论文部分内容阅读
[摘 要]常规港口装卸机电设备远程监控系统，针对港口多项机电设备实施远程监控，存在监控覆盖率较低的不足，为此提出港口装卸机电设备远程监控系统的设计与应用。基于远程监控系统体系的构建，确定系统远程参数，依托远程监控系统的构成设计，搭建港口装卸机电设备远程监控系统硬件与软件设施，实现远程监控系统的设计；应用于复杂港口多项机电设备中，以提高港口装卸效率与安全性，实现港口装卸机电设备远程监控系统的设计与应用。试验数据表明，提出的港口装卸机电设备远程监控系统较常规监控系统，监控覆盖率提升42.67%，适合港口的多项机电设备实施远程监控。
[关键词]装卸机电设备 远程监控 PLC 网络技术
中图分类号：S62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）05-0353-02
0、引言
常规港口装卸机电设备远程监控系统，能够对港口单项机电设备实施远程监控，针对港口多项机电设备实施远程监控时，因监控系统体系结构限制，存在监控覆盖率较低的不足，不适合港口的多项机电设备实施远程监控，为此提出港口装卸机电设备远程监控系统的设计与应用。基于远程监控系统体系的构建，对机电设备工作状态、功能预测参数、自动报警参数等进行控制，依托远程监控系统的构成设计，搭建港口装卸机电设备远程监控系统硬件与软件设施，实现远程监控系统的设计；应用于复杂港口多项机电设备中，以提高港口装卸效率与安全性。完成提出的港口装卸机电设备远程监控系统的设计与应用。为了保证设计的港口装卸机电设备远程监控系统的有效性，模拟港口装卸机电设备试验环境，利用两种不同的港口装卸机电设备远程监控系统，进行监控覆盖率模拟试验，试验结论表明，提出港口装卸机电设备远程监控系统具备极高的有效性。
1、远程监控系统的设计
远程监控系统设计主要包括远程监控系统体系的构建、系统远程参数的控制，以及远程监控系统的构成设计。基于完成的体系结构，正确的参数控制，完善的组织构成实现港口装卸机电设备远程监控系统的设计。
1.1远程监控系统体系的构建
基于互联网技术将远程监控系统设计成一个典型监控结构。监控系统的工作过程设计成如下：
首先，利用PLC技术以及PLC设备将装卸设备的实时工作情况、工作中产生的数据以及工作画面等传入网络服务器中；
其次，利用HTML（超文本标记语言）将网络服务器接受的数据以及信息以文本形式发布，使得设备管理人员可以远程，了解装卸机电设备的工作情况。当然，管理人员用于了解装卸机电设备工作情况的设备必须能够连接网络[1]。
最后，设备管理人员利用PLC技术进行编程，传入到远程电脑中，然后再次利用互联网技术传送到设备安装的PLC中，进而控制装卸机电设备。设计的远程监控系统的结构如图1所示：
这种远程监控系统结构模式，使得多个设备管理人员可以同时读取设备工作情况，同时多个设备的工作情况可以同时传输到设备管理人的浏览器中。
1.2系统远程参数的控制
装卸机电设备主要由：取料机构、起升机构、回转机构、俯仰机构、以及行走机构五部分构成。虽然不同的装卸机电设备结构会有所不同，但是选取监控参数的原则是大致相同[2]。选取监控参数的原则，就是使监控系统解决以下三个问题：
其一，远程监控系统应能实时采集装卸机电设备的工作状态，并将相关参数数据反馈到监控管理系统。然后，还能将监控管理系统发送出来的控制信号传递给装卸机电设备，使得装卸机电设备正常工作。
其二，远程监控的一个重要目的就是使设备出现故障时可以自动报警，选取监控参数必须可以解决故障报警问题。检查远程监控系统设计的是否合理，可以通过检查报警系统是否能同时反馈、处理多部位故障报警。
