隨著 Internet 技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，起重設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷日益朝網(wǎng)絡(luò)化和無線遠(yuǎn)程化發(fā)展，已經(jīng)構(gòu)建了基于數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通道。但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)復(fù)雜的工程機(jī)械而言，技術(shù)和管理人員往往需要對(duì)遠(yuǎn)程裝備作業(yè)情況進(jìn)行直觀了解，以往的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面只包括二維信息，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程 3D 信息化監(jiān)控而基于攝像頭的遠(yuǎn)程視頻工況監(jiān)控系統(tǒng)只能監(jiān)控一、兩個(gè)最重要的機(jī)構(gòu)動(dòng)作，由于傳輸數(shù)據(jù)量大，使其只能在駕駛室應(yīng)用，不能用作遠(yuǎn)程工況視頻監(jiān)控采用 VＲML (Virtual ＲealityModeling Language) 構(gòu)建的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)效率低，著色渲染速度慢，沒有底層控制，并不能滿足架橋機(jī) 3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的需要。

針對(duì)以上情況，本文基于組態(tài)軟件 GENE-SIS64 技術(shù)開發(fā)了一套架橋機(jī) 3D 遠(yuǎn)程虛擬監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并應(yīng)用 3G 通訊及云服務(wù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與存儲(chǔ)，3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 通 過 訪 問 云 服 務(wù) 獲 取 數(shù) 據(jù)，在 GENE-SIS64 軟件中驅(qū)動(dòng) 3D 模型運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的架橋機(jī)工況真實(shí)再現(xiàn)，為管理和評(píng)判提供直觀依據(jù)。

1架橋機(jī)3D遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)介紹

(1)系統(tǒng)功能

架橋機(jī) 3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基于組態(tài)軟件 GENE-SIS64 創(chuàng)建，具有監(jiān)控架橋機(jī)工作過程和指定運(yùn)行參數(shù)能力，能夠?qū)χ匾倪\(yùn)行參數(shù)和安全狀態(tài)進(jìn)行記錄并管理，并實(shí)時(shí)顯示架橋機(jī)報(bào)警信息。結(jié)合 GENESIS64 獨(dú)特的 3D 視圖以及 WIN7 展示技術(shù)，通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)架橋機(jī) 3D 模型運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了設(shè)備遠(yuǎn)程 3D 監(jiān)控。

（2）架橋機(jī)3D遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

架橋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與 3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控并存的方案?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由工控機(jī)和PLC 構(gòu)成，工控機(jī)采用自主開發(fā)的監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示以及數(shù)據(jù)上傳。PLC 完成系統(tǒng)的控制與保護(hù)。系統(tǒng)以西門子 S7 300PLC 作為控制單元，工控機(jī)與 PLC 通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。PLC 與架橋機(jī)各驅(qū)動(dòng)器以 ProfiBus 通訊協(xié)議進(jìn)行通訊。此外，對(duì)于位移傳感器、角度傳感器、編碼器等通過 CAN 控制器接入工控機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，通過將起重量限制器以 ＲS232 接入工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)起重量及風(fēng)速數(shù)據(jù)的采集。

工控機(jī)采集數(shù)據(jù)經(jīng)過解析在工控機(jī)上實(shí)現(xiàn)架橋機(jī)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，工控機(jī)通過 3G 無線網(wǎng)卡，將本地?cái)?shù)據(jù)上傳云服務(wù)器，3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過訪問云服務(wù)數(shù)據(jù)接口讀取數(shù)據(jù)，并將其存 儲(chǔ)在SQLSEＲVEＲ 數(shù)據(jù)庫中，GENESIS64 通過讀取數(shù)據(jù)庫中的各監(jiān)控項(xiàng)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)提梁機(jī) 3D 模型運(yùn)動(dòng)并顯示運(yùn)行參數(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息。架橋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1 如示。

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（3）GENESIS64 與數(shù)據(jù)源連接

系統(tǒng)通過 C#編寫的應(yīng)用程序訪問云服務(wù)數(shù)據(jù)接口獲取數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地 SQLSEＲVEＲ 數(shù)據(jù)庫中，為建立 GENESIS64 與數(shù)據(jù)庫的連接，需在 GridWorX64 Server 中完成以下設(shè)置:

1) 連接數(shù)據(jù)庫

支持連接 SQL SEＲVEＲ、Oracle、SAP、OLEDB、ODBC 等數(shù)據(jù)庫;

2) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)源包含 SQL 命令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫表中各列的選擇、插入、更新、刪除;

3) 設(shè)置刷新周期

運(yùn)用時(shí)間觸發(fā)器，可使數(shù)據(jù)刷新周期達(dá)到毫秒級(jí)，但較短的刷新周期將占用較多系統(tǒng)資源，影響系統(tǒng)性能。綜合考慮，本系統(tǒng)刷新周期設(shè)為 300 ms。

