工程機(jī)械遠(yuǎn)程狀態(tài)信息采集方法研究與應(yīng)用分析

陳文偉

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

工程機(jī)械遠(yuǎn)程狀態(tài)信息采集方法研究與應(yīng)用分析

陳文偉

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

將遠(yuǎn)程狀態(tài)信息采集應(yīng)用于工程機(jī)械的監(jiān)控系統(tǒng)中，可以為工程機(jī)械的正常運行提供可靠的參數(shù)基礎(chǔ)依據(jù)，這就要求我們必須在工程機(jī)械中分析并研究其CAN總線的控制系統(tǒng)以及施工現(xiàn)場的信息特性，對眾多不同特性的信息進(jìn)行統(tǒng)一的分類與采集，然后經(jīng)過混合組態(tài)的方式對信息的采集方法和手段進(jìn)行參數(shù)化的遠(yuǎn)程設(shè)計與設(shè)置，從而根據(jù)每一個設(shè)備中的不同信息對其自身所具有的可擴(kuò)展性與兼容性進(jìn)行提高。以現(xiàn)代化的信息技術(shù)為主要手段，對工程機(jī)械的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行在B/S與C/S基礎(chǔ)上的新型混合架構(gòu)的建立，之后再對其進(jìn)行具體的設(shè)計與研制，并逐步推廣與應(yīng)用到各種行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。

工程機(jī)械；遠(yuǎn)程狀態(tài)；信息采集；方法與應(yīng)用

在實際的施工過程中，實時監(jiān)控現(xiàn)場狀態(tài)是為設(shè)備可靠運行以及防止出現(xiàn)施工故障提高保障的一種重要的方法與手段[1]。工程機(jī)械施工的裝備構(gòu)成以及控制系統(tǒng)隨著科技的發(fā)展而逐漸變得復(fù)雜，同時也使監(jiān)控系統(tǒng)和診斷故障的具體工作更加趨于復(fù)雜化。將遠(yuǎn)程狀態(tài)下的工程機(jī)械信息采集方法運用到實際工作中，可以有效的促進(jìn)現(xiàn)場狀態(tài)實時監(jiān)控情況以及預(yù)測與診斷故障情況向更加可靠、更加準(zhǔn)確的方向發(fā)展。

1 我國目前遠(yuǎn)程狀態(tài)信息采集在工程機(jī)械中的狀況

實時監(jiān)控工程機(jī)械施工的現(xiàn)場狀態(tài)可以對設(shè)備的安全運行、故障的準(zhǔn)確預(yù)測與判斷進(jìn)行可靠的保證。在現(xiàn)階段的工程機(jī)械施工中，應(yīng)該采取科學(xué)合理的方式與方法對眾多處于分布式的、具有不同監(jiān)測點特性的狀態(tài)信號進(jìn)行采集與傳輸，其采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以有效提升實時監(jiān)控質(zhì)量，并準(zhǔn)確診斷、預(yù)測故障[2]。CAN總線憑借自身所具有的眾多優(yōu)點，已經(jīng)在現(xiàn)階段被廣泛的應(yīng)用在工程機(jī)械領(lǐng)域中，但是多數(shù)采用的采集方式都是單一形式的，如果過多的采集屬于緩變次要的信息，往往會出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，造成重要信息采集的缺失和遺漏，進(jìn)而影響遠(yuǎn)程狀態(tài)的維修運行。

2 遠(yuǎn)程狀態(tài)信息在工程機(jī)械中的采集方法

2.1 信息采集的原理分析

工程機(jī)械中，CAN總線控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分包括主控制器、顯示儀表、輸入控制器、執(zhí)行器、傳感檢測器以及子網(wǎng)絡(luò)和子系統(tǒng)等。CAN總線共有110個通信節(jié)點，見圖1，其擁有包括強擴(kuò)展性和自由組網(wǎng)等多個優(yōu)點，使得在對信息進(jìn)行擴(kuò)展共享時更加的方便，數(shù)據(jù)采集節(jié)點的增多與減少不會影響到原有的CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)，而且還可以對其中的所有信息進(jìn)行監(jiān)聽，這與監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集要求不謀而合。

