船廠特種起重機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)造船業(yè)的蓬勃發(fā)展, 使得造船廠家對船廠特種起重機的要求越來越高, 其自身的智能化和船廠的貨物與設(shè)備管理網(wǎng)絡(luò)化是未來船廠特種起重機械發(fā)展的必然趨勢。通過將現(xiàn)代自動化控制、電力拖動、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通訊等多種技術(shù)相結(jié)合, 改變原來自我封閉的單一控制方式, 實現(xiàn)起重機單機的電力拖動自動控制的智能化和船廠多機控制與管理網(wǎng)絡(luò)化, 這是起重機, 尤其是船廠特種起重機的發(fā)展方向。其基本手段是通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 采集起重機的各種電控系統(tǒng)的信號或信息, 實現(xiàn)起重機電控系統(tǒng)的全面計算機圖形化監(jiān)控、故障監(jiān)控和跟蹤, 例如各機構(gòu)的運行狀況、故障類型和故障點等;實現(xiàn)對船廠特種起重機的運行狀態(tài)、工作內(nèi)容的監(jiān)控和工作量的統(tǒng)計, 有效提高生產(chǎn)管理水平;通過遠(yuǎn)程服務(wù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控手段, 可以實現(xiàn)快速服務(wù)響應(yīng), 極大提高設(shè)備故障排除時間, 保障設(shè)備完好率。

2 　遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

     遠(yuǎn)程監(jiān)控是本地計算機通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如Internet/Intranet , 對遠(yuǎn)端進行監(jiān)視和控制, 完成對分散控制網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備的診斷維護等功能。通

常把能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的通信媒體、計算機軟件、硬件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。在現(xiàn)場設(shè)備分布廣泛或數(shù)據(jù)不易采集的場合, 要能夠及時地監(jiān)視設(shè)備的

運行狀態(tài)并進行有效控制, 這就是遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上的需求。目前, 應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要有

2 種解決方案:

     一種是工業(yè)現(xiàn)場沒有現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng), 數(shù)據(jù)采集后直接送到遠(yuǎn)程計算機進行處理, 這種遠(yuǎn)程監(jiān)控與一般的現(xiàn)場監(jiān)控沒有多大區(qū)別, 只是數(shù)據(jù)傳輸距離比現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)要遠(yuǎn), 其他部分則和現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)相同;另一種是現(xiàn)場監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控并存。這種方案的監(jiān)控一般是采用現(xiàn)場總線技術(shù)將分布于各個設(shè)備的傳感器、監(jiān)控設(shè)備等連接起來,然后在工業(yè)現(xiàn)場實施實時監(jiān)控, 同時也通過INTERNET或者局域網(wǎng)對工業(yè)現(xiàn)場進行實時監(jiān)控。

3　船廠特種起重機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 　總體構(gòu)思和模塊劃分

     系統(tǒng)采用的是第2 種解決方案, 即現(xiàn)場監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控并存。在工業(yè)現(xiàn)場, 使用WINCC 軟件對船廠起重機的運行狀態(tài)信息進行監(jiān)控, 將狀態(tài)信息和報警信息進行加密存儲到工業(yè)現(xiàn)場計算機的數(shù)據(jù)庫中, 通過特定的GPRS 數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備(DTU)將起重機的狀態(tài)信息和報警信息發(fā)送到固定IP 的服務(wù)器上, 并保存在服務(wù)器端的SQL SEVER 數(shù)據(jù)庫中。遠(yuǎn)程的客戶端讀取狀態(tài)信息和報警信息并通過解碼存儲到本地數(shù)據(jù)庫中?？蛻舳瞬捎媒M態(tài)軟件監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)。遠(yuǎn)程的專家可以通過狀態(tài)信息和報警信息監(jiān)控起重機的狀態(tài), 一旦出現(xiàn)故障, 及時提出解決方案。圖1 為整個系統(tǒng)的設(shè)計方案。根據(jù)項目實際情況, 可將其劃分為4 個模塊。

