港口堆场设备数据采集及监控平台建设研究与应用

港口堆场设备数据采集及监控平台建设研究与应用

王炳森 商春雷

山东港口科技集团青岛有限公司 山东青岛 266000

摘要：国际航运市场的繁荣导致集装箱运输量激增，推动了港口设施向高效、智能的方向转型升级。港口作为国际贸易的重要节点，面临着提升运营效率、确保设备安全、降低成本等多重挑战，本文概述了在线采集与记录系统、5G监测系统、多通道数据采集系统、门机动态监测系统、故障检测与分析以及机械设备管理等方向的技术应用与研究进展。以及它们在构建现代化、智能化港口中的重要作用。并以青岛前湾港区堆场设备数据采集系统为研究对象，探讨其在响应超大型综合港口泛在感知与预测技术项目背景下，通过数字孪生技术实现对轮胎吊与桥吊等关键机械设备的实时监控、数据分析与信息集成。

关键词：港口设备数据采集、决策支持系统、5G、故障检测、机械设备管理、轮胎吊、桥吊、数字孪生、工业互联网

1 引言

随着全球经济一体化进程的加速以及全球贸易规模的持续扩大，港口作为连接陆地与海洋、连通国内外市场的关键节点，其运营效率与服务质量对国家经济活力和国际竞争力具有重要影响。其中，港口堆场作为货物装卸、存储、周转的核心区域，其设备的高效运作与精准管理对于提升整个港口的作业效能至关重要。然而，面对日益复杂的物流环境和不断增长的吞吐量需求，传统的人工管理模式已难以满足精细化、智能化的现代港口运营要求。精准的设备数据采集方案以及高速的数据传输方式成为提高智能化管理和监控的基础，基于此数据建立的数据监控平台能更直观的展示和分析港口装卸生产场景和效率，然而，由于缺乏对堆场机械信息的有效采集手段，导致轮胎吊等设备的运行状态、作业记录与工作状况难以全面掌握，影响了数据孪生系统的完整性与业务处理能力。因此，通过对堆场设备加装采集装置及数据传输设备并构建一套完备的堆场设备数据采集系统成为提升数字化管理水平、完善模拟仿真与数字孪生项目内容的迫切需求。本文通过对当前港口设备采集技术分析和研究，建立了基于5G数据传输的堆场可视化监控平台。能够更好的为港口生产提供数据支撑和决策分析。

2 设备采集研究方向与技术应用

2.1港口装卸设备运行参数在线采集与记录系统：通过集成自动检测技术与单片机硬件，实时采集与记录装卸设备运行参数，如能耗、性能、故障预警等，以提高设备监管水平和现代化管理水平。

2.2基于5G的港口数据信息采集监测系统：设计并实施基于5G通信的远程监控系统，适用于广域覆盖、移动性强的设备监控，实现设备状态远程监控与实时数据传输，强化港口设备的远程管理和实时监控能力。

2.3港口门机动态监测及数据采集：针对岸桥、场桥等大型起重设备，开展动态行为监测，包括位置追踪、动作识别、负载监控等数据采集，以提高门机作业安全性、效率及维护管理水平。

2.4设备故障检测与分析：探讨故障诊断技术在港口机电设备上的应用，包括故障预测模型、智能诊断算法等，旨在减少设备停机时间，预防故障发生，优化维修策略。

2.5港口机械设备管理：分析当前机械设备管理存在的问题与改进策略，涵盖资产管理、维护保养计划、备件库存管理、能耗管理等多个方面，旨在全面提升港口机械设备的管理效率与效果。

3 设备数据采集及监控平台建设

对青岛前湾港区内的60台轮胎吊进行电气系统、子系统及其关键组件（如电气房、司机室、大梁、小车、电机、制动器等）的实时状态监测，采集并分析各项数据，实现故障诊断、预警、数据打印等功能。通过加装5G网络设备与定位设备，确保数据稳定无线传输，实时监控作业情况，统计故障时间、使用时间、设备利用率、吊箱效率等关键指标。