   如前所述，配置 GENESIS64 各組件可在數(shù)據(jù)瀏覽器中讀取數(shù)據(jù)庫各監(jiān)控項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)瀏覽器提供了連接數(shù)據(jù)源的工具，可連接的數(shù)據(jù)源包括 OPC UA 標(biāo)簽、全局別名、仿真數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫。GENESIS64 通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口 (數(shù)據(jù)瀏覽器) 讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)依次經(jīng)過應(yīng)用服務(wù)器、運(yùn)行時(shí)架構(gòu) FrameWorX，到達(dá)客戶端各組件顯示輸出或驅(qū)動(dòng) 3D 模型運(yùn)動(dòng)，GENESIS64數(shù)據(jù)流程如圖2 所示。其中應(yīng)用服務(wù)器包括 Alarm-WorX64 Server ＆Logger、TrendWorX64 Logger、Unified Data Manager; 客戶端組件包括 GraphWorX64、AlarmWorX64 Viewer、TrendWorX64 Viewer、Earth-WorX64; FrameWorX 負(fù)責(zé)組件間數(shù)據(jù)交換，也有數(shù)據(jù)聚集、數(shù)據(jù)預(yù)取、數(shù)據(jù)橋接、數(shù)據(jù)通道等優(yōu)化加速功能。

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2．架橋機(jī)3D遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)-GENESIS64 組態(tài)設(shè)計(jì)

根據(jù)架橋機(jī)安全監(jiān)控功能需求，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為不同的功能模塊，主要的功能模塊有主界面、報(bào)警信息、趨勢(shì)曲線、地理信息，各組態(tài)界面通過功能按鈕實(shí)現(xiàn)切換。

（1）主界面

架橋機(jī)3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主畫面在 Graph-WorX64 中制作完成，GraphWorX64 是 GENESIS64重要的組件，系統(tǒng)的其他功能模塊都添加在該組件中。在 GraphWorX64 中，主界面包括3D可視化及2D信息。

1) 3D 可視化

GENESIS 64 支持3D視圖，是其相較于傳統(tǒng)的組態(tài)軟件而言最大的特點(diǎn)。GraphWorX64 支持3D 動(dòng)態(tài)效果，支持 3D 模型的位移、旋轉(zhuǎn)、隱藏、甚至碰撞等效果，三維的組態(tài)畫面非常適合于機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作監(jiān)控，架橋機(jī)動(dòng)作過程可直觀地在畫面上展示。在架橋機(jī) 3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，提梁機(jī)作業(yè)的整個(gè)動(dòng)作包括運(yùn)梁車喂梁、前起升機(jī)構(gòu)馱梁、落梁與整車過孔等，都可在3D視圖中顯示。在3D視圖中應(yīng)用 Camera view 功能可獲得客制化的視野，為用戶提供豐富的視角。

2) 2D 信息

GraphWorX64 支持 2D 畫面的制作。在 Graph-WorX64 中預(yù)置了許多功能，大多數(shù)情況下用戶都不需要腳本。主界面 2D 信息包括面板信息及設(shè)備狀態(tài)信息。點(diǎn)擊 3D 視圖中的架橋機(jī)模型，主界面出現(xiàn)面板提示信息，其主要包括設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息 (包括行走模式、速度模式、環(huán)境信息等);設(shè)備狀態(tài)信息主要包括各起升機(jī)構(gòu)狀態(tài)及控制器狀態(tài) (包括各鉗盤狀態(tài)、上升下降限位狀態(tài)、各控制器狀態(tài))。當(dāng)控制器狀態(tài)異常時(shí)，其前的狀態(tài)圖標(biāo)將顯示為紅色; 狀態(tài)正常時(shí)，狀態(tài)圖標(biāo)為綠色。

（2）報(bào)警信息

1) 報(bào)警配置

報(bào)警配置是在 AlarmWorX64 Server 中完成的，其報(bào)警類型主要分為 5 種: 數(shù)字量報(bào)警、模擬量報(bào)警、偏差報(bào)警、變化率報(bào)警、觸發(fā)報(bào)警。

AlarmWorX64 Server 提供延遲設(shè)置，通過設(shè)置時(shí)間延遲，當(dāng)報(bào)警條件在延遲時(shí)間后仍滿足時(shí)才觸發(fā)報(bào)警，這對(duì)監(jiān)控項(xiàng)瞬時(shí)波動(dòng)的場(chǎng)合很有工程意義。對(duì)于架橋機(jī)起重量 100% 報(bào)警，起升機(jī)構(gòu)在提梁過程中由于機(jī)械振動(dòng)引起瞬時(shí)過載，可能觸發(fā)起重量 100% 報(bào)警引起誤判，當(dāng)通過設(shè)置延遲時(shí)間后，只有延遲時(shí)間過后報(bào)警條件依然滿足時(shí)才顯示，避免了系統(tǒng)因瞬時(shí)過載引起的誤判。另外，AlarmWorX64 Server 也提供緩沖區(qū)設(shè)置，可減少因傳感器信號(hào)波動(dòng)引起的誤判，其原理如圖 3 所示。通過設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)即圖中點(diǎn)畫線，當(dāng)傳感器信號(hào)波動(dòng)時(shí)，只有當(dāng)信號(hào)超過緩沖區(qū)上限時(shí)才出現(xiàn)報(bào)警提示，有效避免因信號(hào)波動(dòng)引起的誤報(bào)。

