基于zigbee技术的港口设备维护系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明应用于港口环境下的大型机械设备领域，具体涉及一种基于zigbee技术 的港口设备维护系统。
【背景技术】
[0002] 随着经济全球化趋势的加剧，作为贸易口岸和运输枢纽的港口，对于港口物流业 的发展，对城市经济的促进，对于区域经济乃至国民经济发展都具有很大的促进作用。随着 我国物流业的正规化与现代化，港口在物流环节中发挥着与日倶增的高效作用，作为重要 的交通基础设施，港口是实现外向型经济的窗口，为国家经济建设和对外贸易的发展提供 基础性支撑。但港口作业环境较为恶劣，这就要求港口作业的机械化程度必须高效快捷，同 时也对港口设备的管理及维护提出了更为严格的要求。
[0003] 传统的定期巡检方式通过现场安装传感器的方式，点检制被引入到港口中，点检 方式为手动记录，人工处理数据，大型机械设备需要记录的数据非常多，因此产生的点检卡 片同样大量，不仅不利于点检人员的数据采集和维修部信息的及时反馈，也使得后期设备 的数据信息管理异常繁杂；每次点检人员都会进行单一而且大量重复的劳动，这会使得点 检人员的工作量大，容易出错；且点检周期长，使得设备得不到及时的维修。
[0004] 近年来，随着经济的快速发展，港口的数量和规模不断扩大，港口设备不断更新， 设备管理迎来新的挑战，港口设备维护过程和质量监测难度加大。各种不同的点检管理信 息系统虽然在设备维护中得到了应用，但点检信息的采集过程均由手工和离线完成，存在 着信息的获取存在错误和遗漏，点检结果传达滞后，港口面积增大，点检不方便等问题。为 此，必须加强设备管理维护工作，确保设备使用性能良好，这对于提高港口的生产作业效率 具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是，针对现有港口设备管理及维护存在人工点检弊端等 上述不足，提供一种基于zigbee技术的港口设备维护系统，解决获取点检信息不完整、信 息不准确、不能实时记录、大面积港口点检困难的问题，简化点检机构层次、预知故障、缩短 检修周期。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 基于zigbee技术的港口设备维护系统，至少包括数据采集模块、数据传输模块、 数据汇聚串口模块以及安全监控管理系统，所述数据采集模块通过数据传输模块与数据汇 聚串口模块连接，数据汇聚串口模块通过有线或蓝牙无线传输方式与安全监控管理系统通 信连接；
[0008] 所述数据采集模块包括传感器及处理器，所述传感器设置于港口设备的前端，用 于采集港口设备的振动、压力以及温度信号，所述处理器用于将传感器采集的振动、压力 以及温度信号进行噪声消除处理成需要测试的数据并输出到数据传输模块中；
[0009] 所述数据传输模块用于将接收的需要测试的数据传送至数据汇聚串口模块；
[0010] 所述数据汇聚串口模块用于向底层数据采集模块的处理器发布任务，不断接收来 自不同处理器的需要测试的数据，实现对不同机械参数的收集，同时将需要测试的数据分 析提取成特征数据转发到安全监控管理系统；
[0011] 所述安全监控管理系统包括故障预测模块、故障诊断模块及点检移动终端，所述 故障预测模块用于将接收的特征数据传输到点检移动终端，点检移动终端用于对特征数据 进行分析生成点检报告，再将点检报告通过无线传输到故障诊断模块，所述故障诊断模块 用于收集特征数据并与数据库内历史数据进行比较，最终得出故障原因并对港口设备维护 系统作出报警、修改操作或停机维修的决定。
[0012] 按上述方案，所述传感器按照采集参数的不同分为结构应变传感器、起重机状态 传感器及温度传感器，分别用于采集振动、压力及温度信号。
[0013] 按上述方案，所述处理器采用卡尔曼滤波器实现对传感器采集的带有噪声信号的 原始数据进行噪声消除处理。
[0014] 按上述方案，所述数据传输模块采用以CC2530芯片为核心的Zigbee无线传感器 网络，CC2530芯片是ZIGBEE传感器网络的核心，相当于电脑的CPU。
[0015] 按上述方案，所述数据汇聚串口模块采用Zigbee协调器。
[0016] 按上述方案，所述故障诊断模块包括故障检测单元、故障分离单元、故障评价单 元、故障决策单元。
[0017] 按上述方案，所述点检移动终端包括远程监控单元：用于对港口设备的关键金属 结构应力、涉及到机器安全操作的几个关键参数进行监测，并将港口设备的操作人员信息 进行记录，保存所有上下机操作记录；采集参数远程修改单元：用于通过客户端对传感器 的采样参数进行修改，例如采样频率、上传时间间隔、启停采集等；数据显示单元：用于数 据显示包含实时数据查询、历史数据查询统计、预报警信息显示三大模块（所有的采集数 据都可以在客户端查看到，实时数据都采用实时数据字符显示和曲线显示等显示，历史数 据显示采用曲线及列表显示，对于除人员信息以外的数据，都设立了实时预警和报警功能， 在客户端显示预报警信息并且可以通过短消息方式将预报警信息发送到指定人员移动终 端上）；按需测试单元：针对于港口设备的金属结构而言，用于在标准测试工况下测试设备 的受载情况，部分代替以往定期金属结构巡检的功能；数据报表单元：用于生成所有的采 集量的数据报表及评价。
