港口起重机械螺旋机电气控制调试中的系统安全性评估.pdf

冶金与材料第 44 卷港口起重机械螺旋机电气控制调试中的系统安全性评估唐佰清（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海200125）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.44 No.3Mar.2024摘要：文章核心在于评估港口起重设备螺旋机电气控制调试环节的系统安全性能。首先，对电气控制与螺旋机运作原理进行全方位剖析，深入研究并熟练运用调试流程与关键参数。其次，选定与界定安全性评估指标，对比分析各项手段及工具的优劣，分析港口起重设备调试环节中各项技术的应用。最后，根据评估结果，分析潜在风险并提升系统安全性的技术手段。未来，强化系统安全将成为核心发展要点。关键词：港口起重机械；螺旋机；电气控制；系统安全性评估作者简介：唐佰清（1970），男，上海人，主要研究方向：港口装卸门机、船厂龙门吊、电气设计调试。1研究背景及意义港口起重设备在行业内的关键地位无需赘述，其高效运作及安全性对港口运营的顺畅与可靠具有重大影响。随着技术不断发展，电气控制系统在港口起重设备中的作用日益凸显，因此，系统安全性评估的重要性也逐渐凸显。文章旨在深入剖析港口起重设备中螺旋机电气控制系统的运作原理与调试流程，通过系统安全评估发现潜在隐患并提供解决策略。研究的目标是增强港口起重设备的安全性与可靠性。此外，该研究对推动物流产业发展具有现实与理论重要性。2港口起重机械螺旋机电气控制系统概述2.1 电气控制系统组成与功能在港口起重设备领域，电气控制系统占据至关重要的地位，通过核心模块群的协同作用构建整体架构，以保障起重设备的安全、稳定和高效运作。首要的组成部分包括电力设备、感应器、执行元件、控制部件以及通讯装置。系统运作依赖电源系统提供能量，传感器实时采集起重机械的运行数据，而执行器则根据电气控制命令驱动机械运动。核心控制器依赖传感器的反馈与用户互动执行功能，通过算法实时调整执行器的运作模式，从而能够精准操控起重设备。通信系统负责各模块间的信息流通，以实现协同运作的目标。其次，电气控制系统的关键职责涵盖起重设备行动调节、定位操作和负载调度等多个领域。运动控制是电气控制系统的基础功能，通过执行器调控手段确保载重臂与升降机构等部件的精确运作。定位控制确保起重机械在操作中精准抵达目标区域，而负载控制则依赖传感器实时追踪载重状况，以确保在额定负载范围内的运作。此外，电气控制系统还承担故障检测、诊断及紧急停机保护等关键职责，以增强起重设备的安全性和可靠性咱1暂。2.2螺旋机的工作原理螺旋机作为港口起重机械中的重要组成部分，其工作原理直接影响到货物的升降和搬运过程。螺旋机采用螺旋桨结构，通过驱动机制将桨叶旋转，从而形成连续的螺旋运动。在升降过程中，电机通过电气控制系统精确调整螺旋桨的旋转速度和方向，实现货物的垂直运动。同时，螺旋机的工作原理要求电气控制系统能够实时感知载荷情况，以便调整电机的输出力，确保起重机械在搬运货物时保持平衡，防止发生不稳定或危险情况。2.3调试流程与控制系统的关键参数港口起重机械的正常运作依赖于维护过程中的调试环节，而调试的成功与否直接关系到控制系统关键参数的调整。首先，在调试的初始阶段，进行在线检测电气系统、校准传感器以及验证执行器功能等步骤，以促进各部分协同工作并预防潜在故障。随后，调试人员需要逐步优化电气控制系统的参数配置，以实现对螺旋机的精准控制目标。这包括对电机电流、电压等参数进行调整，以实现对螺旋装置转速及指向的精密操控，以适应不同负荷和工作场景。此外，传感器参数的优化也至关重要，以确保对螺旋机的运行状况进行精确识别并及时反馈咱2暂。在调试过程中，关键参数的监控与实时反馈扮演着至关重要的角色。对螺旋机关键参数，如载荷、温度及振动等进行实时监控有助于调试人员全方位了解系统运行状况。负载传感器数据的回传内容，有助于确保系统平衡与稳定，可调整电机输出力。同时，温度监测与振动分析可助力实时发现潜在故障，确保设备的安全运行。这些关键参数的监测为调试人员提供实时系统反馈，提升电气控制系统调整与优化的效能。