(1)現(xiàn)場監(jiān)控和GPRS 通信模塊;

(2)遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)接收和存儲模塊;

(3)客戶端和服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信;

(4)客戶端龍門起重機狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷

3.2 　工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控和GPRS 通信模塊

3.2.1 　工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控

     工業(yè)現(xiàn)場采用PROFIBUS -DP 現(xiàn)場總線技術(shù),進行工業(yè)控制。圖2 為現(xiàn)場總線組態(tài)圖。上位機使用西門子公司STEP7 軟件進行硬件組態(tài)和PLC 編程, 并將參數(shù)和編制好的程序通過CP5613 通訊卡下載到PLC 主站之中。另一方面, 上位機用WINCC 軟件進行組態(tài)和監(jiān)控。WINCC 通過CP5613通訊卡讀取PLC 的過程數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù), 從而監(jiān)視和控制特種起重機的運行狀態(tài)

     WINCC 采集下來的過程數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù), 除了在工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控頁面顯示之外, 同時還要進行加密并且存儲到工控機端的數(shù)據(jù)庫之中。

3.2.2 　GPRS 通信模塊

    GPRS 通信模塊負(fù)責(zé)將過程數(shù)據(jù)和報警信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的服務(wù)器上。硬件選型(網(wǎng)絡(luò)接入方式):由于船廠特種起重機所處的工業(yè)現(xiàn)場條件的限制, 以及起重機工作地點不固定的特點, 所以采用無線接入INTERNET的方式。軟件實現(xiàn):利用VB 為開發(fā)平臺, 編制服務(wù)器端數(shù)據(jù)傳輸程序, 定時讀取本地過程數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù), 并將數(shù)據(jù)寫入NTERNET 服務(wù)器中。該程序的主要要求有2 點:(1)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送;(2)實現(xiàn)容錯功能。由于工業(yè)現(xiàn)場的無線信號不十分穩(wěn)定, 且現(xiàn)場會對無線信號產(chǎn)生屏蔽和干擾, 網(wǎng)絡(luò)接入很可能存在時斷時續(xù)的情況。為了能實現(xiàn)無人值守傳送, 程序中必須加入容錯機制。為保證數(shù)據(jù)的傳送質(zhì)量,可以采取軟件容錯和硬件容錯相結(jié)合的方法。硬件容錯:設(shè)定DTU 相關(guān)的硬件參數(shù)。定時向固定IP 服務(wù)器發(fā)送心跳包, 確保連接, 一旦連接失敗, 立即掛斷當(dāng)前連接, 重新進行撥號。

軟件容錯:傳送過程中數(shù)據(jù)包丟失, 可能產(chǎn)生軟件錯誤。因此, 在程序中加入了軟件容錯功能。解決方法, 在程序中設(shè)定錯誤計數(shù)器。一旦錯誤次數(shù)超過設(shè)定次數(shù), 就自動重新啟動程序, 重新連接SQL SERVER 服務(wù)器, 重新進行數(shù)據(jù)傳送

3.3 　遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)接收和存儲模塊

     采用GPRS 無線接入INTERNET 的方式, 雖然比較靈活、方便, 但是這種方式也存在著一定的缺陷。比如, 數(shù)據(jù)傳送速率相對較慢, 當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生大量的報警信息和狀態(tài)信息時, 無法滿足數(shù)據(jù)傳送的要求。由于GPRS 無線接入方式自身條件的限制, 為了降低網(wǎng)絡(luò)開銷, 可以在服務(wù)器端建立存儲過程。這主要是由于存儲過程的以下優(yōu)點:

(1)可以與其他應(yīng)用程序共享應(yīng)用程序的邏輯, 從而確保一致的數(shù)據(jù)訪問和操縱。

(2)提供了一種安全機制。

(3)執(zhí)行速度快, 便于提高系統(tǒng)的性能。

(4)可以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時間。

     通過使用服務(wù)器端存儲過程, 可極大地降低網(wǎng)絡(luò)開銷, 表1 是使用過程存儲前后, 數(shù)據(jù)量的對比。通過對比, 我們發(fā)現(xiàn), 雖然在建立連接時, 使