3.1数据采集方式

通过加装PLC段采集通信软硬件，实时监控岸桥和轮胎吊设备状态、设备电气系统、子系统以及所有基本元件的状态和信号。

对轮胎吊加装5G网络设备和定位设备，接入5G网络，实现轮胎吊采集设备信息、轮胎吊现场作业位置定位和作业信息稳定无线网络传输。

3.2 监控平台架构方案

数据监控平台CMS系统，需采用分层和模块化架构设计，各层级结构清晰，模块功能高内聚低耦合，具有良好的可扩展性及可维护性。系统具有完善的异常处理机制，可以对作业过程中发生的各类异常进行处置。系统前端输入及后端接口均需要有数据验证，避免异常输入造成的问题。系统需采用高可用设计，具有良好的稳定性。CMS系统包含RCMS本机设备监视系统和LCMS远程设备监视系统，系统架构图如图1所示。

3.3数据监控平台功能

3.3.1实时监控功能：通过PLC捕获数据及5G传输，实时监控场桥采集电控数据包含工作状态、软件安全联锁、低压电源工况、机构状态、负载、故障、吊具工作状态等。

3.3.2历史回放功能：完整记录设备状态，回放设备在自定义时间段内的整机、大车、小车、起升、吊具、电源、通讯、操作台、辅助机构、旁路开关的状态信息。操作过程以模拟动画形式展现，确保各信息状态的时间同步。

3.3.3故障跟踪及诊断：

机械所有数据须实时入库存储，便于故障诊断和跟踪,包括桥吊和轮胎吊执行操作，以及故障前后的各种信息，达到故障虚拟回放功能。

3.3.4操作记录与数据统计：系统应提供各种操作数据，包括统计和查询任何时间段内的作业箱量（20′、40′、TEU、MOVE、空箱、重箱、双箱等）和作业起始时间、机械作业时间、空闲时间、故障时间、生产效率、行驶距离、转场次数、单机能耗等；能够根据时间统计出现场机械作业设备（桥吊、轮胎吊）的作业箱量统计、自然箱效率、标准箱效率、平均吊箱周期、故障次数、设备利用率、作业净效率等信息，并且能够在前端界面通过图表直观展示。

3.4数据监控平台应用效果

该平台可集中查看桥吊与轮胎吊的设备信息与作业信息，实现数据的统一采集、应用、对接与传输、通过对轮胎吊与桥吊设备作业信息的实时计算，生成起重机作业箱量统计、自然箱效率、标准箱效率、平均吊箱周期、故障次数、设备利用率、作业净效率等关键指标，为优化泊位、桥吊、轮胎吊等资源分配、提高装卸效率、精准制定作业计划提供有力的数据支持。

该平台成功对接模拟仿真、数字孪生项目与集团工业互联网平台，不仅提升了港口设备管理的精细化程度，也为资源优化配置、作业效率提升、决策支持提供了坚实的数据基础。

4结论

综上所述，当前关于港口设备数据采集的研究广泛涵盖了从底层数据采集技术、通信模块选型、设备安装方案，到上层数据处理、决策支持系统设计、故障诊断与预测等多个层面，展现了对提升港口运营效率、保障设备安全、降低维护成本的持续关注与技术创新。对未来港口设备管理的持续改进与创新具有重要参考价值。堆场设备数据采集监控平台的建设，能够全方位、实时、精准的数据采集与分析，有效弥补当前设备管理中的信息盲区，实现对轮胎吊与桥吊作业状态的深度洞察与高效管控。

参考文献：

[1]王炳森,张建芳,孔维维,等.基于移动互联网思维的集装箱码头智能无人闸口解决方案研究及应用[J].价值工程,2024,43(03):125-127.

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[3]苟晓璐,胡娟,刘长辉,等.青岛港智慧港口生产数据采集与交换[J].集装箱化,2023,34(04):8-9+19.DOI:10.13340/j.cont.2023.04.003.

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[5]刘元平,徐长生,刘娉婷.基于无线网络的港口机械在线监测系统[J].起重运输机械,2008(05):76-78.

作者简介：

1.王炳森[1983-]，男，本科，高级工程师，研究方向为港口科技应用、集装箱码头关键技术研究与应用。

2.商春雷[1990-]，男，硕士研究生，工程师，研究方向为集装箱码头智能化关键技术研究与应用。