基于礦山和工程機械設(shè)備的遠程監(jiān)控終端

祝鵬遠

（呼倫貝爾蒙西煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008）

0 引言

在實際應(yīng)用中，基于礦山和工程機械設(shè)備的遠程監(jiān)控終端要能夠滿足多種通信接口的需要，并且要對設(shè)備具有良好的兼容性。另外，基于工程設(shè)備對遠程監(jiān)控終端的特殊要求，其系統(tǒng)要支持遠程的固件升級、數(shù)據(jù)保存等。同時具備工作效率高、成本消耗低的特點，才能確保遠程監(jiān)控終端發(fā)揮出最大的作用。

1 遠程監(jiān)控終端的組成及功能

遠程監(jiān)控終端是遠程監(jiān)控系統(tǒng)中重要的組成部分，其主要由GPRS 通信模塊、GPS 定位模塊、本地通信模塊以及嵌入主板組成（圖1）。

圖1 監(jiān)控終端系統(tǒng)功能

采集監(jiān)視功能：①各種泵運行、停止、故障、遠程/本地狀態(tài)，電流，電壓；②一次供、回水壓力，溫度，流量參數(shù)；③二次供、回水壓力，溫度，流量參數(shù)；④配電系統(tǒng)參數(shù)，總電源三相電壓，三相電流，有功功率，無功功率；⑤監(jiān)測管網(wǎng)末端的溫度或壓力。

控制功能：①通過監(jiān)控畫面可以遠程啟、停循環(huán)泵組；②實現(xiàn)補水泵自動補水；③自動調(diào)節(jié)一次供水閥；④深井泵自動加水。

報警功能：①當循環(huán)泵、補水泵、深井泵出現(xiàn)故障時上報到監(jiān)控中心；②水箱水位、壓力、溫度等超低超高時報警，并將報警信息上報到監(jiān)控中心。

通信功能：①通過GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)向供熱公司調(diào)度中心傳輸數(shù)據(jù)；②通過RJ45 接口方式向分中心傳輸數(shù)據(jù)；③通過RS485 接口與現(xiàn)場儀表通信。

GPRS 通信模塊：將所采集到的各類信息通過實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心，同時接收遠程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

GPS 定位模塊：準確、及時地對各種信號進行定位，如對全球衛(wèi)星的位置、運作軌跡、時間、速度等進行實時跟蹤，確保所接收到數(shù)據(jù)信息的準確性和及時性。

本地通信模塊：連接GPRS 模塊、GPS 模塊、嵌入主板模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)助完成遠程監(jiān)控終端與礦山和工程機械設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。

嵌入主板模塊：對工程數(shù)據(jù)進行存儲，并且通過定位對數(shù)據(jù)進行分析、傳輸?shù)取?/p>

遠程監(jiān)控終端還具有以下4 個功能特點：①遠程監(jiān)控終端同采集中心收集數(shù)據(jù)信息，并且具有回放和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的功能；②遠程監(jiān)控終端具有遠程控制的功能，可以通過GPRS 通信模塊接收采集站的各種報警信號，并將接收到的信息及時傳送給遠程監(jiān)控中心；③遠程監(jiān)控終端具有對數(shù)據(jù)的配置及存儲功能，對系統(tǒng)內(nèi)用戶的權(quán)限進行管理；④遠程監(jiān)控終端控制中心可以向任何一個遠程客戶端發(fā)送控制指令，同時控制中心還具有對各客戶端調(diào)度及查詢功能。

2 遠程監(jiān)控終端的技術(shù)原理

遠程監(jiān)控終端技術(shù)是在傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)基礎(chǔ)之上，結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸入輸出、視頻無線傳輸技術(shù)而創(chuàng)新出的一種更高效的遠程監(jiān)控技術(shù)。目前該技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各行業(yè)中。遠程監(jiān)控技術(shù)主要的工作原理是結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、視頻傳輸技術(shù)對設(shè)備進行實時監(jiān)控，從而完成對機械設(shè)備的跟蹤、監(jiān)督、控制、診斷、分析、處理、存儲、維修功能。遠程監(jiān)控技術(shù)是由遠程監(jiān)測和控制兩個方面組成的，例如目前我國常用的BS 遠程監(jiān)控終端系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在同一個平臺內(nèi)的轉(zhuǎn)換和處理功能。因此，在對礦山和工程機械設(shè)備的應(yīng)用中，能夠同時完成對機械設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸、處理、診斷、維修功能，大大降低了人工維修工作量，同時也避免了因工作人員技術(shù)原因造成的各種問題，大幅度提高了機械設(shè)備的工作效率。

