語音報(bào)警系統(tǒng)在吊具模擬器上的應(yīng)用

姚家明 金為民

摘要：港口碼頭集裝箱吊具作為裝卸船作業(yè)中最為重要的一環(huán)，其設(shè)備穩(wěn)定性及維修方便性尤為重要。在現(xiàn)代碼頭運(yùn)營(yíng)中，備件的維修更換需要分秒必爭(zhēng)，大型碼頭的維修操作人員在設(shè)備宕機(jī)的高發(fā)期又面臨人員短缺。身為上海振華重工吊具電氣設(shè)計(jì)工程師，筆者針對(duì)維修車間吊具模擬器的功能性展開研究，利用CAN-open通訊開放性的特點(diǎn)，探索模擬器增加語音報(bào)警模塊的可能性。

關(guān)鍵詞：吊具模擬器;語音報(bào)警;CAN-open通訊

一、振華重工吊具模擬器的發(fā)展

振華重工的吊具模擬器是針對(duì)用戶碼頭維修車間，開展吊具維修和保養(yǎng)的功能性設(shè)備。吊具模擬器是通過模擬岸橋或者場(chǎng)橋設(shè)備，與吊具進(jìn)行接口匹配、通訊指令下達(dá)和信號(hào)反饋。

振華重工最開始的吊具模擬器只是通過選擇開關(guān)發(fā)送指令，指示燈顯示收到的吊具信號(hào)。之后針對(duì)模擬器電源容量和發(fā)熱性，增加了電流表和電壓表，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊具電源安全性。再到后來針對(duì)吊具模擬器的吊具信號(hào)可視化增加了顯示屏，通過圖表和顏色指示，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊具的各種數(shù)字量和模擬量信號(hào)。后來陸陸續(xù)續(xù)針對(duì)可視化和通訊種類做了更多的優(yōu)化，從簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊到后來的Profibus、Profinet、CAN-open等現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。

二、語音報(bào)警系統(tǒng)在吊具模擬器上的應(yīng)用

振華重工吊具模擬器在車間維修和保養(yǎng)吊具產(chǎn)品中發(fā)揮著重要的作用，如何更加高效快捷地幫助維保人員實(shí)施維保工作一直是振華重工關(guān)注的中心點(diǎn)。在產(chǎn)品升級(jí)更迭中，可視化程度在不斷提高，我們將提升產(chǎn)品功能性的角度拓展到三維空間，語音報(bào)警系統(tǒng)就是解決可視化之外的盲區(qū)問題。

12（一）語音報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介

語音報(bào)警系統(tǒng)是通過我司與廠家定制的語音模塊來實(shí)現(xiàn)的，語音模塊作為通訊從站，模擬器的可編程邏輯控制器作為主站，通過主從站之間通訊搭成語音報(bào)警系統(tǒng)。根據(jù)科學(xué)研究表明，語音提示比文字、圖片提醒更直觀、通用，其優(yōu)越性在維保吊具過程中可以使得精確性和便捷性大大提升。

（二）語音報(bào)警系統(tǒng)的選型

集裝箱吊具模擬箱語音系統(tǒng)的語音模塊由于用于港口碼頭，未來可能會(huì)用于吊具上，而實(shí)際上吊具的工作環(huán)境十分惡劣，吊具全力下沖的沖力最大可達(dá)約50G，同時(shí)港口鹽霧的侵蝕特別嚴(yán)重，所以和碩博電子定制了SPC-SDIO-S0808SPK語音模塊。

