3．1PLC數(shù)據(jù)采集

起重機械的控制系統(tǒng)本身具有主控PLC，包含了大部分監(jiān)控系統(tǒng)中需要采集的數(shù)據(jù)，可直接使用。但是，為將起重機控制系統(tǒng)本身與CMS管理系統(tǒng)區(qū)分開，同時又不破壞原起重機的PLC程序，需在LCMS中采用一套獨立的PLC來采集數(shù)據(jù)。LCMS的PLC可通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線協(xié)議或MODBus．RTu協(xié)議與起重機本地PLC通信來讀取需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)。此外，PLC中還配置了開關量信號、4～20mA電流信號、O～1OV直流電壓信號和熱電阻信號的處理模塊，連接安裝在起重機上用來進行安全監(jiān)測的傳感器以采集數(shù)據(jù)。

LCMS的PLC控制器一方面會將采集到的各種信號經(jīng)處理后傳輸?shù)絎inCC的監(jiān)控畫面上顯示，另一方面會判斷當前的狀態(tài)是否會觸發(fā)系統(tǒng)報警。在控制器中，根據(jù)不同的報警設置了不同的報警觸發(fā)位，一旦該位被置位，WinCC的報警系統(tǒng)就會給出報警提示。

3．2接口模塊

接口模塊是一種為WinCC和底層數(shù)據(jù)庫提供服務的中間件，其封裝了對數(shù)據(jù)庫的CRUD操作及一些業(yè)務邏輯，為WinCC訪問底層數(shù)據(jù)庫提供了統(tǒng)一的接口。接口模塊的開發(fā)環(huán)境是基于VisualBasic6．0設

置的。。

3．2．1模塊的結構

模塊的主體是類模塊，包含報警、回放和數(shù)據(jù)管理等3個模塊，用于存放一些共享屬性和方法，供類模塊中的方法調用。數(shù)據(jù)庫的訪問則使用了微軟的ADO應用接口。

3．2．2模塊中主要包含的函數(shù)

模塊中主要包含以下函數(shù)。

(1)PrivateSubClass—Initialize()：類模塊初始化，設置模塊必須的參數(shù)。

(2)PrivateSubClass—Terminate()：類模塊銷毀時，釋放所占用的資源。

(3)PublicSubOpenSQLServer()：打開數(shù)據(jù)庫連接。

(4)PublicSubCloseSQLServer()：關閉數(shù)據(jù)庫連接。

(5)PublicSubDBExecuteSQL(SQLStrAsString)：執(zhí)行字符串語句sQL命令；參數(shù)SQLStr為字符串類型。

(6)PublicFunctionDBGetRecordset(SQLStrAsString)AsADODB．Recordset：查找字符串指定的數(shù)據(jù)庫記錄，返回記錄集對象；參數(shù)SQLStr為字符串類型SQL語句。

(7)PublicFunctionCMSGetAlarmHistory(AlarmDAsString，AlarmTAsString，QTypeAsInte—ger)AsADODB．Recordset：查找符合條件的歷史報警記錄，返回記錄集對象；參數(shù)AlarmD為日期字符串。

(8)PublicSubCMSAlarmProcessList(ByValTagIDMAsString)：查詢當前的報警記錄。

(9)PublicSubCMSStartPlaying(ByValSPointerAsInteger)：運動軌跡回放。

3．2．3模塊的使用

在開發(fā)環(huán)境中將接口模塊編譯成可執(zhí)行文件并運行。在WinCC的VBS腳本編輯器中調用CreateOb-ject方法創(chuàng)建接口模塊的對象實例，并通過對象實例調用類的方法實現(xiàn)業(yè)務邏輯。

3．3起重機監(jiān)控功能設計

LCMS端主要用于實時監(jiān)控，其軟件采用西門子WinCC開發(fā)，根據(jù)功能分為起重機狀態(tài)實時監(jiān)控、起重機運動軌跡回放、報警管理和視頻監(jiān)控等界面。

