前言
起重機(jī)是碼頭與港口的主要生產(chǎn)設(shè)備，起重設(shè)備的運(yùn)行狀況是碼頭管理者時(shí)刻關(guān)心的大事。使用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可以有效地提高故障設(shè)備修復(fù)的工作效率。它能使設(shè)備的維護(hù)修理人員在故障發(fā)生的第一時(shí)間及時(shí)了解故障信息，而不論他所處的地點(diǎn)距離故障設(shè)備有多遠(yuǎn)，這樣可以大大節(jié)約故障查找的時(shí)間。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)甚至可以遠(yuǎn)距離對設(shè)備進(jìn)行編程工作，這對某些緊急情況下，如備件不足時(shí)，需要對控制器進(jìn)行局部的程序修改時(shí)很有意義。
現(xiàn)代的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與過去相比性能上已有了很大的提高,它是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件等的綜合運(yùn)用。計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以極大地提高人們的生產(chǎn)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)和領(lǐng)域。
在互聯(lián)網(wǎng)誕生之前，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)大都使用公用電話網(wǎng)和一些專用網(wǎng)絡(luò)。無線傳輸受到地形和電臺(tái)的功率限制，遠(yuǎn)距離難以實(shí)現(xiàn)；專用網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域范圍也有限，并且建立網(wǎng)絡(luò)所需的成本較高；公用電話網(wǎng)覆蓋的地區(qū)范圍雖大，但在跨省市或國家時(shí)所產(chǎn)生的高額長途話費(fèi)，使得監(jiān)控成本過高，并且速度很慢。因此，一直以來，由于缺少一個(gè)覆蓋面廣、通信成本低且速度足夠快的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)而制約著遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)以及無線通訊技術(shù)的進(jìn)步，為工業(yè)自動(dòng)化的遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。互聯(lián)網(wǎng)覆蓋面廣，幾乎覆蓋了世界的各個(gè)角落；通信成本低，不存在異地通信成本差異；速度較快，除了傳輸文本數(shù)據(jù)流之外，還可以同時(shí)傳輸音頻、視頻流數(shù)據(jù)，使遠(yuǎn)程監(jiān)控的內(nèi)容更加豐富、使用更加方便。更重要的是，隨著信息高速公路的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的潛力巨大，速度、可靠性和安全性將不斷提高。
項(xiàng)目分析
2．1 系統(tǒng)組成
2．1．1 終端數(shù)據(jù)采集器
負(fù)責(zé)采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如起重量、起重力矩、小車幅度、吊鉤高度以及
回轉(zhuǎn)角度等。
2．1．2 無線通訊設(shè)備
由于起重本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對嚴(yán)緊，如果采用有線來傳輸線數(shù)據(jù)的話，那將對起重機(jī)的正常工作帶影響。
鑒于采集器的接口和設(shè)備的工作環(huán)境等多種情況的要求，我們選擇廈門四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM。采用RS-232/485接口、金屬外殼設(shè)計(jì)，它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道，支持實(shí)時(shí)在線和按需在線多種工作方式，如定時(shí)上下線和設(shè)備喚醒，并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠，還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費(fèi)。
2．1．3 系統(tǒng)控制中心
系統(tǒng)控制中心主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的管理、存儲(chǔ)、分析以及下達(dá)各種控制指令或預(yù)警信息。
2．2 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)
終端采集設(shè)備通過RS232/485線與無線通訊設(shè)備連接，系統(tǒng)控制中心可以使用專線、ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入方式。
無線通訊設(shè)備F2103通過GPRS/CDMA/WCDMA/EDGE/EBDO/TD-SCDMA等無線網(wǎng)絡(luò)接入Internet，并與系統(tǒng)控制中心的服務(wù)器建立連接，為數(shù)據(jù)傳輸提供透明的傳輸通道。采集終端產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過RS232/485發(fā)送去 F2103，F(xiàn)2103就會(huì)將收到數(shù)據(jù)不做任何處地發(fā)送到控制中心的服務(wù)器主機(jī)。服務(wù)器主機(jī)收到終端的數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析及判斷，并向終端設(shè)備發(fā)出控制指令，服務(wù)器主機(jī)發(fā)出的控制指令通過通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
2．3 系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)通過對塔機(jī)起重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器以及角度傳感器等輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)工作時(shí)起重量、起重力矩、小車幅度、吊鉤高度以及回轉(zhuǎn)角度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能自動(dòng)、可靠的保證塔機(jī)的工作始終處在該塔機(jī)起重性能曲線（或負(fù)荷特性表）所限制的范圍內(nèi)，一旦探測到可能超載或超力矩時(shí)將先預(yù)警，直至報(bào)警并通過此塔機(jī)的控制系統(tǒng)來動(dòng)作，自動(dòng)限制這種操作的繼續(xù)，盡可能的避免因操作者的疏忽或判斷失誤而造成的安全事故，極大的保證了塔機(jī)的安全使用，同時(shí)該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄塔機(jī)作業(yè)中的危險(xiǎn)工況，為事故的分析處理提供可靠的依據(jù)。
2．3．1 狀態(tài)監(jiān)測
1）對起重機(jī)功能有重要影響的電氣參數(shù)以及所有基本元件的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,并通過相對應(yīng)的直觀圖表進(jìn)行顯示。
2）對整機(jī)的工作狀態(tài)(安全鎖、高壓供電狀況、低壓供電狀況、各機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)、外部工作環(huán)境如溫度、風(fēng)速等)進(jìn)行監(jiān)控和顯示。
3）對起重機(jī)主要機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)（位置、負(fù)載、速度、電壓、電流、頻率、運(yùn)行方向、電機(jī)溫升制動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器、主要接觸器、檢測元件等）進(jìn)行監(jiān)控和顯示。
2．3．2 故障診斷、分析
1）能夠顯示故障內(nèi)容、時(shí)間、具體位置、解決方法并顯示相應(yīng)幫助文檔。
2）能夠?qū)⒖刂凭�路、驅(qū)動(dòng)器PLC部分的故障位置、故障現(xiàn)象顯示到具體的故障點(diǎn)。