其三，远程监控系统的另一个目的就是可以实现预测功能，预测装卸机电设备可能发生的故障，选取监控参数必须可以让监控系统实现预测功能。
1.3远程监控系统的构成设计
远程监控系统的构成设计主要包括硬件设计与软件设计。装卸机电设备的远程控制系统由监控计算机、网络服务器、数据库服务器、防火墙服务器这几个重要硬件构成。其中，数据库服务器用于传递监控计算机与网络服务器之间的数据；防火墙服务器用于保证数据的安全性[3]。
图1 装卸机电设备的远程监控系统结构图
利用网络技术建立的远程监控系统分为3个从属关系的子系统。这3个子系统分别为：现场子系统、中间子系统以及管理子系统，其中，现场子系统用于控制装卸机电设备的现场监控，以及采集装卸机电设备的运行数据。经过将监测的数据进行汇总以及简单处理，然后输送给中间子系统。与此相反，现场子系统还得接收中间子系统传递过来的控制命令，对接收到的控制命令进行处理，然后对装卸机电设备工作情况进行控制；中间子系统用于传输数据以及储存数据，主要由數据库服务器和应用服务器构成。
中间子系统的任务是进行现场子系统与管理子系统之间的数据交换，一方面，中间子系统接受现场子系统反馈的装卸机电设备的运行数据，将接受到的设备运行数据传递到管理系统，以供应管理人员查看。另一方面，中间子系统接收管理子系统发出来的控制命令，将接收到的控制命令传递给现场子系统，从而控制装卸机电设备的动作；管理子系统用于接收现场反馈的数据以及发送控制命令。管理子系统是管理人员远程操作装卸机电设备的唯一路径，管理子系统通过计算机向管理人员发出控制请求，将管理人员编辑的控制程序传递给中间子系统。
2、远程监控系统的应用
2.1提高港口装卸效率
对于不同包装类型的货物，港口所使用的装卸机电设备不尽相同，这样的装卸情况造成了港口装卸机电设备种类多样，虽然这些装卸机电设备种类不一、形状不一，但是他们的原理以及功能都是相似的。在港口众多机电设备中，使用频率最高的就是装卸机电设备，并且装卸机电设备结构复杂，价格昂贵，是港口最重要的机电设备。所以港口重点要对装卸机电设备进行远程监控。 我国港口面积庞大，装卸机电设备分布比较分散，并且装卸机电设备比较昂贵，需要尽最大能力去维护装卸机电设备的正常运行，在保证工作效率的同时减少设备维护费用，因此对港口装卸机电设备进行远程监控是十分必要的。根据港口装卸机电设备的实际情况，结合远程监控系统技术，对港口装卸机电设备设计远程监控系统[4]。依托PLC技术、网络技术，将PLC设备、监控设备，安装在装卸机电设备上，将监控系统、互联网系统、装卸机电设备集合成一个远程监控系统，这是进行港口装卸机电设备远程监控系统设计的基本理念。
上述设计理念能够将互不相关的监控系统、网络系统集合成一个通用性高的远程监控平台。该平台利用PLC技术，可以将设备工作情况实时记录并通过网络传送到管理设备，还可以将装卸设备出现的问题进行反馈，并具有故障提示功能。除此之外，安装PLC等控制设备的装卸设备可以自行统计工作情况，并将每一次工作情况记录下来，应用PLC技术的港口装卸机电设备的监控系统为远程监控提供了保障。该远程监控系统可以降低装卸机电设备的故障率，从而提高了港口装卸效率。
2.2提高港口监控安全性
港口装卸机电设备的网络控制系统主要由本地控制系统LCMS以及远程控制系统RCMS。港口应用远程监控系统具有实时性、网络性、可操作性、方便性、安全性以及一体性。
