徐健，張裕露，黃萍萍，周艷紅（三一港機上海研究院，上海 200120）

近年來，我國港口裝卸設(shè)備取得了飛躍式的進展，港口機械正朝著大型化、高效化、智能化的方向發(fā)展，提高港口作業(yè)效率有賴于設(shè)備的高效運轉(zhuǎn)及維修時間的縮短。部分大型港口機械已配置設(shè)備管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了港口企業(yè)對于設(shè)備的實時監(jiān)控，而對于碼頭設(shè)備制造商而言，希望能夠更多地了解設(shè)備狀態(tài)及運行信息，并通過對這些信息的分析，提出設(shè)備的改進建議，并向用戶提出前瞻性的維修及保養(yǎng)建議，以期達到提升產(chǎn)品質(zhì)量及更好地為客戶服務(wù)的目的。

要對這些設(shè)備實現(xiàn)遠程監(jiān)控需要處理巨大的信息量。以往的遠程RCMS（遠程起重機管理系統(tǒng)）多通過工業(yè)以太網(wǎng)通過服務(wù)器連接入Internet進行遠程監(jiān)控，基于日前GPRS網(wǎng)絡(luò)的可靠性日益完善及應(yīng)用的越來越廣泛，本文介紹了一種使用GPRS終端設(shè)備，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)直接將實時的設(shè)備過程數(shù)據(jù)傳至WEB服務(wù)器，用戶可在IE瀏覽器上進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控及設(shè)備數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)遠程RCMS的功能。

1 系統(tǒng)原理及組成

1.1 通訊基礎(chǔ)

本系統(tǒng)涉及了兩種主流通信總線的協(xié)議的轉(zhuǎn)換， Profibus-DP總線和Can2.0B總線，其中PROFIBUS主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應(yīng)用于自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通信。CAN控制器局域網(wǎng)，在汽車電子控制裝置之間交換信息形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。由于其卓越的性能、極高的可靠性和低廉的價格現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制等眾多領(lǐng)域。

CAN協(xié)議是建立在OSI 7層開放互連參考模型基礎(chǔ)之上的。但CAN協(xié)議只定義了模型的最下面兩層:數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，僅保證了節(jié)點間無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。CAN的應(yīng)用層協(xié)議必須由CAN用戶自行定義，或采用一些國際組織制訂的標準協(xié)議。CAN協(xié)議支持兩種幀格式，它們的主要區(qū)別在標識符的長度，具有11位標識符的幀稱之為標準幀，而含有29位標識符的稱為擴展幀。本系統(tǒng)采用Can2.0B擴展幀進行通信。

1.2 系統(tǒng)原理

PLC作為港口機械設(shè)備總控制器，將設(shè)備信息實時傳至DP總線網(wǎng)絡(luò)下的GPRS終端SYMT上，由SYMT周期性發(fā)送給遠程數(shù)據(jù)解析器，進而進入用戶數(shù)據(jù)庫及在網(wǎng)站上顯現(xiàn)出來。用戶可以登錄網(wǎng)站通過設(shè)備編號查詢設(shè)備的詳細信息，包括實時工況數(shù)據(jù)、歷史工況數(shù)據(jù)、實時故障報警、歷史故障記錄，并制作故障診斷知識庫。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表1 CAN2.0B數(shù)據(jù)幀

1.3 系統(tǒng)組成

1.3.1 PLC配置及程序說明

本系統(tǒng)控制器為西門子PLC:S7-317-2DP，通信總線使用Profibus-DP，GPRS遠程終端為公司自有產(chǎn)品SYMT2.0B終端(內(nèi)置GPRS模塊)，GPRS終端通信方式Can2.0B，通過profibus轉(zhuǎn)Can模塊進行總線橋接，使GPRS模塊作為DP總線下的一個DP從站，橋接模塊選用標準網(wǎng)橋模塊，遠程維護中心網(wǎng)站由公司IT部門自主開發(fā)。具體參數(shù)如下：