3）系統(tǒng)設(shè)有故障點(diǎn)保護(hù)功能，可存儲(chǔ)故障發(fā)生前后的有關(guān)波形圖，以作故障分析、排除、現(xiàn)象歸檔的依據(jù)。
4）系統(tǒng)能夠?qū)v史故障進(jìn)行分析、建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫。產(chǎn)生的故障可直接調(diào)用歷史故障進(jìn)行比較排除。
5）系統(tǒng)能夠?qū)﹄娐穲D和PLC程序進(jìn)行修改并歸檔保存。
2．3．3 預(yù)防維修
1）系統(tǒng)能夠?qū)p耗部件和需要周期性保養(yǎng)的時(shí)間自動(dòng)記錄，并與各自規(guī)定的更換間隔和維護(hù)周期相比較，更換間隔和維護(hù)周期可自由調(diào)整系統(tǒng)在到達(dá)更新時(shí)間或維護(hù)周期時(shí)提醒用戶。
2）系統(tǒng)提供有足夠的存儲(chǔ)容量，可以自由的增加損耗部件和維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目。
2．3．4作業(yè)統(tǒng)計(jì)
系統(tǒng)能夠分別按班次、日、周、月統(tǒng)計(jì)和查詢作業(yè)的次數(shù)、重量以及作業(yè)起始時(shí)間、等候時(shí)間、生產(chǎn)效率等。
三、項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施方案
3．1 無線通訊設(shè)備F2103與采集終端連接
IP MODEM F2103支持RS232/385通訊接口，可通過RS232/485與采集終端連接。如下圖
3．2 數(shù)據(jù)控制中心服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接入方式
3．2．1專線接入
中心采用APN專線， 所有終端都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP，客戶中心通過一條APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間建立GRE隧道。為客戶分配專用的APN，其他的用戶不得申請?jiān)揂PN。只有該專網(wǎng)內(nèi)的SIM卡才能進(jìn)入該APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。用戶可以內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下的最佳組網(wǎng)方式。
3．2．2 ADSL撥號連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）
控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
3．2．3 通過固定公網(wǎng)IP連接
控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運(yùn)營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3．2．4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建
中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設(shè)備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；其次對于原本是讀串口的程序，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM）；最后是對于想開發(fā)自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫及四信公司的數(shù)據(jù)中心軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動(dòng)態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個(gè)靈活的、穩(wěn)定的、功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件
四、方案特點(diǎn)
1 、傳輸模塊采用無線接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，目前GPRS網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)已經(jīng)運(yùn)營了十幾年，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，技術(shù)成熟，覆蓋率廣。
2、傳輸模塊采用工業(yè)級設(shè)計(jì)，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：<250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC;儲(chǔ)存溫度 -40~+85ºC;相對濕度 95%(無凝結(jié));多重軟硬件看門狗設(shè)計(jì)。適用于起重機(jī)戶外工作環(huán)境。
3、傳輸模塊具有可靠的網(wǎng)絡(luò)連接、智能防掉線、支持在線檢測、在線維護(hù)、掉掉線自動(dòng)重拔，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線，確保通信通道正常，為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)。
4、終端傳輸模塊支持多種激活方式，如語音電話、短信、數(shù)據(jù)等；終端設(shè)備故障或異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)短信報(bào)警信息給維護(hù)人員。
5、傳輸模塊采用主備份中心與中心自動(dòng)恢復(fù)功能，并同時(shí)支持多中心并發(fā)功能（最多五個(gè)）。
6、方便控制，管理人員不需要親臨現(xiàn)場就可以對現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，完成參數(shù)的調(diào)整與設(shè)置，進(jìn)行有效的故障恢復(fù)等，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約了生產(chǎn)的人力資源。
7、及時(shí)響應(yīng)，實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以對故障做出及時(shí)的響應(yīng)，從而大大降低故障帶來的經(jīng)濟(jì)和其他方面的損失。
8、規(guī)范管理和操作，起重設(shè)備的運(yùn)行作業(yè)過程全面監(jiān)控是非常必要的，通過過程監(jiān)測，可將機(jī)械作業(yè)的過程以數(shù)字方式全部記錄下來，從而既可以對操作人員進(jìn)行工作量考核提供真實(shí)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)備的故障狀況，及時(shí)找出故障點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)記錄查出故障原因。
9、四信可為客戶提供二次開發(fā)包和多語言版本數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件以便客戶的需要進(jìn)行二次開發(fā)；同時(shí)針對客戶的需求，提供多種技術(shù)支持，包括產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)、技術(shù)人員技術(shù)培訓(xùn)、軟件開發(fā)全程技術(shù)配合、設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試技術(shù)支持等服務(wù)。
五、方案總結(jié)
起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對保障生產(chǎn)安全和方便生產(chǎn)管理具有重要的意義.設(shè)計(jì)一套先進(jìn)、方便實(shí)用的數(shù)字化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對于實(shí)現(xiàn)人們的安全生產(chǎn)、提高監(jiān)控質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的管理具有十分重要的意義。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