在整个调试流程中，数据记录与分析环节扮演着190第 3 期关键的角色。对各阶段关键参数进行数值记录，有助于研究系统性能的变化趋势，使调试人员能够深入探究并检测潜在问题，同时提供关联数据支持，为满足未来维护与升级需求做好准备咱3暂。深入理解调试流程与核心参数的相互关联有助于确保港口起重设备的稳定安全运行并提升其长期运行稳定性。3系统安全性评估方法与工具3.1安全性评估指标的选取与定义安全性评估的成果与评估指标的恰当选取及明确定义密切相关。首先，系统性能的关键评估因素为可靠性，系统在规定期限内的正常运行性能得以维持。系统稳定性评估可通过计算 MTBF（平均无故障时间）与MTTR（平均修复时间）等指标来进行。关键评估指标之一为系统故障承受度，在故障出现时，系统仍具备保持基础服务运转的能力。该指标评估依赖于冗余工程与备用部件的应用。此外，电气控制系统安全性评估的核心是其抗干扰能力，针对外部干扰与突发状况实施对应措施咱4暂。因此，在确立这些指标的过程中，需全方位顾及起重机械在实际操作中可能遭遇的各种状况。其次，对各评估指标明确定义具有极大意义。例如，可靠性参数的定义应包括在特定时间段内系统故障的概率以及在故障场景下的平均恢复时长。故障容限理念与系统内备用组件的规模及配置密切相关，目的是确保在部分元件故障时仍能提供基础服务。抗干扰能力表示系统在遭遇电磁干扰、振动及温度波动等环境变化时，能够保持稳定的性能指标。理解这些评估标准的约束性质，可以提高安全性评估的精准性与一致性，从而确保后续的优化工作得到充分地支持。3.2安全性评估方法的比较分析确保港口起重设备可靠性的提升，选择适当的安全评估策略具有关键意义。首先，风险评估作为策略制定的基石，通过辨析概率及影响，确立系统风险等级。这种策略强化了高风险区域的凸显程度，然而，在应对复杂体系时，评估可能会面临挑战。另一种可靠性工程（RE）策略则要求建立相应的模型对系统可靠性进行评估，同时深入探究其构造及作用。然而，获取众多系统信息与数据至关重要。其次，安全性评估采用定性与定量相互结合的方法来实施。数学模型及统计工具共同构建了定量方法的支柱，例如，故障树分析（FTA）与事件树分析（ETA），运用量化手段对系统的可靠性和风险级别进行评估（如图 1）。然而，这些策略可能需要依赖充足的信息作为依据，在实际应用场景中，数据不足或精确度较低可能引发制约因素。定性方法则着重于专家经验及对系统架构的深刻把握，例如，故障分析与影响评估（FMEA）以及失效模式、关联影响分析（FMECA），适用于初步设计阶段或数据稀缺情况。图 1事故树分析程序示意图熟悉系统确定顶上事件建造事故树修改简化事故树收集系统资料调查事故调查原因事件定性分析定量分析制定安全措施最后，全面衡量各类评估方法的优势与劣势，全面评估策略或许更具综合性。整合策略可通过联合定性和定量评估来实现，融合风险评估与可靠性工程理念，全方位展示系统安全性能。然而，这也暗示着需投入更多资源并具备专业素养，确保全面评估的精确性与实效性。3.3评估港口起重机械调试中的工具运用港口起重设备的调试过程依赖高端评估工具，以显著增强对系统安全性效率的提升能力。例如，通过运用振动检测设备实时监控起重设备作业过程中的振动状况，可以实时捕获隐性故障信号。某港口物流企业引入了一种先进的振动监测系统，成功识别出一台起重设备轴承故障。在实际操作中，起重设备振动频次急剧上升，振动监测设备的预警功能有助于迅速捕捉轴承异样状况。在调试阶段，通过对振动数据的剖析，以提升性能为目标进行优化，工程师具备了快速识别并解决问题的技能，从而消除潜在设备故障风险源。振动与温度检测同为评估的核心要素。在起重设备生产商的调试环节中，运用了高精度红外热像仪，监测各关键部件的温度波动情况。在实际案例中，一款电气连接器表现出高温异常现象。通过实时定位受影响的连接器并进行更换，成功杜绝了潜在的电气故障风险。温度检测器的运用不仅增强了调试成效，而且在高温环境下确保了系统的运行稳定性。4安全性评估结果与优化建议4.1评估结果与潜在风险点分析安全性评估表明，已经识别出关键问题和潜在风险要素，因此必须进行深入剖析，明确问题的解决策略和优化途径。首先，关于潜在的电气控制系统反应速度不佳的问题，应该给予重视，因为这可能导致系统在应对突发情况时反应迟缓。