基于zigbee技術的港口設備維護系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明應用于港口環(huán)境下的大型機械設備領域，具體涉及一種基于zigbee技術 的港口設備維護系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著經(jīng)濟全球化趨勢的加劇，作為貿易口岸和運輸樞紐的港口，對于港口物流業(yè) 的發(fā)展，對城市經(jīng)濟的促進，對于區(qū)域經(jīng)濟乃至國民經(jīng)濟發(fā)展都具有很大的促進作用。隨著 我國物流業(yè)的正規(guī)化與現(xiàn)代化，港口在物流環(huán)節(jié)中發(fā)揮著與日倶增的高效作用，作為重要 的交通基礎設施，港口是實現(xiàn)外向型經(jīng)濟的窗口，為國家經(jīng)濟建設和對外貿易的發(fā)展提供 基礎性支撐。但港口作業(yè)環(huán)境較為惡劣，這就要求港口作業(yè)的機械化程度必須高效快捷，同 時也對港口設備的管理及維護提出了更為嚴格的要求。
[0003] 傳統(tǒng)的定期巡檢方式通過現(xiàn)場安裝傳感器的方式，點檢制被引入到港口中，點檢 方式為手動記錄，人工處理數(shù)據(jù)，大型機械設備需要記錄的數(shù)據(jù)非常多，因此產生的點檢卡 片同樣大量，不僅不利于點檢人員的數(shù)據(jù)采集和維修部信息的及時反饋，也使得后期設備 的數(shù)據(jù)信息管理異常繁雜；每次點檢人員都會進行單一而且大量重復的勞動，這會使得點 檢人員的工作量大，容易出錯；且點檢周期長，使得設備得不到及時的維修。
[0004] 近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，港口的數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，港口設備不斷更新， 設備管理迎來新的挑戰(zhàn)，港口設備維護過程和質量監(jiān)測難度加大。各種不同的點檢管理信 息系統(tǒng)雖然在設備維護中得到了應用，但點檢信息的采集過程均由手工和離線完成，存在 著信息的獲取存在錯誤和遺漏，點檢結果傳達滯后，港口面積增大，點檢不方便等問題。為 此，必須加強設備管理維護工作，確保設備使用性能良好，這對于提高港口的生產作業(yè)效率 具有十分重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有港口設備管理及維護存在人工點檢弊端等 上述不足，提供一種基于zigbee技術的港口設備維護系統(tǒng)，解決獲取點檢信息不完整、信 息不準確、不能實時記錄、大面積港口點檢困難的問題，簡化點檢機構層次、預知故障、縮短 檢修周期。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：
[0007] 基于zigbee技術的港口設備維護系統(tǒng)，至少包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、 數(shù)據(jù)匯聚串口模塊以及安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集模塊通過數(shù)據(jù)傳輸模塊與數(shù)據(jù)匯 聚串口模塊連接，數(shù)據(jù)匯聚串口模塊通過有線或藍牙無線傳輸方式與安全監(jiān)控管理系統(tǒng)通 信連接；
[0008] 所述數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器及處理器，所述傳感器設置于港口設備的前端，用 于采集港口設備的振動、壓力以及溫度信號，所述處理器用于將傳感器采集的振動、壓力 以及溫度信號進行噪聲消除處理成需要測試的數(shù)據(jù)并輸出到數(shù)據(jù)傳輸模塊中；
[0009] 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將接收的需要測試的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)匯聚串口模塊；
[0010] 所述數(shù)據(jù)匯聚串口模塊用于向底層數(shù)據(jù)采集模塊的處理器發(fā)布任務，不斷接收來 自不同處理器的需要測試的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對不同機械參數(shù)的收集，同時將需要測試的數(shù)據(jù)分 析提取成特征數(shù)據(jù)轉發(fā)到安全監(jiān)控管理系統(tǒng)；
[0011] 所述安全監(jiān)控管理系統(tǒng)包括故障預測模塊、故障診斷模塊及點檢移動終端，所述 故障預測模塊用于將接收的特征數(shù)據(jù)傳輸?shù)近c檢移動終端，點檢移動終端用于對特征數(shù)據(jù) 進行分析生成點檢報告，再將點檢報告通過無線傳輸?shù)焦收显\斷模塊，所述故障診斷模塊 用于收集特征數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)庫內歷史數(shù)據(jù)進行比較，最終得出故障原因并對港口設備維護 系統(tǒng)作出報警、修改操作或停機維修的決定。