用存儲過程的網(wǎng)絡(luò)開銷比較大, 但是每條數(shù)據(jù)的傳送開銷, 存儲過程的優(yōu)勢則十分明顯, 這十分適合工業(yè)現(xiàn)場大量數(shù)據(jù)傳送的需求。

3.4 　客戶端和服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信

     客戶端程序連接INTERNET 上的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫,讀取最近時刻船廠特種起重機的運行狀態(tài)和報警信息, 并對其信息進行解密, 將處理過的狀態(tài)信息和報警數(shù)據(jù)存儲到本地數(shù)據(jù)庫中。

3.5 　客戶端起重機監(jiān)控和故障診斷模塊

     客戶端采用組態(tài)王作為監(jiān)控軟件。組態(tài)王從本地數(shù)據(jù)庫中讀取起重機的狀態(tài)信息, 并且將信息以圖形和圖表等直觀的形式顯示出來。同時, 組態(tài)王

還以記錄的形式顯示起重機的運行故障報警。

(1)狀態(tài)信息的監(jiān)控　狀態(tài)信息主要分2 類:一類是開關(guān)量, 主要顯示狀態(tài)位信息, 如小車起升、行走, 電機狀態(tài)等;另一類是模擬量, 主要標(biāo)識起重機小車、剛腿、柔腿的位置、速度等。

(2)報警信息的監(jiān)控　報警信息主要以記錄的形式顯示, 每條報警記錄包括報警發(fā)生日期、時間, 報警變量, 報警恢復(fù)的日期、時間和報警內(nèi)容等。遠(yuǎn)程監(jiān)控的專家和技術(shù)人員可以根據(jù)報警記錄顯示的報警信息, 來判斷起重機的故障所在, 及時提出解決方案, 從而實現(xiàn)在線診斷。

4 　總結(jié)

     工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)對于保障生產(chǎn)安全和方便生產(chǎn)管理具有重要意義。設(shè)計一套先進、方便實用的數(shù)字化遠(yuǎn)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(xué)有效的管理都具有十分重要的意義。本系統(tǒng)的應(yīng)用, 可以給用戶帶來以下利益:

(1)方便控制　管理人員不必親臨現(xiàn)場, 就可以對現(xiàn)場進行監(jiān)視, 完成參數(shù)調(diào)整與設(shè)置, 進行故障恢復(fù)等, 大大提高了勞動生產(chǎn)率, 節(jié)約了生產(chǎn)企業(yè)的人力資源。

(2)及時響應(yīng)　實時的遠(yuǎn)程監(jiān)控, 可以對故障做出及時的響應(yīng), 從而大大降低障帶來的經(jīng)濟和其他方面的損失。

(3)規(guī)范管理和操作　起重設(shè)備的運行作業(yè)過

程的全面監(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, 從而既可以為對操作人員進行工作量定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)備故障狀況, 及時找出故障點, 同時根據(jù)記錄查出故障原因。從供應(yīng)商的角度來看, 實行遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有如下價值:

(1)節(jié)約維護成本　處于異地的專家可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得運行的實時數(shù)據(jù), 進行分析和處理, 找出問題所在, 提出整改的意見, 不必趕往異地, 從而大大降低維護成本, 節(jié)約人力資源, 增強產(chǎn)品的競爭力。

(2)提高維護效率　由于船廠特種起重機的特殊性, 其發(fā)生故障對企業(yè)造成的損失是巨大的, 因此, 一旦發(fā)生故障, 應(yīng)盡可能快速排除, 遠(yuǎn)程監(jiān)控就提供了了這樣一種手段, 大大提高了效率。遠(yuǎn)程診斷無法解決的問題, 可以再派人到現(xiàn)場去。

(3)新增加了一個與客戶密切溝通的渠道。