港口装卸机电设备的远程监控系统是基于网络技术，如今网络技术的飞速发展使得数据传输的速度得到了指数型的提升。利用网络技术能够使监测的画面以及控制数据快速传递，保证数据以及画面传递的实时性；港口装卸机电设备远程监控系统的应用，可以使得港口装卸机电设备出现问题得到快速解决，利用网络技术将装卸机电设备出现的重点、难点加以分析，使得重点、难点问题得到初步解决。并且，通过互联网技术使得港口的设备管理人员可以查看装卸机电设备的实时工作状态，并将监控的画面进行实时更新，保证了管理人员所看到的监控画面的真实性[5]；港口装卸机电设备的远程监控系统中包含设计良好的管理子系统，管理子系统通过仿真技术以及人机交互界面的软件，实现港口装卸机电设备的可操作性。并且人机交互界面的软件操作简单，功能全面，完全可以满足港口装卸机电设备的控制需要，管理人员只需要经过简单的培训界可以操作管理子系统。
港口装卸机电设备的远程监控系统中含有防火墙服务器，为装卸机电设备的作业数据以及管理人员的操作变成得到了优质的保障，使得系统中的数据更安全；港口装卸机电设备的远程监控系统中的HTML将监测的数据以文本的形式发送给管理人员，呈现出的数据简洁明了。可以使得管理人员做出的决策更准确，使得管理人员对装卸机电设备的操作更方便；港口装卸机电设备的远程监控系统将监控、数据统计、故障报警、故障分析以及运行维护等功能形成一体，使得管理子系统的操作命令，通过中间子系统的传输直接控制现场装卸机电设备。
港口装卸机电设备通过应用远程监控系统，不仅仅实现了远程监控还提高了港口装卸机电设备的工作效率，初步实现了港口装卸机电设备的自动化管理。
3、实例分析
为了保证本文提出的港口装卸机电设备远程监控系统的有效性，进行仿真模拟试验分析。试验过程中，以不同的港口装卸机电设备作为试验对象，进行监控覆盖率模拟试验。对港口装卸机电设备的不同材料结构，以及船体结构等进行仿真模拟。为了保证试验的有效性，使用常规港口装卸机电设备远程监控系统作为比较对象，对比两次仿真模拟试验结果。
3.1数据准备
为了保证监控覆盖率模拟试验过程的准确性，对测试的试验参数进行设置。本文模拟试验过程，采用不同的港口装卸机电设备作为试验对象，利用两种不同的港口装卸机电设备远程监控系统，进行监控覆盖率模拟试验。本文试验数据设置结果如表1所示。
3.2试验结果分析
试验过程中，利用两种不同的港口装卸机电设备远程监控系统，在模拟环境中进行监控工作，只针对不同的港口装卸机电设备、不同的港口装卸机电设备远程监控系统，进行监控覆盖率模拟试验，分析其监控覆盖率的变化，其试验结果对比曲线如图2所示。
依据试验曲线结果，利用第三方分析记录软件，对提出的港口装卸机电设备远程监控系统，与常规港口装卸机电设备远程监控系统的监控覆盖率进行算术平均值处理，得出提出的港口装卸机电设备远程监控系统较常规监控系统，监控覆盖率提升42.67%，该设计适合港口的多项机电设备实施远程监控。
4、总结
基于远程监控系统体系的构建，确定系统远程参数，依托远程监控系统的构成设计，搭建港口裝卸机电设备远程监控系统硬件与软件设施，实现远程监控系统的设计；应用于复杂港口多项机电设备中，以提高港口装卸效率与安全性，实现港口装卸机电设备远程监控系统的设计与应用。
参考文献
[1]张晓培，覃万晴，黄宜军.基于无线局域网港口集装箱装卸桥的监控系统设计[J].现代电子技术，2017，40（23）：18-22.
[2]俞进辉，郑晓戈，赵石岩，等.基于WLAN的港口机械设备远程监控系统开发[J].机械设计与制造，2018（4）.