[0012] 按上述方案，所述傳感器按照采集參數(shù)的不同分為結構應變傳感器、起重機狀態(tài) 傳感器及溫度傳感器，分別用于采集振動、壓力及溫度信號。
[0013] 按上述方案，所述處理器采用卡爾曼濾波器實現(xiàn)對傳感器采集的帶有噪聲信號的 原始數(shù)據(jù)進行噪聲消除處理。
[0014] 按上述方案，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊采用以CC2530芯片為核心的Zigbee無線傳感器 網(wǎng)絡，CC2530芯片是ZIGBEE傳感器網(wǎng)絡的核心，相當于電腦的CPU。
[0015] 按上述方案，所述數(shù)據(jù)匯聚串口模塊采用Zigbee協(xié)調器。
[0016] 按上述方案，所述故障診斷模塊包括故障檢測單元、故障分離單元、故障評價單 元、故障決策單元。
[0017] 按上述方案，所述點檢移動終端包括遠程監(jiān)控單元：用于對港口設備的關鍵金屬 結構應力、涉及到機器安全操作的幾個關鍵參數(shù)進行監(jiān)測，并將港口設備的操作人員信息 進行記錄，保存所有上下機操作記錄；采集參數(shù)遠程修改單元：用于通過客戶端對傳感器 的采樣參數(shù)進行修改，例如采樣頻率、上傳時間間隔、啟停采集等；數(shù)據(jù)顯示單元：用于數(shù) 據(jù)顯示包含實時數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計、預報警信息顯示三大模塊（所有的采集數(shù) 據(jù)都可以在客戶端查看到，實時數(shù)據(jù)都采用實時數(shù)據(jù)字符顯示和曲線顯示等顯示，歷史數(shù) 據(jù)顯示采用曲線及列表顯示，對于除人員信息以外的數(shù)據(jù)，都設立了實時預警和報警功能， 在客戶端顯示預報警信息并且可以通過短消息方式將預報警信息發(fā)送到指定人員移動終 端上）；按需測試單元：針對于港口設備的金屬結構而言，用于在標準測試工況下測試設備 的受載情況，部分代替以往定期金屬結構巡檢的功能；數(shù)據(jù)報表單元：用于生成所有的采 集量的數(shù)據(jù)報表及評價。
[0018] 本發(fā)明的工作原理：在港口設備上安裝適當?shù)恼駝?、壓力和溫度傳感器，各傳感?具備在正常的工況下實時收集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)墓δ埽ㄟ^zigbee網(wǎng)絡以及zigbee協(xié)調器將 數(shù)據(jù)無線發(fā)送至維修人員的點檢移動終端上，維修人員通過點檢移動終端記錄相關數(shù)據(jù)， 并進行簡單的數(shù)據(jù)分析，自動生成設備性能的評估表，最后將這些數(shù)據(jù)通過USB有線或者 藍牙無線傳輸?shù)姆绞絺鬏斀o安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，在安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的故障預測模塊和故 障診斷模塊進行預警和分析，出現(xiàn)問題及時反饋至點檢移動終端上，便于維修人員進行檢 查維修。
[0019] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0020] 1)同時收集不同港口設備上的參數(shù)信息，提高工作效率；
[0021] 2)解決獲取點檢信息不完整、信息不準確、不能實時記錄的問題；
[0022] 3)將大范圍的工作任務細分為一個個區(qū)域去收集數(shù)據(jù)，簡化工作流程，簡化點檢 機構層次；
[0023] 4)顯示設備狀態(tài)，并且預警和給出解決方案。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明維護系統(tǒng)的整體流程示意圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的工作結構示意圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明故障診斷模塊的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0028] 參照圖1~圖3所示，本發(fā)明較佳實施例的基于zigbee技術的港口設備維護系 統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)匯聚串口模塊以及安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，所述數(shù) 據(jù)采集模塊通過數(shù)據(jù)傳輸模塊與數(shù)據(jù)匯聚串口模塊連接，數(shù)據(jù)匯聚串口模塊通過有線或藍 牙無線傳輸方式與安全監(jiān)控管理系統(tǒng)通信連接；