此設(shè)備供電采用直流寬電壓，輸入電源范圍8～32V，可適用12V及24V供電的環(huán)境。滿足各種嚴(yán)苛的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，15KV靜電，4KV雷擊，4KVEFT的測(cè)試都順利通過。此語音模塊CAN總線I/O資源分別為1路和8路，高度復(fù)用的端口，輸入端口可采集高電平、電壓等信號(hào);輸出端口為數(shù)字量高電平信號(hào)，可達(dá)3A，更可直接驅(qū)動(dòng)大電流的電磁閥。同時(shí)，語音模塊還具有防護(hù)等級(jí)高、高響應(yīng)速度、體積小、集成度高、端口配置靈活等優(yōu)點(diǎn)，使其成為分布式I/O應(yīng)用場(chǎng)合的的最佳選擇。該語音模塊利用32位的高性能MCU，具有30W語音報(bào)警（可切換到2個(gè)通道）;1個(gè)藍(lán)色狀態(tài)燈，所有端口都支持誤接電源、地，所有的輸出端口都帶有短路、過熱保護(hù);其采用鋁合金材料外殼，內(nèi)部增加硅膠，防護(hù)等級(jí)達(dá)到了IP67，滿足港口作業(yè)環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的要求。

由于吊具模擬器主控制器采用德國(guó)易福門品牌，控制器支持CAN-open通訊。CAN-open 是基于CAN總線的協(xié)議，該協(xié)議是基于應(yīng)用層的，在各種現(xiàn)場(chǎng)總線中，CAN-open 是應(yīng)用最廣的一種協(xié)議。在歐美獲得了大批企業(yè)和民眾的認(rèn)可，被認(rèn)為是基于CAN的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用最廣的準(zhǔn)備。一些重要的外部輸入輸出設(shè)備，如開關(guān)、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、編碼器等可以依靠CAN-open協(xié)議與支持CAN-open的可編程邏輯控制器構(gòu)成總線網(wǎng)絡(luò)。因此，我們選擇了支持CAN-open的語音模塊與吊具模擬器控制器組建了語音報(bào)警系統(tǒng)。

2.1.1（三）語音報(bào)警系統(tǒng)的配置

語音報(bào)警系統(tǒng)的配置主要是對(duì)語音模塊和控制器的配置，包括對(duì)語音數(shù)據(jù)、軟件參數(shù)、調(diào)用程序的配置。

（1）語音數(shù)據(jù)配置

首先，確定好需要錄制的語音內(nèi)容，從位置故障到編碼器故障再到控制器故障等，總共選擇了20多條語音信息;然后，找專人錄制每條語音內(nèi)容，生成語音文件;最后，用專用軟件將語音文件編號(hào)后導(dǎo)入語音模塊中。

（2）軟件參數(shù)配置

首先，準(zhǔn)備好語音模塊的EDS文件和庫文件。其次打開模擬器控制器的codesys程序，在庫文件管理器中加載4個(gè)專用庫文件，在“CAN1 [FIX]”上點(diǎn)擊右鍵，選擇“添加子元件”，然后選擇“CANopen Master”。在“CANopen Master [VAR]”上點(diǎn)擊右鍵，選擇“添加子元件”，然后選擇“SPC-SDIO-S0808SPK（SPC-SDIO-S0808SPK.EDS）”。然后，在“CANopen Master [VAR]”中設(shè)置CAN通訊參數(shù)，在“SPC-SDIO-S0808SPK（EDS） [VAR]”中設(shè)置CANopen從機(jī)擴(kuò)展模塊在CAN上的通信參數(shù)，S0808SPK模塊默認(rèn)的波特率為125Kps，ID號(hào)為16#71。SPC-SDIO-S0808SPK接收的主控制器的數(shù)據(jù)：包括擴(kuò)展模塊的數(shù)字輸出值、語音報(bào)警序號(hào)（根據(jù)定制的數(shù)據(jù)）、語音報(bào)警音量（根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境）、內(nèi)外喇叭切換（根據(jù)實(shí)際接線）。SPC-SDIO-S0808SPK發(fā)送給主控制器的數(shù)據(jù)：包括擴(kuò)展模塊的數(shù)字輸入值、模擬量輸入值、語音報(bào)警狀態(tài)、輸出短路狀態(tài)。

