前言
起重機是碼頭與港口的主要生產(chǎn)設(shè)備,起重設(shè)備的運行狀況是碼頭管理者時刻關(guān)心的大事。使用遠程監(jiān)控技術(shù)可以有效地提高故障設(shè)備修復的工作效率。它能使設(shè)備的維護修理人員在故障發(fā)生的第一時間及時了解故障信息,而不論他所處的地點距離故障設(shè)備有多遠,這樣可以大大節(jié)約故障查找的時間。通過遠程監(jiān)控技術(shù)甚至可以遠距離對設(shè)備進行編程工作,這對某些緊急情況下,如備件不足時,需要對控制器進行局部的程序修改時很有意義。
現(xiàn)代的遠程監(jiān)控系統(tǒng)與過去相比性能上已有了很大的提高,它是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計算機軟件等的綜合運用。計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以極大地提高人們的生產(chǎn)自動化水平和生產(chǎn)效率,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)和領(lǐng)域。
在互聯(lián)網(wǎng)誕生之前,遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)大都使用公用電話網(wǎng)和一些專用網(wǎng)絡(luò)。無線傳輸受到地形和電臺的功率限制,遠距離難以實現(xiàn);專用網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域范圍也有限,并且建立網(wǎng)絡(luò)所需的成本較高;公用電話網(wǎng)覆蓋的地區(qū)范圍雖大,但在跨省市或國家時所產(chǎn)生的高額長途話費,使得監(jiān)控成本過高,并且速度很慢。因此,一直以來,由于缺少一個覆蓋面廣、通信成本低且速度足夠快的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)而制約著遠程監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用;ヂ(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)以及無線通訊技術(shù)的進步,為工業(yè)自動化的遠程監(jiān)控應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ);ヂ(lián)網(wǎng)覆蓋面廣,幾乎覆蓋了世界的各個角落;通信成本低,不存在異地通信成本差異;速度較快,除了傳輸文本數(shù)據(jù)流之外,還可以同時傳輸音頻、視頻流數(shù)據(jù),使遠程監(jiān)控的內(nèi)容更加豐富、使用更加方便。更重要的是,隨著信息高速公路的發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)進一步發(fā)展的潛力巨大,速度、可靠性和安全性將不斷提高。
項目分析
2.1 系統(tǒng)組成
2.1.1 終端數(shù)據(jù)采集器
負責采集各項數(shù)據(jù),如起重量、起重力矩、小車幅度、吊鉤高度以及
回轉(zhuǎn)角度等。
2.1.2 無線通訊設(shè)備
由于起重本身結(jié)構(gòu)設(shè)計相對嚴緊,如果采用有線來傳輸線數(shù)據(jù)的話,那將對起重機的正常工作帶影響。
鑒于采集器的接口和設(shè)備的工作環(huán)境等多種情況的要求,我們選擇廈門四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM。采用RS-232/485接口、金屬外殼設(shè)計,它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道,支持實時在線和按需在線多種工作方式,如定時上下線和設(shè)備喚醒,并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠,還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費。
2.1.3 系統(tǒng)控制中心
系統(tǒng)控制中心主要負責對數(shù)據(jù)的管理、存儲、分析以及下達各種控制指令或預警信息。
2.2 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)
終端采集設(shè)備通過RS232/485線與無線通訊設(shè)備連接,系統(tǒng)控制中心可以使用專線、ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入方式。
無線通訊設(shè)備F2103通過GPRS/CDMA/WCDMA/EDGE/EBDO/TD-SCDMA等無線網(wǎng)絡(luò)接入Internet,并與系統(tǒng)控制中心的服務(wù)器建立連接,為數(shù)據(jù)傳輸提供透明的傳輸通道。采集終端產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)通過RS232/485發(fā)送去 F2103,F(xiàn)2103就會將收到數(shù)據(jù)不做任何處地發(fā)送到控制中心的服務(wù)器主機。服務(wù)器主機收到終端的數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行綜合分析及判斷,并向終端設(shè)備發(fā)出控制指令,服務(wù)器主機發(fā)出的控制指令通過通道傳輸?shù)紽2103后,F(xiàn)2103通過串口送到采集終端,從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