DP總線通信波特率： 1.5M/s；

GPRS通信頻段：EGSM900/GSM1800/GSM1900 MHz；

最大發(fā)射功率：2W(EGSM)/1W(GSM)；

CANbus通信波特率：250K/s。

本系統(tǒng)的PLC配置如圖2所示。

1.3.2 網(wǎng)橋配置及說明

網(wǎng)橋模塊協(xié)議使用CAN2.0B協(xié)議的擴展幀，控制字由PLC程序控制，根據(jù)數(shù)據(jù)的類型分為：周期采樣數(shù)據(jù)，緊急數(shù)據(jù)，命令數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀詳解見表1。

控制程序中，PLC作為系統(tǒng)控制器將實時設(shè)備運行的參數(shù)以數(shù)據(jù)包的形式周期的發(fā)送到網(wǎng)橋模塊以至GPRS模塊, GPRS模塊利用現(xiàn)有的GSM/GPRS移動通訊網(wǎng)作為通信傳輸?shù)拿浇閬韺崿F(xiàn)設(shè)備工況信息的傳遞，將工況數(shù)據(jù)實時發(fā)送至遠程服務(wù)器，遠程服務(wù)接受系統(tǒng)主要由安裝在監(jiān)控中心的中央監(jiān)控系統(tǒng)組成，也可分為通訊層、核心層和應(yīng)用層。GPRS模塊為控制中心實時提供每一臺設(shè)備的最新工況數(shù)據(jù)、運行的狀況和報警信息，控制中心自動記錄這些信息以便事后分析。

圖3 遠程服務(wù)結(jié)構(gòu)圖

1.3.3 GPRS數(shù)據(jù)接收端說明及配置

中央監(jiān)控系統(tǒng)將收到的數(shù)據(jù)及其它數(shù)據(jù)還原后，根據(jù)服務(wù)器之前建立的每單個數(shù)據(jù)庫，更新當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)信息，用戶可利用自己的權(quán)限上網(wǎng)進行設(shè)備信息的收發(fā)、查詢等工作，直觀地掌握設(shè)備的動態(tài)信息。遠程服務(wù)配置如圖3所示。

1.3.4 港口機械設(shè)備的通信數(shù)據(jù)服務(wù)

港口起重機設(shè)備在運行過程中，定期向遠程控制中心發(fā)送工況數(shù)據(jù)，如當(dāng)前載重、當(dāng)前風(fēng)速、起升機構(gòu)主要參數(shù)、小車機構(gòu)主要參數(shù)、俯仰機構(gòu)主要參數(shù)，并及時上傳新增的報警數(shù)據(jù)，在遠程服務(wù)平臺登記報警記錄，以備后續(xù)數(shù)據(jù)處理及分析。

實時報警手機訂閱功能，設(shè)備在運行中，如發(fā)生比較重要的故障及報警，本系統(tǒng)可及時發(fā)送短信息，信息內(nèi)容包括故障內(nèi)容及發(fā)生故障時刻的即時參數(shù)，方便服務(wù)人員及碼頭管理人員進行及時處理。提高設(shè)備的應(yīng)用水平及智能化水平。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

在遠程監(jiān)控網(wǎng)站中可由用戶利用權(quán)限登錄遠程維護平臺，實時對設(shè)備進行監(jiān)控，監(jiān)控的內(nèi)容有：（1）主機檔案；（2）實時監(jiān)控；（3）安裝調(diào)試；（4）故障診斷；（4）知識庫管理。

（1）主機檔案

可由配置對話框添加及修改產(chǎn)品配置信息，包括設(shè)備整機基本信息、主機配置信息、起升變頻器型號、起升電機型號、小車變頻器型號、小車電機型號、俯仰變頻器型號、俯仰電機型號、大車變頻器型號、大車電機型號及吊具型號。電子產(chǎn)品配置信息包括SYMT編號，SYMT序列號，硬件版本，軟件版本?？刂破餍吞枺刂破餍蛄刑?，軟件版本。