[3]华平，盂庆波，张志军，等.基于工业以太网的地铁典型机电设备监控系统[J].城市轨道交通研究，2017，20（9）：131-135.
[4]赵宇.Agent理论在舰船机电设备协同控制中的应用[J].舰船科学技术，2017（20）：79-81.
[5]盖超会，郑小涛.PLC和变频器在起重船控制系统中的应用[J].舰船科学技术，2016（2x）：52-54.
[关键词]装卸机电设备 远程监控 PLC 网络技术
中图分类号：S62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）05-0353-02
0、引言
常规港口装卸机电设备远程监控系统，能够对港口单项机电设备实施远程监控，针对港口多项机电设备实施远程监控时，因监控系统体系结构限制，存在监控覆盖率较低的不足，不适合港口的多项机电设备实施远程监控，为此提出港口装卸机电设备远程监控系统的设计与应用。基于远程监控系统体系的构建，对机电设备工作状态、功能预测参数、自动报警参数等进行控制，依托远程监控系统的构成设计，搭建港口装卸机电设备远程监控系统硬件与软件设施，实现远程监控系统的设计；应用于复杂港口多项机电设备中，以提高港口装卸效率与安全性。完成提出的港口装卸机电设备远程监控系统的设计与应用。为了保证设计的港口装卸机电设备远程监控系统的有效性，模拟港口装卸机电设备试验环境，利用两种不同的港口装卸机电设备远程监控系统，进行监控覆盖率模拟试验，试验结论表明，提出港口装卸机电设备远程监控系统具备极高的有效性。
1、远程监控系统的设计
远程监控系统设计主要包括远程监控系统体系的构建、系统远程参数的控制，以及远程监控系统的构成设计。基于完成的体系结构，正确的参数控制，完善的组织构成实现港口装卸机电设备远程监控系统的设计。
1.1远程监控系统体系的构建
基于互联网技术将远程监控系统设计成一个典型监控结构。监控系统的工作过程设计成如下：
首先，利用PLC技术以及PLC设备将装卸设备的实时工作情况、工作中产生的数据以及工作画面等传入网络服务器中；
其次，利用HTML（超文本标记语言）将网络服务器接受的数据以及信息以文本形式发布，使得设备管理人员可以远程，了解装卸机电设备的工作情况。当然，管理人员用于了解装卸机电设备工作情况的设备必须能够连接网络[1]。
最后，设备管理人员利用PLC技术进行编程，传入到远程电脑中，然后再次利用互联网技术传送到设备安装的PLC中，进而控制装卸机电设备。设计的远程监控系统的结构如图1所示：
这种远程监控系统结构模式，使得多个设备管理人员可以同时读取设备工作情况，同时多个设备的工作情况可以同时传输到设备管理人的浏览器中。
1.2系统远程参数的控制
装卸机电设备主要由：取料机构、起升机构、回转机构、俯仰机构、以及行走机构五部分构成。虽然不同的装卸机电设备结构会有所不同，但是选取监控参数的原则是大致相同[2]。选取监控参数的原则，就是使监控系统解决以下三个问题：
其一，远程监控系统应能实时采集装卸机电设备的工作状态，并将相关参数数据反馈到监控管理系统。然后，还能将监控管理系统发送出来的控制信号传递给装卸机电设备，使得装卸机电设备正常工作。
其二，远程监控的一个重要目的就是使设备出现故障时可以自动报警，选取监控参数必须可以解决故障报警问题。检查远程监控系统设计的是否合理，可以通过检查报警系统是否能同时反馈、处理多部位故障报警。
其三，远程监控系统的另一个目的就是可以实现预测功能，预测装卸机电设备可能发生的故障，选取监控参数必须可以让监控系统实现预测功能。
1.3远程监控系统的构成设计