这可能是由于算法设计不够唐佰清：港口起重机械螺旋机电气控制调试中的系统安全性评估191冶金与材料第 44 卷灵活或传感器采样频率较低引起的。显然，采用更高效的控制方法可以提高传感器的采样速度。其次，潜在风险区域可能涉及电气控制系统故障的承受能力。评估结果表明，部分元件并未配备多余架构，导致系统在特定故障条件下无法正常运行。此外，采纳自动切换策略或备用方案可以确保在关键部件出现问题时，相应的维护措施得以紧跟，从而保持基础功能的稳定运行，系统切换顺畅无阻。最后，潜在的传感器精度问题和系统监测漏洞并存。系统内的传感器受到环境干扰或老化等原因可能会影响监测数据的准确性。通过定期维护和校准传感器，并运用尖端传感器科技，可以提升系统对工作环境的精准辨识。通过深入剖析潜在的风险点，更能掌握事物的发展方向，并具备制定针对性优化措施的能力，从而强化电气控制系统的安全性。4.2安全性优化的技术手段针对港口起重设备，致力于优化其安全性能，务必采用一系列尖端技术手段。首先，先进故障预测与诊断技术的应用价值显著。融合故障模型体系与智能诊断方法，预估潜在故障出现的概率，此外，还需提供精准的故障诊断。此举有助于提升维护及修复的效率，尽量削弱系统故障对安全性的影响咱5暂。优化调节控制算法成为关键手段。运用前沿算法，如模糊逻辑控制（FLC）与人工神经网络（ANN）技术，调整电气控制机制以适应多样作业场景。这些算法能更精确地适应外部变化，因此，优化动态性能以增进系统在不同工作环境下的稳定性。持续优化控制算法以实现更高性能，提升了效能及效率，足以胜任各类负载与工作场景，减轻控制误差所引发的潜在风险。如图 2所示。图 2人工神经网络结构示意图输出层输入层隐层x1x2xno1o2om最后，运用先进的传感器技术对安全性提升至关重要。高精度、多功能传感器能让系统运行状态的监控更为精确，并提供更全面的反馈信息。例如，通过惯性测量单元（IMU）实现对系统振动与倾斜状况的实时监测，提升负载变动响应效率。于核心地带布置所述探测器，具备全面运行状态监测优势的系统，因此，快速辨识潜在故障以减少系统崩溃概率。4.3提升系统安全性的未来发展方向在未来，港口起重设备电气管控领域将历经诸多变革，关于提升系统安全性能，以下几点值得深入研究。（1）尖端人工智能（AI）领域的运用至关重要，成为发展趋势。运用人工智能技术优化电气控制系统的方法，完成了电气控制系统的智能化优化，能精确识别环境，预估故障并自动优化控制策略。例如，采用深度学习方法，对众多传感器数据进行细致分析，隐蔽异常模式探测能力，预警系统隐性故障的预先辨别。（2）网络化与远程监控是提升系统安全的主要发展方向。运用构建稳定可靠的网络连接策略，实时监控与远程操控港口起重机械电气系统的能力。由此，远程专家能够实时监控并解析系统问题，充分发挥实时监控与管理在远程支持中的作用。（3）物联网（IoT）与边缘计算技术应用日益广泛。将传感器、设备及系统融合至物联网平台，完成实时信息共享与处理的互联互通。边缘计算技术赋予设备端数据解析与决策功能，减轻对中央服务器的依赖性以增进系统响应效率。这种方法能高效鉴别并迅速应对安全风险，从而提升整体系统安全性能。5结束语综上所述，文章对港口起重机械电气控制系统进行全面的安全性评估和未来发展方向的探讨，为提高系统的可靠性和安全性提供了有益的洞察。在进行深度剖析潜在风险因素的同时，制定系统优化的具体策略，必须根据明确的提升目标来进行规划。在未来时期，运用高端技术手段，如人工智能、网络监控及物联网等，港口起重机械电气控制系统的智能化与安全性有望得到提升，从而将港口物流安全保障体系优化至更高水平。参考文献1 魏雅康，覃杰，陈良志.通用码头机械化自动化装卸工艺系统 J.起重运输机械，2022（1）：90-95.2 姜秀丽，高进，靳宣强，等.螺旋机传动轴的焊接及耐磨层检测工装分析 J.现代制造技术与装备，2017（7）：16-17.3 刘永生.螺旋卸船机水平物料输送的仿真分析研究 J.起重运输机械，2023（24）：55-59.4 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