2.3 系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)通過對塔機起重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器以及角度傳感器等輸出數(shù)據(jù)進行分析處理,實現(xiàn)對系統(tǒng)工作時起重量、起重力矩、小車幅度、吊鉤高度以及回轉(zhuǎn)角度的實時監(jiān)控,能自動、可靠的保證塔機的工作始終處在該塔機起重性能曲線(或負荷特性表)所限制的范圍內(nèi),一旦探測到可能超載或超力矩時將先預警,直至報警并通過此塔機的控制系統(tǒng)來動作,自動限制這種操作的繼續(xù),盡可能的避免因操作者的疏忽或判斷失誤而造成的安全事故,極大的保證了塔機的安全使用,同時該系統(tǒng)能夠?qū)崟r記錄塔機作業(yè)中的危險工況,為事故的分析處理提供可靠的依據(jù)。
2.3.1 狀態(tài)監(jiān)測
1)對起重機功能有重要影響的電氣參數(shù)以及所有基本元件的狀態(tài)進行監(jiān)測,并通過相對應(yīng)的直觀圖表進行顯示。
2)對整機的工作狀態(tài)(安全鎖、高壓供電狀況、低壓供電狀況、各機構(gòu)工作狀態(tài)、外部工作環(huán)境如溫度、風速等)進行監(jiān)控和顯示。
3)對起重機主要機構(gòu)的工作狀態(tài)(位置、負載、速度、電壓、電流、頻率、運行方向、電機溫升制動器、驅(qū)動器、主要接觸器、檢測元件等)進行監(jiān)控和顯示。
2.3.2 故障診斷、分析
1)能夠顯示故障內(nèi)容、時間、具體位置、解決方法并顯示相應(yīng)幫助文檔。
2)能夠?qū)⒖刂凭路、驅(qū)動器PLC部分的故障位置、故障現(xiàn)象顯示到具體的故障點。
3)系統(tǒng)設(shè)有故障點保護功能,可存儲故障發(fā)生前后的有關(guān)波形圖,以作故障分析、排除、現(xiàn)象歸檔的依據(jù)。
4)系統(tǒng)能夠?qū)v史故障進行分析、建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫。產(chǎn)生的故障可直接調(diào)用歷史故障進行比較排除。
5)系統(tǒng)能夠?qū)﹄娐穲D和PLC程序進行修改并歸檔保存。
2.3.3 預防維修
1)系統(tǒng)能夠?qū)p耗部件和需要周期性保養(yǎng)的時間自動記錄,并與各自規(guī)定的更換間隔和維護周期相比較,更換間隔和維護周期可自由調(diào)整系統(tǒng)在到達更新時間或維護周期時提醒用戶。
2)系統(tǒng)提供有足夠的存儲容量,可以自由的增加損耗部件和維護保養(yǎng)項目。
2.3.4作業(yè)統(tǒng)計
系統(tǒng)能夠分別按班次、日、周、月統(tǒng)計和查詢作業(yè)的次數(shù)、重量以及作業(yè)起始時間、等候時間、生產(chǎn)效率等。
三、項目架構(gòu)實施方案
3.1 無線通訊設(shè)備F2103與采集終端連接
IP MODEM F2103支持RS232/385通訊接口,可通過RS232/485與采集終端連接。如下圖
3.2 數(shù)據(jù)控制中心服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接入方式
3.2.1專線接入
中心采用APN專線, 所有終端都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP,客戶中心通過一條APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò),在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間建立GRE隧道。為客戶分配專用的APN,其他的用戶不得申請該APN。只有該專網(wǎng)內(nèi)的SIM卡才能進入該APN,防止其他非法用戶的進入。用戶可以內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器,以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器(或在APN路由器內(nèi),啟用DHCP功能),為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
此種方案無論實時性,安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高,適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下的最佳組網(wǎng)方式。
3.2.2 ADSL撥號連接(動態(tài)公網(wǎng)IP地址)
控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開通動態(tài)域名,IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器,再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP,建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用,但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定,所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