控制器型號及序列號由裝機時填寫質(zhì)量信息：當(dāng)前質(zhì)保段，整機工作小時數(shù)，起升工作小時數(shù)，小車工作小時數(shù)，大車工作小時數(shù)等。有主機檔案，可為設(shè)備的保養(yǎng)、維修以及設(shè)備的性能做全面的把握，有利于提升設(shè)備的利用，數(shù)據(jù)統(tǒng)計也為廠家未來的設(shè)計提供有效的運行數(shù)據(jù)。

（2）實時監(jiān)控

包括監(jiān)控設(shè)備實時工況信息、單機故障監(jiān)控、信元周期的設(shè)置，其中實時工況數(shù)據(jù)包含設(shè)備的重要工況參數(shù)、運行狀態(tài)參數(shù)、實時故障監(jiān)控，用戶在設(shè)備應(yīng)用時可實時遠程監(jiān)控設(shè)備的運行，及歷史故障的發(fā)生機處理情況。其中包括起升、小車、大車、俯仰各大機構(gòu)的詳細運行參數(shù)，更好地提高設(shè)備維護水平。

（3）故障診斷

用戶在遇到設(shè)備故障時，可通過故障診斷功能，輸入設(shè)備的故障情況，搜索后便可得到故障診斷的內(nèi)容。在出廠前，廠家根據(jù)歷史經(jīng)驗，填寫好初始診斷內(nèi)容。之后用戶也可以自行添加故障診斷方案。

3 系統(tǒng)實驗成果

通過實驗可以得出，在設(shè)備上使用本系統(tǒng)可以達到以下效果:

（1）完善的業(yè)務(wù)管理流程

實現(xiàn)從登記—>測試—>入庫—>銷售—>停用的一體化管理流程，提升員工的工作效率，節(jié)約人力成本。

（2）高效的售后服務(wù)管理

保養(yǎng)提醒：可網(wǎng)站實時保養(yǎng)提醒，并可根據(jù)客戶需要，進行保養(yǎng)短信自動提醒，從而提高服務(wù)質(zhì)量。

短信配置：可智能短信發(fā)送，具備群發(fā)功能，提高售后服務(wù)的管理效率。

（3）精準的設(shè)備遠程工況監(jiān)控

實時工況、電氣部件工作狀態(tài)、起重作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控，使公司人員及客戶能遠程掌握設(shè)備的運行狀況。實時故障、報警提示，歷史工況、起重狀況、故障、報警等數(shù)據(jù)永久保存，實現(xiàn)設(shè)備至銷售日起，所有運行情況都有記錄。并有故障原因分析及故障檢修指南，提高售后服務(wù)人員的故障檢修及排除效率，加強客戶的滿意度。

（4）完善的設(shè)備作業(yè)情況統(tǒng)計

能記錄設(shè)備一天/一月的上電時間、作業(yè)時間、作業(yè)時段，并對作業(yè)量統(tǒng)計等數(shù)量了如使車主只要鼠標一動，設(shè)備的工作情況便可全部掌握。

4 總結(jié)及展望

本文介紹了在港機設(shè)備中使用西門子S7-300PLC作為控制器的港口機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的組成以及系統(tǒng)實現(xiàn)?；贕PRS通信的遠程監(jiān)控，其實時性可以滿足用戶對于港口設(shè)備的工況監(jiān)控。本系統(tǒng)有利于港口設(shè)備自動化管理，為今后港口設(shè)備的管理打下了基礎(chǔ)。

當(dāng)今自動化碼頭、無人碼頭等概念已逐漸深入人心，攝像監(jiān)控技術(shù)以及OPC服務(wù)器也日趨成熟。GPRS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸，穩(wěn)定性可基本保證，可實現(xiàn)基于GPRS數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)模擬及RCMS數(shù)據(jù)的遠程備份，但因其實時性問題，應(yīng)用于遠程操控還需時日。選用GPRS作為碼頭遠程管理與監(jiān)控應(yīng)用的一種選擇，對研究虛擬港口平臺與港口機械監(jiān)控、港口管理、布局調(diào)度等系統(tǒng)集成技術(shù)，有著一定的借鑒意義。

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