[0029] 所述數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器及處理器，所述傳感器設置于港口設備的前端，用 于采集港口設備的振動、壓力以及溫度信號（原始數(shù)據(jù)），所述處理器用于將傳感器采集的 振動、壓力以及溫度信號進行噪聲消除處理成需要測試的數(shù)據(jù)并輸出到數(shù)據(jù)傳輸模塊中；
[0030] 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將接收的需要測試的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)匯聚串口模塊；
[0031] 隨著工作人員的移動，所述數(shù)據(jù)匯聚串口模塊用于向底層數(shù)據(jù)采集模塊的處理器 發(fā)布任務，不斷接收來自不同處理器的需要測試的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對不同機械參數(shù)的收集，數(shù)據(jù) 匯聚串口模塊作為數(shù)據(jù)傳輸模塊的網(wǎng)關設備，一般需要持續(xù)不停地維持工作，因此有充足、 穩(wěn)定的固定電源為其供電，同時數(shù)據(jù)匯聚串口模塊向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)布任務，并將需要測 試的數(shù)據(jù)分析提取成特征數(shù)據(jù)轉發(fā)到安全監(jiān)控管理系統(tǒng)（將數(shù)據(jù)備份上傳到服務器端的 數(shù)據(jù)庫中）；
[0032] 所述安全監(jiān)控管理系統(tǒng)包括故障預測模塊、故障診斷模塊及點檢移動終端，所述 故障預測模塊用于將接收的特征數(shù)據(jù)傳輸?shù)近c檢移動終端，然后通過點檢人員完善點檢 任務，點檢移動終端對特征數(shù)據(jù)進行分析生成點檢報告，再將點檢報告通過無線傳輸?shù)骄S 修部的故障診斷模塊，維修部通過故障診斷模塊進行最終診斷，所述故障診斷模塊用于收 集特征數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)庫內歷史數(shù)據(jù)進行比較，最終得出故障原因并對港口設備維護系統(tǒng)作 出報警、修改操作或停機維修的決定。安全監(jiān)控管理系統(tǒng)通過無線技術與數(shù)據(jù)匯聚串口模 塊連接，同時檢查多臺設備的狀態(tài)。
[0033] 根據(jù)當前港口設備工作的現(xiàn)場環(huán)境，以經(jīng)濟性、安全性和可靠性為前提確定港口 設備前端的傳感器的功能及類型，所述傳感器按照采集參數(shù)的不同分為結構應變傳感器、 起重機狀態(tài)傳感器及溫度傳感器，分別用于采集振動、壓力及溫度信號，分別用于采集振動 信號（結構應變信息）、壓力信號（起重機狀態(tài)信息）及溫度信息；還可以包括回轉角度傳 感器，所述結構應變傳感器包括電源模塊、TDC測試電路、信號調理電路、通訊電路，所述起 重機狀態(tài)傳感器包括電源模塊、通訊電路，所述回轉角度傳感器包括電源模塊、通訊電路。 [0034] 所述處理器采用卡爾曼濾波器實現(xiàn)對傳感器采集的帶有噪聲信號的原始信號進 行噪聲消除處理（初步處理）、為后續(xù)故障診斷模塊進一步分析港口設備故障提供更加精 確的特征數(shù)據(jù)，經(jīng)過卡爾曼濾波處理后的特征數(shù)據(jù)，傳輸?shù)近c檢移動終端，供檢修人員參 考。
[0035] 所述數(shù)據(jù)匯聚串口模塊采用Zigbee協(xié)調器。
[0036] 本發(fā)明所述的港口設備包括岸吊、起重機、龍門吊、抓斗、輸送帶、傳送管、卷揚機、 牽引機等等。
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明在港口設備上安裝適當?shù)恼駝印毫蜏囟葌鞲衅鳎ú杉瘜樱?各傳感器具備在正常的工況下實時收集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)墓δ埽ㄟ^zigbee網(wǎng)絡以及zigbee 協(xié)調器（傳輸層）將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至維修人員的點檢移動終端上（數(shù)據(jù)匯聚），維修人員通 過點檢移動終端（例如輕便的平板設備）記錄相關數(shù)據(jù)，并進行簡單的數(shù)據(jù)分析（信號分 析），自動生成設備性能的評估表（特征提?。詈髮⑦@些數(shù)據(jù)通過USB有線或者藍牙無 線傳輸?shù)姆绞絺鬏斀o安全監(jiān)控管理系統(tǒng)（維修部），在維修部的故障預測模塊和故障診斷 模塊進行預警和分析（決策層），出現(xiàn)問題及時反饋至點