圖1 CAN節(jié)點的電路框圖

2.2 遠(yuǎn)程信息采集方法在工程機(jī)械中的應(yīng)用

按照信息所起到的作用，可以對需要采集的信息分成幾個類別，具體包括：工作狀態(tài)信息、工況信息、診斷故障信息、工作記錄信息以及工作環(huán)境信息。其中，GPS信息數(shù)據(jù)是在GPS模塊中利用SCI串口獲取的，其他的信息數(shù)據(jù)則都是在CAN總線中獲取的，其所具有的模塊和產(chǎn)生的作用均具有很大的差異，這些都會對CAN總線的信息造成影響，使其之間的差異越來越明顯，從而形成了不同的廣播方式[3]。在此基礎(chǔ)上統(tǒng)一描述各種參數(shù)的不同采集，以提高實現(xiàn)編程的可行性。設(shè)P為每一個ID和采集方法所對應(yīng)的一個對象，那么這個對象P就會產(chǎn)生5種屬性，包括ID號、抽樣周期以及廣播方式、請求ID號和請求命令。如果將秒鐘作為抽樣周期的最小單位，那么抽樣周期若為0，則能夠?qū)θ我庖环N信號進(jìn)行采集，這也就說明，具有非常良好的兼容性；廣播方式主要由主動和被動，即P和N兩個值構(gòu)成，如果是主動方式，那么請求ID號和請求命令則可以忽略不計。

2.3 分析信息采集的參數(shù)化設(shè)計及遠(yuǎn)程設(shè)置

參數(shù)化設(shè)計信息采集的主要設(shè)計對象是監(jiān)測對象P，利用多種方式和方法來修改監(jiān)測對象P的遠(yuǎn)程狀態(tài)、廣播方式以及請求ID號和請求命令等，利用遠(yuǎn)程狀態(tài)方式來對設(shè)置完畢的信息采集周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并對CAN總線所形成的波特率進(jìn)行相對獨立的設(shè)置。除此之外，還需要遠(yuǎn)程設(shè)置位于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中的IP地址和端口號[4]，以便與服務(wù)器的變動情況相適應(yīng)，進(jìn)而使控制器可以對其他設(shè)備進(jìn)行復(fù)用。以上文所講的要求為標(biāo)準(zhǔn)利用遠(yuǎn)程狀態(tài)對設(shè)置協(xié)議進(jìn)行制定，使其格式具有一定的統(tǒng)一性和規(guī)范性，可以將其具體制定為起始符、密碼、設(shè)置類型和內(nèi)容、校驗碼以及截止符六項內(nèi)容，見表1。

表1 遠(yuǎn)程狀態(tài)設(shè)置協(xié)議一覽表

3 對遠(yuǎn)程狀態(tài)采集信息系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計

以信息采集要求和遠(yuǎn)程設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)為根據(jù)，對控制器硬件進(jìn)行設(shè)計需要與以下幾方面要求相符合，具體包括：CAN總線的接口屬于獨立狀態(tài)；可以進(jìn)行GPS地理信息的接收；能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程狀態(tài)下的GPRS/GSM的信息通信[5]；不會因出現(xiàn)斷電情況而使處于靜態(tài)狀態(tài)的信息存儲板塊出現(xiàn)丟失或遺漏現(xiàn)象；可以進(jìn)行自我斷電延時操作。以相關(guān)的功能要求為根據(jù)，盡可能的對高集成的功能模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用，以便降低采集成本，同時提高設(shè)計性能的可靠性和簡便性。信息采集控制器電路，見圖2。信息采集控制器實物，見圖3。

圖2 遠(yuǎn)程狀態(tài)信息采集系統(tǒng)的電路示意圖

圖3 遠(yuǎn)程狀態(tài)信息采集控制器實物圖

4 對遠(yuǎn)程狀態(tài)采集信息系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計

DSP/BIOS在CPU中所占據(jù)的資源非常少，具有管理內(nèi)存、實時分析以及任務(wù)管理等多種功能。對此項功能進(jìn)行合理的利用，可以便于提高各種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高運行效率和強實時性特點的應(yīng)用軟件的編寫。因此，將DSP/BIOS的機(jī)制軟件構(gòu)架運用到了控制器中[6]。在其內(nèi)核的應(yīng)用程序內(nèi)，可以根據(jù)優(yōu)先級來進(jìn)行線程的四種設(shè)計，具體包括硬件和軟件中斷，以及任務(wù)和空間線程。根據(jù)控制器功能的相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，可以將軟件系統(tǒng)進(jìn)行11個線程的設(shè)計，見表2。