3 遠程監(jiān)控終端的設(shè)計

3.1 硬件模塊的設(shè)計

遠程監(jiān)控終端的硬件設(shè)備是系統(tǒng)構(gòu)成最基本的要素。在設(shè)計時，首先要對礦山和工程機械設(shè)備的使用需求進行分析，以確定監(jiān)控終端要實現(xiàn)的功能形態(tài)。而后對硬件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，其中包括了對電源模塊、GPRS 通信模塊、GPS 定位模塊、信號測試模塊、嵌入主板模塊、CPU 模塊、CAN 通信模塊、調(diào)試模塊、充電模塊、CPU 輔助模塊等幾大模塊進行結(jié)構(gòu)化整合。

在硬件設(shè)計中，電源模塊的設(shè)計主要是對監(jiān)控終端進行過壓保護及欠壓保護、斷電保護，保證供電設(shè)備的安全性。而通信模式的設(shè)計是為了通過通信協(xié)議標準串連口的準確連接來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，從而保證數(shù)據(jù)信息的實效性。定位模塊的設(shè)計是為了對設(shè)備能夠有一個精準的定位，便于及于對設(shè)備的位置、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進行采集和反饋，為提高對設(shè)備的管理能力有著十分重要的意義。信號檢測模塊的設(shè)計是為了實現(xiàn)對少量外接開關(guān)量的模擬量進行數(shù)據(jù)采集的目的。嵌入主板模塊的設(shè)計實現(xiàn)了終端數(shù)據(jù)讀寫、定位、總線傳輸及各種接線服務(wù)功能。滿足了監(jiān)控終端程序?qū)懭?、?shù)據(jù)采集、通信代碼輸出等數(shù)據(jù)處理的需求。CAN 通信模塊的設(shè)計更多的是考慮有效支持數(shù)據(jù)分布以及實時控制串連通信接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。調(diào)試接口模塊的設(shè)計是為了滿足對遠程監(jiān)控終端運行時的故障進行診斷和調(diào)試，從而保障監(jiān)控終端運行的安全性。充電模塊的設(shè)計可以說是一個備用電源，主要用于工程機械設(shè)備斷電維修后，設(shè)備所需的電量支持，該模塊主要應(yīng)用在監(jiān)控終端休眠時間段中。CPU 輔助模塊的設(shè)計主要是對CPU 主板斷電后的設(shè)備輔助，保持設(shè)備的基本功能正常運轉(zhuǎn)，保證設(shè)備中數(shù)據(jù)交換、存儲等功能不受影響。

3.2 工作模式的設(shè)計

在遠程監(jiān)控終端硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，要對終端的工作模式進行設(shè)計，監(jiān)控終端的工作模式設(shè)計是整個監(jiān)控終端的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。礦山和機械設(shè)備在生產(chǎn)作業(yè)中，經(jīng)常會出現(xiàn)工作狀態(tài)異常、停機、檢修情況，需要對監(jiān)控終端的工作模式和休眠模式下終端的工作流程進行科學的設(shè)計和規(guī)劃。在工程機械設(shè)備的正常運作下，需要時刻保證其對數(shù)據(jù)信息的采集、處理及分析能力不受影響。因此，在工作模式中要設(shè)計標準化工作模式，標準化工作模式主要負責數(shù)據(jù)信息的采集和處理。

某工程企業(yè)在對遠程監(jiān)控終端進行工作模式設(shè)計時，為了最大限度提高礦山和工程機械設(shè)備的工作效率，該企業(yè)采用了標準工作模式設(shè)計，該設(shè)計最大的優(yōu)點就在于使用率高，通電即可激活使用，大大節(jié)省了設(shè)備預(yù)啟動時間。同時，設(shè)計該模式的優(yōu)點還在于當設(shè)備處于停機或維修狀態(tài)下時，標準工作下的休眠模式設(shè)計，可以對無數(shù)據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)下的設(shè)備終端進行監(jiān)控。另外，遠程監(jiān)控終端在判斷了設(shè)備處于允許休眠設(shè)計狀態(tài)下時，將自動關(guān)閉GPS 定模塊，同時斷開網(wǎng)絡(luò)連接開關(guān)，使設(shè)備進入完全休眠狀態(tài)，保證監(jiān)控終端所傳輸?shù)脑O(shè)備信息準確性。

