江西华伍制动器股份有限公司  邹耀平

中国移动通信集团江西有限公司 张健

摘要：制动器是港口机械运转中的重要组成部分，是港口安全和维护的重点关注单元。在智能化和5G新基建的浪潮下，本文介绍了一种基于5G网络下的港口制动器智能监控管理平台，为港口极简管理，智能运维提供新的解决办法。

关键词：工业制动；5G；监控管理；

1 引言

工业制动器是起重装卸机械、冶金机械、电力机械等机械系统安全保障装置中的重要组成部分，用作机械系统的零位锁紧，避免系统发生错误的 游移、偏转，或紧急情况下的故障抱死，防止系统非正常操作。当前，在港口装卸中，我国制动器60%的都是电力液压推杆制动器，受年限和港口气候、环境的影响，故障率较高。该种类制动器在日常维护需要重点关注制动器各铰点动作的灵活性，夹紧力、补偿行程、衬垫厚度、开闭闸时间有无变化，对人员日常维护提出了更高的要求，维护人员在故障判断上需要更多的经验积累。

随着我国落实《中国制造2025》发展战略，加快两化融合，大力推进5G新基建建设，各大港口、钢厂等客户群积极建设5G智慧港口、5G智慧钢厂等应用。“5G+”典型场景化解决方案中就有“5G+设备设施管理”，借助5G的连接特性，结合“GIS+物联网计算”，完成港区固定设备、流动设备设施的监测和生命周期管理。

本文介绍了一种5G+工业制动器监控管理平台系统，利用5G大带宽、低时延、广连接的特点，以及物联网、大数据、云平台等技术，结合现有工业制动产品的信息化基础，进行硬件平台集成与软件应用开发。建设出具有工业制动器特色的5G+制动器监控管理平台，助力各大港口、钢厂客户5G智慧工厂的建设，解决人工巡检经验不足的问题，为起重设备安全制动保驾护航。

2 工业制动系统发展现状

目前，国内的智能制动器已经具备利用各种传感器实时监控制动器的相关工作数据和故障信息，如夹紧力、补偿行程位置、两侧衬垫温度、衬垫浮贴、衬垫磨损、开闭闸时间、制动次数等，这个系统称作制动器监控系统（Brake Monitoring System ,简称BMS）。通过系统附带的Profibus-DP通讯接口，传输到远程控制管理系统 (Control Management System，简称CMS)或保存在本地，制动器附带的显示系统实时显示制动器的监控状态，对故障信息进行本地报警。

然而此类DP到监控室CMS的监控方式或者本地显示的方式，都存在维护人员不在监控岗位，就无法实时查看制动器相关信息，具有一定的滞后性，待确认制动器状态后，将会影响起重设备等的作业效率。同时，目前国内企业普遍只关注于设备的机械特性，缺乏对制动器运行状态信息系统管理的数据库，缺少制动器的监控管理系统，人工智能、大数据等应用也缺乏相应的数据基础。国外企业已经将制动器作为组成模块接入到各个设备中，设备可提供问题检测与故障预警，产品多与电子信息技术相结合，为客户提供及时的制动预警、操作帮助等信息。

3 制动器5G监控管理平台

自从第五代通信技术在2019年正式商用以来，越来越多的场景开始采用5G技术进行信息采集和传输，5G在上海洋山深水港、深圳妈湾港、广西北部湾港等地都取得了不错的成果。5G的广连接、低时延和高带宽特性能满足港口在监控，控制，组网上的各类需求，能很好的弥补WIFI系统的覆盖和干扰问题。

3.1 制动器系统5G组网

目前国内智能制动器对外的通信接口基本支持Profibus-DP类接口，RS485/232接口等。如果在制动器的BMS模块上直接增加5G通信模组用于制动器信息数采上云，将大大增加产品的单个成本。鉴于目前港口的制动器位置都出于相对集中的地区，在制动器设备支持被动查询功能后（即支持查询命令响应），可以使用485级联方式，将多个制动器利用485线进行级联，然后利用5G工业通信网关与每台BMS进行通信，定时对每台BMS设备进行数据采集，再统一进行数据上传，节省硬件资源。

5G智慧港口多采用的SA基站独享方式，即整个5G基站归属港口管理员所有，通过将核心网的用户面设备（UPF）下沉到港口，实现数据在港口本地卸载，流量不出港口，进而达到数据的安全可靠。本系统中网关设备也将纳入到港口5G基站专享的通信网络中，每个网关设备的数据直接通过基站下沉到港口内网中。

3.2  5G制动器监控管理平台

制动器监控管理平台包含前端界面、手机APP、后台服务器系统，为一整套的网页服务前后端系统。系统可部署在运营商公有云上，也可部署于5G专网边缘云上，方便维护和管理。由于采取的云端部署。云服务器从物理层、服务器安全、网络安全、数据安全4个层面构建了安全防护和保障体系，保障客户应用及数据安全，主要包括: 抗DDoS、网络入侵检测、Web 应用防护、漏洞扫描、云主机安全、态势感知、云堡垒机、Web全栈防护等，使得整个平台系统具备较高的安全等级和稳定性。

港口制动器全生命周期监控管理流程如下：

1）设备安装与上线

每台港口制动器的BMS设备都外标有由设备信息组成的二维码，通过APP扫描二维码，添加设备即可完成设备上线。网关设备也可以通过扫描二维码进行设备添加。BMS设备添加完成，通过485线完成和上层网关之间的连接。管理平台上将此设备设置挂载网关设备下。

2）日常监控数据采集、维护和更换

BMS设备挂载到网关设备并上线后，每隔固定时间网关会和BMS设备进行通信，收集设备的信息（包括制动次数，制动行程，夹紧力，衬垫温度等），发送到后台服务器，服务器分析信息并保存到数据库。跟进分析结果生成对应的告警工单，后台向手机APP管理者推送报警工单，管理人员选择处理人员进行工单派发，待告警消除之后再进行工单归档操作，实现设备告警主动推送，维护工单全流程管控。当设备更换时，重新上线新的设备并删除旧设备，更换网关与设备之间的关系即可。

3）设备远程升级与调试

借助于5G网络的低时延特性，后台可对制动器进行远程调试，完成故障定位并进行版本升级更换，批量故障处理。

图1 系统各层次组成示意图

图2制动器监控管理平台

3.3 大数据分析

制动器监控管理平台可根据用户的要求，建立“某用户”的专用数据库，为制动器、电机、减速机、钢丝绳、液压系统等重要机构的大数据分析做数据储备。将收集到的所有设备监控数据，运用聚类分析、因子分析等大数据AI算法，深度挖掘数据价值，搭建故障预测AI模型，分析和评估一段时间的设备故障原因以及趋势，建立历史故障数据库，为及时故障处理和故障预测提供依据，指导现场的日常保养工作，大大提高起重设备的安全稳定性。

图3 监控管理平台APP界面

图4 制动器信息大屏展示界面

4 结 束

制动器5G监控管理平台的建设，提升了港口工业制动系统的智能化、信息化水平，极大的提高了设备维护的工作效率，将平时需要现场查看的本地制动器监控数据，通过5G网络传输后直接实时云化呈现，开放的设备通信接口，可延伸集成到港口全套设备的智能安全管理中，实现制动器设备的实时、智能管理，减少人工的维护成本，助力各大港口5G智慧港口的建设。