报表生成和系统兼容优势
系统在实现以上基础数据采集的同时，可分别以时间、泊位、船舶、货物种类或者司机姓名为检索条件，统计作业产量、效率、能耗和单位成本，并生成相应报表。如录入计件工资计算方法，甚至可以直接生成计件工资报表。同时，该系统可与我司现有生产业务系统、疏运系统等信息系统实现对接，数据可互为参考，互相补充。
（5）移动端查询功能
通过云服务器和3G无线传输，除在电脑端外，可在手机移动端实时查询以上数据和报表。
3 结语
系统最终误差率稳定在<±2%，开拓了电量采集门座式起重机计量方式的先河，解决了散货计量这一行业难题,具有很高的应用推广价值。系统投入使用后，减少了散货装车过称的疏运环节，既降低了单位能耗，提高了作业效率，也避免了车辆运输过程中造成的污染，具有节能减排的重大意义，为建设“绿色港口+智慧港口”的一大举措。
参考文献：
[1]张树芳，刘卫东，马健.一种新型电子秤门座式起重机动态电子秤[J].中国计量，2010（10）
[2]朱丽锋,朱健荣,王永康.门座起重机称重计量方案设计[J].中国水运(学术版)，2007(07)
[3]李汉标.门座起重机计量系统技术及其应用[J].港口科技，2010
论文作者:黎杰,林勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：作业论文; 系统论文; 电量论文; 电机论文; 数据论文; 起重机论文; 称重论文; 《电力设备》2019年第6期论文;