3.3 通信協(xié)議的設(shè)計

通信協(xié)議是保證遠程監(jiān)控終端數(shù)據(jù)傳輸準時性及準確性的關(guān)鍵，在工作模式設(shè)計完成后，要根據(jù)礦山和工程機械設(shè)備的需求，設(shè)計出合理的通信協(xié)議，提高對PLC 等設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集處理的能力。目前我國基于礦山主和工程機械設(shè)備遠程監(jiān)控終端最常用的通信協(xié)議是數(shù)據(jù)傳輸—應(yīng)答模式設(shè)計。該種模式采用的工作流程主要是先由遠程監(jiān)控終端向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)請求，然后由客戶終端對所采集到的PLC 數(shù)據(jù)信息進行加密處理，并返回到遠程監(jiān)控終端中。

3.4 軟件設(shè)計

硬件完成后，要進行軟件的設(shè)計。軟件設(shè)備也稱為程序設(shè)計，是確保實現(xiàn)遠程監(jiān)控終端數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、處理功能的重要因素。程序的設(shè)計不僅要能夠驅(qū)動終端設(shè)備最底層的硬件，還要根據(jù)工程機械設(shè)備的工作流程和工作狀態(tài)設(shè)計出運作模式。同時要根據(jù)礦山和工程機械設(shè)備實際工作中對數(shù)據(jù)信息的需求及協(xié)議的監(jiān)控需求，設(shè)計出以代碼形式來展現(xiàn)的監(jiān)控流程，從而實現(xiàn)對設(shè)備的遠程監(jiān)控功能。設(shè)備依據(jù)現(xiàn)代工程機械設(shè)備發(fā)展需求，CPU 嵌入式ARMCOPTEX-M3 系統(tǒng)處理器LPC1778 是目前遠程監(jiān)控終端應(yīng)用電廣泛的系統(tǒng)。其具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)集成率高、內(nèi)核輕薄、功率低、損耗小等優(yōu)點。而采用支持Cortex-M3/M1/M0 等內(nèi)核處理器，則具有任務(wù)處理速度快、初始化速度化、時間與任務(wù)同步處理等功能。此外，該程序還具有在μCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)下開發(fā)的主函數(shù)主要進行了系統(tǒng)硬件初始化的特點，同時具備操作系統(tǒng)初始化、初始任務(wù)的創(chuàng)建以及多任務(wù)處理的開啟功能。

4 遠程監(jiān)控終端的重要性

遠程監(jiān)控終端被廣泛地應(yīng)用在各行業(yè)中，尤其是近年來，遠程監(jiān)控終端被大量地用于礦山和工程機械設(shè)備生產(chǎn)中。在礦山作業(yè)中，大多生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，機械設(shè)備較為繁重，為了保證機械設(shè)備運行的穩(wěn)定性，保障礦山生產(chǎn)的安全性，采用遠程監(jiān)控終端對其進行監(jiān)控是十分必要的。通過遠程監(jiān)控終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)參數(shù)，管理人員可以清楚分析出機械設(shè)備工作的狀態(tài)，便于及時對設(shè)備的運行模式進行調(diào)整。同時，通過遠程監(jiān)控終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可以控制工程工期，確保工程在規(guī)定時間內(nèi)保質(zhì)保量完成。其次，遠程監(jiān)控終端技術(shù)是礦山和工程機械設(shè)備生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢，這主是要因為工程機械設(shè)備在遠程監(jiān)控終端技術(shù)支持下，能夠快速將設(shè)備的運行數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，實現(xiàn)了對工程機械設(shè)備實時監(jiān)控的功能，避免因設(shè)備故障無法得到及時處理而造成的損失。

5 結(jié)語

遠程監(jiān)控終端對提高礦山和工程機械設(shè)備的工作效率有著十分重要的作用。因此，要從遠程監(jiān)控終端的技術(shù)形式著手，對監(jiān)控終端的設(shè)計、功能進行分析，實現(xiàn)其對工程機械設(shè)備的運行監(jiān)督目的，確保機械運行的穩(wěn)定性。