远程监控系统的构成设计主要包括硬件设计与软件设计。装卸机电设备的远程控制系统由监控计算机、网络服务器、数据库服务器、防火墙服务器这几个重要硬件构成。其中，数据库服务器用于传递监控计算机与网络服务器之间的数据；防火墙服务器用于保证数据的安全性[3]。
图1 装卸机电设备的远程监控系统结构图
利用网络技术建立的远程监控系统分为3个从属关系的子系统。这3个子系统分别为：现场子系统、中间子系统以及管理子系统，其中，现场子系统用于控制装卸机电设备的现场监控，以及采集装卸机电设备的运行数据。经过将监测的数据进行汇总以及简单处理，然后输送给中间子系统。与此相反，现场子系统还得接收中间子系统传递过来的控制命令，对接收到的控制命令进行处理，然后对装卸机电设备工作情况进行控制；中间子系统用于传输数据以及储存数据，主要由數据库服务器和应用服务器构成。
中间子系统的任务是进行现场子系统与管理子系统之间的数据交换，一方面，中间子系统接受现场子系统反馈的装卸机电设备的运行数据，将接受到的设备运行数据传递到管理系统，以供应管理人员查看。另一方面，中间子系统接收管理子系统发出来的控制命令，将接收到的控制命令传递给现场子系统，从而控制装卸机电设备的动作；管理子系统用于接收现场反馈的数据以及发送控制命令。管理子系统是管理人员远程操作装卸机电设备的唯一路径，管理子系统通过计算机向管理人员发出控制请求，将管理人员编辑的控制程序传递给中间子系统。
2、远程监控系统的应用
2.1提高港口装卸效率
对于不同包装类型的货物，港口所使用的装卸机电设备不尽相同，这样的装卸情况造成了港口装卸机电设备种类多样，虽然这些装卸机电设备种类不一、形状不一，但是他们的原理以及功能都是相似的。在港口众多机电设备中，使用频率最高的就是装卸机电设备，并且装卸机电设备结构复杂，价格昂贵，是港口最重要的机电设备。所以港口重点要对装卸机电设备进行远程监控。 我国港口面积庞大，装卸机电设备分布比较分散，并且装卸机电设备比较昂贵，需要尽最大能力去维护装卸机电设备的正常运行，在保证工作效率的同时减少设备维护费用，因此对港口装卸机电设备进行远程监控是十分必要的。根据港口装卸机电设备的实际情况，结合远程监控系统技术，对港口装卸机电设备设计远程监控系统[4]。依托PLC技术、网络技术，将PLC设备、监控设备，安装在装卸机电设备上，将监控系统、互联网系统、装卸机电设备集合成一个远程监控系统，这是进行港口装卸机电设备远程监控系统设计的基本理念。
上述设计理念能够将互不相关的监控系统、网络系统集合成一个通用性高的远程监控平台。该平台利用PLC技术，可以将设备工作情况实时记录并通过网络传送到管理设备，还可以将装卸设备出现的问题进行反馈，并具有故障提示功能。除此之外，安装PLC等控制设备的装卸设备可以自行统计工作情况，并将每一次工作情况记录下来，应用PLC技术的港口装卸机电设备的监控系统为远程监控提供了保障。该远程监控系统可以降低装卸机电设备的故障率，从而提高了港口装卸效率。
2.2提高港口监控安全性
港口装卸机电设备的网络控制系统主要由本地控制系统LCMS以及远程控制系统RCMS。港口应用远程监控系统具有实时性、网络性、可操作性、方便性、安全性以及一体性。