2) 報(bào)警顯示

報(bào)警顯示在 AlarmWorX64 Viewer 中實(shí)現(xiàn)，包括實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警。AlarmWorX64 Viewer 能顯示報(bào)警標(biāo)簽名、報(bào)警類型、報(bào)警時(shí)間及報(bào)警描述等。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生報(bào)警提示，同時(shí)可以查找歷史報(bào)警記錄。AlarmWorX64Viewer 支持生成歷史報(bào)警報(bào)表，支持歷史報(bào)警打印。

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（3）趨勢(shì)曲線

趨勢(shì)曲線由 TrendWorX64 組件實(shí)現(xiàn)，趨勢(shì)曲線配置是在 TrendWorX64 Logger 中完成的，在TrendWorX64 Logger 中主要完成以下設(shè)置:

1）設(shè)置數(shù)據(jù)采樣頻率和標(biāo)簽刷新周期上述2 項(xiàng)將顯著影響 TrendWorX64 Logger 以及數(shù)據(jù)庫所占資源，影響系統(tǒng)性能，需根據(jù)實(shí)際情況考慮。

2) 設(shè)置數(shù)據(jù)收集開始及結(jié)束時(shí)刻可以設(shè)置時(shí)間點(diǎn)或布爾表達(dá)式以確定 TrendWorX64 Logger 何時(shí)開始記錄收集數(shù)據(jù)或停止數(shù)據(jù)收集。

3) 設(shè)置數(shù)據(jù)庫表管理策略包括 Trend-WorX64 Logger 設(shè)置數(shù)據(jù)庫表的數(shù)量及表的大小以及何時(shí)創(chuàng)建新表，數(shù)據(jù)庫優(yōu)化、負(fù)載平衡等。

4) 配置標(biāo)簽 指定標(biāo)簽數(shù)據(jù)源，將數(shù)據(jù)項(xiàng)與TrendWorX64 Logger 建立聯(lián)系。

GENESIS64 通過訪問云服務(wù)器獲取設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，在 TrendWorX64 Viewer 中實(shí)時(shí)顯示。Trend-WorX64 Viewer 具有豐富的細(xì)節(jié)設(shè)置，而且支持2D及3D效果。

（4）地理信息

地理信息模塊由 EarthWorX64 組件實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)場(chǎng)通過 GPS 定位裝置獲取架橋機(jī)地理位置參數(shù)將其上傳云服務(wù)器，架橋機(jī) 3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過訪問云服務(wù)器，獲得設(shè)備當(dāng)前位置的經(jīng)緯度值，在EarthWorX64 地圖中實(shí)現(xiàn)設(shè)備地理信息標(biāo)注顯示。在 EarthWorX64 中也能實(shí)現(xiàn)地圖導(dǎo)航，包括平移、縮放; EarthWorX64 支持多種地圖模式，用戶可輕松切換，具體包括街拍模式、航拍模式、俯瞰模式; 在俯瞰模式下地圖上顯示街區(qū)建筑物等三維圖像，具有傾斜視角，可以旋轉(zhuǎn)視角。

在 EarthWorX64 添加智能圖釘，不僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的地理標(biāo)注、設(shè)備狀態(tài)顯示、還能實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示。當(dāng)設(shè)備故障時(shí)，智能圖釘不停閃爍，給出報(bào)警提示，智能圖釘包含信息面板，

信息面板中包括設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、累次工作時(shí)間等。對(duì)信息面板添加消隱、收縮、觸發(fā)等動(dòng)作，增強(qiáng)了界面的動(dòng)態(tài)交互性。

3.架橋機(jī)3D遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總結(jié)

架橋機(jī)由于其工藝和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其使用上存在隱患，架橋機(jī) 3D 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于保障生產(chǎn)安全和方便生產(chǎn)管理具有重要意義，相對(duì)國內(nèi)同類監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

1) 將 GENESIS64 應(yīng)用到起重設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域，通過施工場(chǎng)景及架橋機(jī) 3D 模型的構(gòu)建，利用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)三維模型運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了架橋機(jī) 3D 遠(yuǎn)程虛擬監(jiān)控。

2) 系統(tǒng)將 HMI/SCADA 系統(tǒng)、三維 (3D) 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和 GIS SCADA 統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)。

目前，該系統(tǒng)已投入使用，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運(yùn)行正常，應(yīng)用 GENESIS64 構(gòu)建起重設(shè)備3D 遠(yuǎn)程虛擬監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)新的嘗試，其技術(shù)路線值得推廣。