表2 軟件系統(tǒng)各個線程的分配一覽表

5 遠(yuǎn)程狀態(tài)信息采集在工程機(jī)械中的實際應(yīng)用案例

在某挖掘機(jī)公司，上述信息采集方法，已經(jīng)試用于型號為QUY250和QUY350的遠(yuǎn)程控制和故障診斷的多臺液壓履帶起重機(jī)中，其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，見圖4。該系統(tǒng)監(jiān)測所用的參數(shù)均來源于兩條獨立CAN總線，具體包括：第一條為以SAE J1939協(xié)議為基礎(chǔ)的參數(shù)，其ID分別是0X18FEE500， 0X0CF00400， 0X18FEEE00，0X18FEEF00等，所對應(yīng)的參數(shù)分別是柴油機(jī)的總轉(zhuǎn)數(shù)和總工作時間，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，冷卻水和機(jī)油的溫度，冷卻水和機(jī)油的液位、機(jī)油的壓力等；第二條為以CANOpen協(xié)議為基礎(chǔ)的參數(shù)，其ID分別是295，2A1，2A3，2A4，401等，其所對應(yīng)的參數(shù)分別是各種器件的故障代碼、起重量以及負(fù)荷率等，主臂的長度、高度以及工作半徑等，副臂的長度、高度等，風(fēng)速，倍率等。此應(yīng)用案例表明，每個設(shè)備所服役的地區(qū)不同，其所面對的實際工況也會有很大的差異，信息采集控制器具有穩(wěn)定可靠的工作，正常的采集和傳輸數(shù)據(jù)，靈活的遠(yuǎn)程設(shè)置，可以促進(jìn)這些設(shè)備的魯棒性(自動系統(tǒng)的抗干擾能力)和兼容性的提高。

圖4 起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

6 結(jié)語

以現(xiàn)場狀態(tài)信息所具有的特性為依據(jù)，對以CAN總線為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程狀態(tài)信息采集方法進(jìn)行設(shè)計，并對遠(yuǎn)程控制器進(jìn)行參數(shù)化的設(shè)計，可以提高其自身的兼容性，對各種工程機(jī)械進(jìn)行有效的使用，并對各種狀態(tài)的信息進(jìn)行采集和傳輸，同時還促進(jìn)了信息采集監(jiān)測軟件和硬件可擴(kuò)展性的提高，通過設(shè)計高集成的功能模塊和多任務(wù)的DSP/BIOS軟件，提高控制器的可靠性能和穩(wěn)定性能，為工程機(jī)械遠(yuǎn)程狀態(tài)的信息采集提供可靠的基礎(chǔ)保障。

[1]李寶珍.在工程機(jī)械中遠(yuǎn)程監(jiān)控及智能化系統(tǒng)的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2012(21)：102.

[2]萬昌兵.工程機(jī)械中遠(yuǎn)程監(jiān)控及智能化系統(tǒng)的應(yīng)用[J].江西建材,2013(1)：227-228.

[3]廖希華.淺談在工程機(jī)械中遠(yuǎn)程監(jiān)控及智能化系統(tǒng)的應(yīng)用[J].東方青年·教師,2013(6)：22.

[4]劉勇.工程機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的必要性[J].黑龍江交通科技,2011(9)：325.

[5]池智偉,張穎,鄭州.數(shù)據(jù)壓縮在用電信息采集遠(yuǎn)程通信中的應(yīng)用[J].電力信息化,2013,11(4)：39-45.

[6]李建高,李樹明.基于藍(lán)牙與智能手機(jī)的遠(yuǎn)程信息采集與控制系統(tǒng)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2012,31(17)：92-94.

Research and Application Analysis Engineering Machinery Remote Status Information Acquisition Methods

CHEN Wen-wei
(School of Coal Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037003)

The application of remote state information collection in the engineering machinery monitoring system can provide reliable parameters for the normal operation of the engineering machinery foundation.We must analyze the controlling system of CAN and the information features of the construction site,collect and classify different information,then design and set up the methods and ways of information collection through hybrid configuration approach.According to different information in each piece equipment,the extensibility and compatibility are improved.With modern information technology as the main means,the monitoring systerm of engineering machinery is built on the basis of B/S and C/S.Then the detailed design and development is carried out,and gradually popularized and applied in various industries.

engineering machinery;remote state;information acquisition;method and application

TP806+.3

A

1674-0874(2015)04-0072-03

2014-12-12

陳文偉（1978-），男，山西大同人，助理實驗師，研究方向：機(jī)械工程。

〔責(zé)任編輯 王東〕