3．3．1起重機狀態(tài)實時監(jiān)控

起重機需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)量通常較大，將其全部顯示在同一個界面上顯然不太合適。因此，將狀態(tài)實時監(jiān)控界面分為總體監(jiān)控界面和分部監(jiān)控界面兩部分，其中：總體監(jiān)控界面中只顯示起重機最重要的數(shù)據(jù)；分部監(jiān)控界面則根據(jù)起重機的特性，按照功起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)構設計有大車監(jiān)控、小車監(jiān)控、起升監(jiān)控和鉤移監(jiān)控界面，所有監(jiān)控的信號和數(shù)據(jù)都會在這些界面上顯示出來。LCMS中的PLC負責采集起重機上所有需要監(jiān)控的信號和數(shù)據(jù)，是起重機狀態(tài)實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)源。為將PLC采集到的數(shù)據(jù)顯示在界面上，必須在WinCC內建立通信變量，變量地址與PLC的內部地址對應。由于起重機會同時包含多個相同的部件，因此若需要創(chuàng)建的變量相同，則可以利用結構變量簡化工作量。此外，為保證數(shù)據(jù)的實時性，選用工業(yè)以太網(wǎng)作為傳輸介質。

3．3．2起重機運動軌跡回放

運動軌跡回放是指將人工選定時間段內的起重機狀態(tài)信號和數(shù)據(jù)動態(tài)地還原出來。這些數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)庫，當起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)運行時起重機狀態(tài)數(shù)據(jù)會以較高的頻率存人數(shù)據(jù)庫。運動軌跡回放界面的功能主要包含獲取數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)和回放數(shù)據(jù)等3部分。

(1)獲取數(shù)據(jù)：以起始時間和結束時間為條件查詢狀態(tài)數(shù)據(jù)，將得到的記錄集通過數(shù)據(jù)表格控件在界面上顯示出來，每一行數(shù)據(jù)代表某一個時刻所有記錄點的數(shù)據(jù)集合。

(2)保存數(shù)據(jù)：創(chuàng)建EXCEL對象，將之前顯示在表格控件中的數(shù)據(jù)按行依次寫入EXCEL對象的表單中，最后保存為EXCEL文件。每執(zhí)行一次軌跡回放，都將分別在本地和RCMS端生成一個數(shù)據(jù)文件。

(3)回放數(shù)據(jù)：從生成的數(shù)據(jù)文件列表中選取一個數(shù)據(jù)文檔，讀取文檔中的起始時間、結束時間、記錄數(shù)目和每天記錄的具體數(shù)值，將其存放到一個2維數(shù)組中(其中：列表示每個不同的數(shù)據(jù)點對應到相應的變量；行表示不同的時間點)。回放時，根據(jù)采集的頻率將2維數(shù)組中的數(shù)據(jù)按行寫入對應的變量。界面上，通過將圖像的幾何屬性鏈接到變量實現(xiàn)動畫效果，圖像的幾何屬性隨著變量數(shù)值的變化而變化，能夠還原所選時間段內起重機運行的軌跡；同時，對于一些數(shù)值型的屬性(如電流)，使用圖表控件顯示其波形。

3．3．3報警管理

報警列表分為當前報警列表和歷史報警列表，其中：當前報警列表只顯示當前存在的報警信息；歷史報警列表包含之前所有發(fā)生過的報警信息。當前報警列表的刷新由事件觸發(fā)，當PLC報警信號出現(xiàn)時，起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

將報警相關信息記錄到當前報警和歷史報警的數(shù)據(jù)表中；當PLC報警信號消失時，當前報警數(shù)據(jù)表中對應的記錄將被刪除，同時更新歷史報警數(shù)據(jù)表中對應記錄的狀態(tài)。RCMS端的數(shù)據(jù)庫將會同步本地的當前報警和歷史報警記錄。當本地更新當前報警和歷史報警時，將會把記錄同步到RCMS端。