3.2.3 通過固定公網(wǎng)IP連接
控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù),中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定,推薦此種方案。
3.2.4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構(gòu)建
中心端軟件的構(gòu)建有多種方式,對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同,我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設(shè)備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口:
首先是對于組態(tài)軟件,目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動了,可以直接配置使用;其次對于原本是讀串口的程序,提供一個虛擬串口軟(TCP2COM);最后是對于想開發(fā)自己獨有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶,會提供一個動態(tài)鏈接庫及四信公司的數(shù)據(jù)中心軟件,不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?蛻艨赡芡ㄟ^動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的、穩(wěn)定的、功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件
四、方案特點
1 、傳輸模塊采用無線接入GPRS網(wǎng)絡(luò),目前GPRS網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)已經(jīng)運營了十幾年,網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定,技術(shù)成熟,覆蓋率廣。
2、傳輸模塊采用工業(yè)級設(shè)計,金屬外殼,外接電源DC 12V/500mA;通信電流:<250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC;儲存溫度 -40~+85ºC;相對濕度 95%(無凝結(jié));多重軟硬件看門狗設(shè)計。適用于起重機戶外工作環(huán)境。
3、傳輸模塊具有可靠的網(wǎng)絡(luò)連接、智能防掉線、支持在線檢測、在線維護、掉掉線自動重拔,確保設(shè)備永遠在線,確保通信通道正常,為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)。
4、終端傳輸模塊支持多種激活方式,如語音電話、短信、數(shù)據(jù)等;終端設(shè)備故障或異常時,自動發(fā)短信報警信息給維護人員。
5、傳輸模塊采用主備份中心與中心自動恢復功能,并同時支持多中心并發(fā)功能(最多五個)。
6、方便控制,管理人員不需要親臨現(xiàn)場就可以對現(xiàn)場的設(shè)備進行監(jiān)視,完成參數(shù)的調(diào)整與設(shè)置,進行有效的故障恢復等,大大提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約了生產(chǎn)的人力資源。
7、及時響應(yīng),實時的遠程監(jiān)控,可以對故障做出及時的響應(yīng),從而大大降低故障帶來的經(jīng)濟和其他方面的損失。
8、規(guī)范管理和操作,起重設(shè)備的運行作業(yè)過程全面監(jiān)控是非常必要的,通過過程監(jiān)測,可將機械作業(yè)的過程以數(shù)字方式全部記錄下來,從而既可以對操作人員進行工作量考核提供真實的數(shù)據(jù),也可以規(guī)范操作,對違章作業(yè)提供記錄信息,另一方面還可以監(jiān)控設(shè)備的故障狀況,及時找出故障點,同時根據(jù)記錄查出故障原因。
9、四信可為客戶提供二次開發(fā)包和多語言版本數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件以便客戶的需要進行二次開發(fā);同時針對客戶的需求,提供多種技術(shù)支持,包括產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案設(shè)計、技術(shù)人員技術(shù)培訓、軟件開發(fā)全程技術(shù)配合、設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試技術(shù)支持等服務(wù)。
五、方案總結(jié)
起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)對保障生產(chǎn)安全和方便生產(chǎn)管理具有重要的意義.設(shè)計一套先進、方便實用的數(shù)字化遠程監(jiān)控系統(tǒng),對于實現(xiàn)人們的安全生產(chǎn)、提高監(jiān)控質(zhì)量、實現(xiàn)科學有效的管理具有十分重要的意義。