[0018] 本发明的工作原理：在港口设备上安装适当的振动、压力和温度传感器，各传感器 具备在正常的工况下实时收集数据并传输的功能，通过zigbee网络以及zigbee协调器将 数据无线发送至维修人员的点检移动终端上，维修人员通过点检移动终端记录相关数据， 并进行简单的数据分析，自动生成设备性能的评估表，最后将这些数据通过USB有线或者 蓝牙无线传输的方式传输给安全监控管理系统，在安全监控管理系统的故障预测模块和故 障诊断模块进行预警和分析，出现问题及时反馈至点检移动终端上，便于维修人员进行检 查维修。
[0019] 本发明具有以下有益效果：
[0020] 1)同时收集不同港口设备上的参数信息，提高工作效率；
[0021] 2)解决获取点检信息不完整、信息不准确、不能实时记录的问题；
[0022] 3)将大范围的工作任务细分为一个个区域去收集数据，简化工作流程，简化点检 机构层次；
[0023] 4)显示设备状态，并且预警和给出解决方案。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明维护系统的整体流程示意图；
[0025] 图2是本发明Zigbee无线传感器网络的工作结构示意图；
[0026] 图3是本发明故障诊断模块的工作流程图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0028] 参照图1~图3所示，本发明较佳实施例的基于zigbee技术的港口设备维护系 统，包括数据采集模块、数据传输模块、数据汇聚串口模块以及安全监控管理系统，所述数 据采集模块通过数据传输模块与数据汇聚串口模块连接，数据汇聚串口模块通过有线或蓝 牙无线传输方式与安全监控管理系统通信连接；
[0029] 所述数据采集模块包括传感器及处理器，所述传感器设置于港口设备的前端，用 于采集港口设备的振动、压力以及温度信号（原始数据），所述处理器用于将传感器采集的 振动、压力以及温度信号进行噪声消除处理成需要测试的数据并输出到数据传输模块中；
[0030] 所述数据传输模块用于将接收的需要测试的数据传送至数据汇聚串口模块；
[0031] 随着工作人员的移动，所述数据汇聚串口模块用于向底层数据采集模块的处理器 发布任务，不断接收来自不同处理器的需要测试的数据，实现对不同机械参数的收集，数据 汇聚串口模块作为数据传输模块的网关设备，一般需要持续不停地维持工作，因此有充足、 稳定的固定电源为其供电，同时数据汇聚串口模块向数据采集模块发布任务，并将需要测 试的数据分析提取成特征数据转发到安全监控管理系统（将数据备份上传到服务器端的 数据库中）；
[0032] 所述安全监控管理系统包括故障预测模块、故障诊断模块及点检移动终端，所述 故障预测模块用于将接收的特征数据传输到点检移动终端，然后通过点检人员完善点检 任务，点检移动终端对特征数据进行分析生成点检报告，再将点检报告通过无线传输到维 修部的故障诊断模块，维修部通过故障诊断模块进行最终诊断，所述故障诊断模块用于收 集特征数据并与数据库内历史数据进行比较，最终得出故障原因并对港口设备维护系统作 出报警、修改操作或停机维修的决定。安全监控管理系统通过无线技术与数据汇聚串口模 块连接，同时检查多台设备的状态。
[0033] 根据当前港口设备工作的现场环境，以经济性、安全性和可靠性为前提确定港口 设备前端的传感器的功能及类型，所述传感器按照采集参数的不同分为结构应变传感器、 起重机状态传感器及温度传感器，分别用于采集振动、压力及温度信号，分别用于采集振动 信号（结构应变信息）、压力信号（起重机状态信息）及温度信息；还可以包括回转角度传 感器，所述结构应变传感器包括电源模块、TDC测试电路、信号调理电路、通讯电路，所述起 重机状态传感器包括电源模块、通讯电路，所述回转角度传感器包括电源模块、通讯电路。 [0034] 所述处理器采用卡尔曼滤波器实现对传感器采集的带有噪声信号的原始信号进 行噪声消除处理（初步处理）、为后续故障诊断模块进一步分析港口设备故障提供更加精 确的特征数据，经过卡尔曼滤波处理后的特征数据，传输到点检移动终端，供检修人员参 考。
[0035] 所述数据汇聚串口模块采用Zigbee协调器。
[0036] 本发明所述的港口设备包括岸吊、起重机、龙门吊、抓斗、输送带、传送管、卷扬机、 牵引机等等。
[0037] 如图1所示，本发明在港口设备上安装适当的振动、压力和温度传感器（采集层）， 各传感器具备在正常的工况下实时收集数据并传输的功能，通过zigbee网络以及zigbee 协调器（传输层）将数据无线发送至维修人员的点检移动终端上（数据汇聚），维修人员通 过点检移动终端（例如轻便的平板设备）记录相关数据，并进行简单的数据分析（信号分 析），自动生成设备性能的评估表（特征提取），最后将这些数据通过USB有线或者蓝牙无 线传输的方式传输给安全监控管理系统（维修部），在维修部的故障预测模块和故障诊断 模块进行预警和分析（决策层），出现问题及时反馈至点