（3）調(diào)用程序配置

模擬器控制器作為調(diào)用語音報(bào)警的主體，調(diào)用語音指令的條件尤為重要。當(dāng)模擬器控制器同時(shí)收到兩個(gè)位置信號(hào)時(shí)，調(diào)用位置故障警報(bào);當(dāng)收到吊具磁尺數(shù)據(jù)超過規(guī)定的范圍值，即調(diào)用磁尺故障警報(bào);當(dāng)油溫檢測(cè)傳感器感應(yīng)到溫度過高，即報(bào)高油溫故障;當(dāng)?shù)蹙唠姍C(jī)因?yàn)槎罗D(zhuǎn)過流而導(dǎo)致接觸器切斷時(shí)，收到過流保護(hù)故障;當(dāng)打動(dòng)作指令時(shí)，吊具由于緊停被拍掉而無法動(dòng)作時(shí)，即調(diào)用緊停故障。

（四）語音報(bào)警系統(tǒng)實(shí)際安裝方法

首先，需要將語音模塊和控制器裝在模擬器箱體內(nèi)，供電直流24V電源，將CAN-open高和CAN-open低與控制器的CAN通訊端口通過端子排連接，CAN-open高低之間加裝120歐姆的終端電阻。語音模塊的安裝位置也需要特別注意，配套的喇叭頭需要在模擬器面板上開孔安裝，使得喇叭放音不會(huì)被遮擋。控制器和語音模塊注意安裝要豎直安裝，安裝支架采用不銹鋼304材質(zhì)，通訊線采用有屏蔽層的電纜，確保CAN-open通訊穩(wěn)定。

（五）語音報(bào)警系統(tǒng)是否正常的判斷

語音模塊是否正常可通過觀察指示燈顏色判斷：當(dāng)指示燈不亮?xí)r，表明系統(tǒng)未上電;當(dāng)指示燈常亮表示通訊故障;當(dāng)指示燈以1Hz頻率閃爍時(shí)，表示語音模塊正常運(yùn)行;當(dāng)指示燈以5Hz頻率閃爍時(shí)，表示語音模塊有其他故障。

模擬器控制器是否正常運(yùn)行也可通過觀察指示燈顏色判斷：當(dāng)指示燈不亮?xí)r，表明系統(tǒng)未上電;當(dāng)黃色指示燈常亮?xí)r，表明系統(tǒng)在初始化;當(dāng)綠色指示燈以5Hz頻率閃爍時(shí)，表示控制器內(nèi)沒有加載操作系統(tǒng);當(dāng)紅色指示燈常亮?xí)r，表明系統(tǒng)運(yùn)行遇到了故障;當(dāng)綠色指示燈常亮?xí)r，表示控制器處于暫停狀態(tài);當(dāng)綠色指示燈以2Hz頻率閃爍時(shí)，表示控制器運(yùn)行正常。

綜上所述，通過查看指示燈狀態(tài)就可以簡(jiǎn)單判斷語音模塊和控制器之間的通訊是否建立完成。

更具體的工作邏輯是否正確可以通過模擬吊具故障來觸發(fā)，如果模擬給定相應(yīng)的故障條件，語音報(bào)警出對(duì)應(yīng)的故障信息，則工作邏輯正常;如果模擬給定相應(yīng)的故障條件，語音報(bào)警不工作或報(bào)警出不對(duì)應(yīng)的故障信息，則需要重新檢查報(bào)警邏輯。

三、結(jié)束語

語音報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用為吊具模擬器的功能性增加了新的方向。本文對(duì)語音報(bào)警系統(tǒng)在吊具模擬器上的應(yīng)用研究，主要包括吊具模擬器的發(fā)展，語音報(bào)警系統(tǒng)在振華重工吊具模擬器上的應(yīng)用（包含語音報(bào)警系統(tǒng)的選型、配置以及語音報(bào)警系統(tǒng)故障的判斷），實(shí)現(xiàn)了對(duì)語音報(bào)警系統(tǒng)在模擬器上應(yīng)用的多樣性研究，為振華重工模擬器后續(xù)更多的改進(jìn)提供了參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]任振輝，馬永鵬，劉軍.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M].中國(guó)水利出版社，2008

[2]王黎明，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2008（3）