3．3．4起重機視頻監(jiān)控

以M0XA視頻編碼器為例，通過其提供的SDKActiveX控件可將視頻監(jiān)控畫面嵌入到WinCC中。畫面打開時必須初始化控件的以下屬性。

(1)HttpPort：Http的端口，通常是80。

(2)VideoProtocol：設置連接協(xié)議，可以是UDP／TCP／HTTP／Multicast。

(3)CHIndex：選擇顯示的視頻通道。

(4)StreamingType：設置編碼類型，可以是MPEG4／MJPEG／H．264。

(5)ServerIP：編碼器的IP地址。此外，開發(fā)時需要用到的方法主要有以下幾種。

(1)Connect：連接到編碼器。

(2)Disconnect：斷開編碼器連接。

(3)SendCameraCommand：發(fā)送控制命令給攝像機，支持左移、右移、上移、下移、放大及縮小等指令。

3．4管理功能設計

RCMS端主要用于起重機群的管理，包含報警管理、運動軌跡回放管理、起重機運行維護管理、起重機實時監(jiān)控等功能，側重于數(shù)據(jù)的查詢和報表。管理功能的數(shù)據(jù)源存儲在本地數(shù)據(jù)庫中，其中：報警和運動軌跡的數(shù)據(jù)由所有LCMS的數(shù)據(jù)庫通過事件觸發(fā)同步；運行維護的數(shù)據(jù)需要本地輸入。以西門子PLC為例，運用PRODAVE提供的接口進行編程，實現(xiàn)RCMS與PLC的數(shù)據(jù)通信[9]。PRO—

DAVE主要提供以下API。

(1)LoadConnection—ex6：用于建立連接，初始化參數(shù)和適配器。

(2)UnloadConnection—ex6：關閉連接，必須在退出應用前調用。

(3)db—read—ex6：讀取背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。

(4)db—write—ex6：向背景數(shù)據(jù)塊中寫人數(shù)據(jù)。

(5)field—read—ex6：讀取I，Q，M等區(qū)域中的數(shù)據(jù)。

(6)field—write—ex6：向I，Q，M等區(qū)域中寫人數(shù)據(jù)。

3．5WEB應用

服務器為接入到本系統(tǒng)的intranet用戶提供WEB應用，主要功能是在線數(shù)據(jù)查詢、分析和報表。WEB應用的架構屬于輕量級JAVAEE，采用MVC架構模式使表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層和實體之間的代碼分離[1。。。其基于STRUTS2和HIBERNATE框架，前者是較為成熟的MVC框架，核心是采用攔截器來處理請求；后者是著名的ORM框架，可使用對象編程思維來操縱數(shù)據(jù)庫口¨]。在請求方式上，運用AJAX使頁面能夠實時響應請求，具體采用JQUERY+JSON實現(xiàn)。JQUERY是AJAX的一個框架，其實際上是一個輕量級的JavaScript庫。要實現(xiàn)異步請求就需要使用JQUERY中的．a(chǎn)jax()函數(shù)，該函數(shù)將請求通過GET或POST方式發(fā)送至服務器，STRUTS2的攔截器攔截到ACTION后執(zhí)行相應的SERVICE，SERV-ICE通過DAO層對數(shù)據(jù)庫進行讀寫。當請求成功后，$．a(chǎn)jax()會回調一個包含STRUTS2返回數(shù)據(jù)的函數(shù)，可以把返回數(shù)據(jù)顯示在頁面上。JSON是一種”KEY／VALUE”形式的數(shù)據(jù)格式，其優(yōu)點是相比XML更小、更快、更容易解析。須注意，在STRUTS2中只有引入JSON的插件包才能使STRUTS2支持JSON。

4結語

將ADO，SQL及控件等技術應用到WinCC的平臺上開發(fā)了起重機監(jiān)控管理系統(tǒng)，并結合PLC控制、信息技術、視頻技術及相關組件的應用構建了一個綜合性的起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了大型起重機的監(jiān)控與管理。系統(tǒng)在架構上結合了自動化技術和信息化技術，借助互聯(lián)網(wǎng)技術將底層的過程數(shù)據(jù)融人到了企業(yè)的生產(chǎn)管理中，對提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平具有積極作用。該系統(tǒng)的架構不局限于起重機監(jiān)控領域的應用，同樣適用于其他類型設備的監(jiān)控系統(tǒng)。