港口装卸机电设备的远程监控系统是基于网络技术，如今网络技术的飞速发展使得数据传输的速度得到了指数型的提升。利用网络技术能够使监测的画面以及控制数据快速传递，保证数据以及画面传递的实时性；港口装卸机电设备远程监控系统的应用，可以使得港口装卸机电设备出现问题得到快速解决，利用网络技术将装卸机电设备出现的重点、难点加以分析，使得重点、难点问题得到初步解决。并且，通过互联网技术使得港口的设备管理人员可以查看装卸机电设备的实时工作状态，并将监控的画面进行实时更新，保证了管理人员所看到的监控画面的真实性[5]；港口装卸机电设备的远程监控系统中包含设计良好的管理子系统，管理子系统通过仿真技术以及人机交互界面的软件，实现港口装卸机电设备的可操作性。并且人机交互界面的软件操作简单，功能全面，完全可以满足港口装卸机电设备的控制需要，管理人员只需要经过简单的培训界可以操作管理子系统。
港口装卸机电设备的远程监控系统中含有防火墙服务器，为装卸机电设备的作业数据以及管理人员的操作变成得到了优质的保障，使得系统中的数据更安全；港口装卸机电设备的远程监控系统中的HTML将监测的数据以文本的形式发送给管理人员，呈现出的数据简洁明了。可以使得管理人员做出的决策更准确，使得管理人员对装卸机电设备的操作更方便；港口装卸机电设备的远程监控系统将监控、数据统计、故障报警、故障分析以及运行维护等功能形成一体，使得管理子系统的操作命令，通过中间子系统的传输直接控制现场装卸机电设备。
港口装卸机电设备通过应用远程监控系统，不仅仅实现了远程监控还提高了港口装卸机电设备的工作效率，初步实现了港口装卸机电设备的自动化管理。
3、实例分析
为了保证本文提出的港口装卸机电设备远程监控系统的有效性，进行仿真模拟试验分析。试验过程中，以不同的港口装卸机电设备作为试验对象，进行监控覆盖率模拟试验。对港口装卸机电设备的不同材料结构，以及船体结构等进行仿真模拟。为了保证试验的有效性，使用常规港口装卸机电设备远程监控系统作为比较对象，对比两次仿真模拟试验结果。
3.1数据准备
为了保证监控覆盖率模拟试验过程的准确性，对测试的试验参数进行设置。本文模拟试验过程，采用不同的港口装卸机电设备作为试验对象，利用两种不同的港口装卸机电设备远程监控系统，进行监控覆盖率模拟试验。本文试验数据设置结果如表1所示。
3.2试验结果分析
试验过程中，利用两种不同的港口装卸机电设备远程监控系统，在模拟环境中进行监控工作，只针对不同的港口装卸机电设备、不同的港口装卸机电设备远程监控系统，进行监控覆盖率模拟试验，分析其监控覆盖率的变化，其试验结果对比曲线如图2所示。
依据试验曲线结果，利用第三方分析记录软件，对提出的港口装卸机电设备远程监控系统，与常规港口装卸机电设备远程监控系统的监控覆盖率进行算术平均值处理，得出提出的港口装卸机电设备远程监控系统较常规监控系统，监控覆盖率提升42.67%，该设计适合港口的多项机电设备实施远程监控。
4、总结
基于远程监控系统体系的构建，确定系统远程参数，依托远程监控系统的构成设计，搭建港口裝卸机电设备远程监控系统硬件与软件设施，实现远程监控系统的设计；应用于复杂港口多项机电设备中，以提高港口装卸效率与安全性，实现港口装卸机电设备远程监控系统的设计与应用。
参考文献
[1]张晓培，覃万晴，黄宜军.基于无线局域网港口集装箱装卸桥的监控系统设计[J].现代电子技术，2017，40（23）：18-22.
[2]俞进辉，郑晓戈，赵石岩，等.基于WLAN的港口机械设备远程监控系统开发[J].机械设计与制造，2018（4）.
[3]华平，盂庆波，张志军，等.基于工业以太网的地铁典型机电设备监控系统[J].城市轨道交通研究，2017，20（9）：131-135.
[4]赵宇.Agent理论在舰船机电设备协同控制中的应用[J].舰船科学技术，2017（20）：79-81.
[5]盖超会，郑小涛.PLC和变频器在起重船控制系统中的应用[J].舰船科学技术，2016（2x）：52-54.