秦春林，李林俊

（神華鐵路貨車運(yùn)輸有限責(zé)任公司包頭車輛維修分公司，內(nèi)蒙古 包頭 0 1 4 0 6 0）

論集控單車試風(fēng)系統(tǒng)與無線網(wǎng)絡(luò)手持設(shè)備（P D A）控制的有機(jī)結(jié)合

秦春林，李林俊

（神華鐵路貨車運(yùn)輸有限責(zé)任公司包頭車輛維修分公司，內(nèi)蒙古 包頭 0 1 4 0 6 0）

本文主要介紹了在A n d r o i d、V B.N E T和O r a c l e數(shù)據(jù)庫的開發(fā)環(huán)境下，P C與P D A借助于工業(yè)A P搭建無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的試驗(yàn)方法，并把此方法應(yīng)用于復(fù)雜的集控單車試風(fēng)系統(tǒng)的控制當(dāng)中。將無線網(wǎng)絡(luò)引入集控單車的控制中既可提高其控制靈活性又能提供其覆蓋范圍的有效性，這兩種控制方式有機(jī)的結(jié)合起來發(fā)揮出各自的優(yōu)勢，相互彌補(bǔ)，可大大提高集控單車的工作效率。

集控試風(fēng)系統(tǒng)；單車試驗(yàn)；P D A控制；無線網(wǎng)絡(luò)；A n d r o i d系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通信

單車試驗(yàn)器作為鐵路貨車制動檢修專用設(shè)備是鐵路檢修工人每天都要使用的檢測設(shè)備，目前單車試驗(yàn)器的控制方式分為集控和微控兩種方式，由于集控方式多見于各個站段檢修作業(yè)場地，本文在對集控單車的控制和試驗(yàn)進(jìn)行具體研究后提出了提高其作業(yè)效率的有效方法。

通過長時間的分析研究，將無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入到集控單車的控制中，這樣操作人員既可以使用P D A手持終端通過無線網(wǎng)絡(luò)來控制試驗(yàn)，也可利用原有服務(wù)器的有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，不僅彌補(bǔ)了集控方式的不足，也減輕了設(shè)備控制服務(wù)器操作員的工作壓力。

1 現(xiàn)有集控設(shè)備現(xiàn)狀分析

1.1 當(dāng)前集控試風(fēng)設(shè)備控制方式的使用情況

目前的集控試風(fēng)系統(tǒng)具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

集控試風(fēng)系統(tǒng)主控設(shè)備配置一般為雙機(jī)雙控雙熱備式結(jié)構(gòu)，即設(shè)備主控服務(wù)器為兩臺計(jì)算機(jī)并且這兩臺計(jì)算機(jī)硬件配置相同，每臺控制計(jì)算機(jī)各自安裝有相同的試驗(yàn)控制軟件與數(shù)據(jù)庫。

當(dāng)一臺計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)進(jìn)行并采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)時，其控制軟件將會同步的將數(shù)據(jù)分別寫入兩臺計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時、統(tǒng)一保存，確保其中一臺設(shè)備出現(xiàn)問題時另一臺可以立即接續(xù)試驗(yàn)使設(shè)備正常使用。

由于兩臺主控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件配置相同，所以通過軟件可以對試驗(yàn)控制方式進(jìn)行設(shè)置，將試驗(yàn)終端臺位控制權(quán)分配給任意一臺主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。

試風(fēng)系統(tǒng)主控服務(wù)器端需配備一名信息錄入及試驗(yàn)控制操作人員，該操作人員通過對講機(jī)與現(xiàn)場檢修作業(yè)人員進(jìn)行溝通，錄入試驗(yàn)信息及控制完成試驗(yàn)動作，現(xiàn)場多名檢修作業(yè)人員也通過對講機(jī)將檢修過程中出現(xiàn)的狀況及問題反饋給室內(nèi)控制操作人員。

1.2 當(dāng)前集控試風(fēng)設(shè)備控制方式存在不足

采用雙機(jī)雙控雙熱備結(jié)構(gòu)存在以下不足：

（1）試風(fēng)系統(tǒng)控制服務(wù)器操作人員需要實(shí)時與現(xiàn)場溝通，錄入試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及控制完成試驗(yàn)動作，容易出現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)記錄不準(zhǔn)確，控制動作的誤操作等問題。

（2）服務(wù)器操作人員通過對講設(shè)備同時面對所有現(xiàn)場檢修作業(yè)人員，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入過程中溝通沖突排隊(duì)，現(xiàn)場操作者等待現(xiàn)象。

（3）試驗(yàn)開始后現(xiàn)場操作人員，需要實(shí)時等待服務(wù)器控制人員指令，配合試驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)輔助操作，影響現(xiàn)場操作人員工作效率。

（4）服務(wù)器操作人員需要實(shí)時關(guān)注各臺位試驗(yàn)進(jìn)展情況，并通知現(xiàn)場人員進(jìn)行輔助操作，勞動強(qiáng)度大，容易出現(xiàn)臺位與現(xiàn)場檢修作業(yè)人員不對應(yīng)的問題，誤操作試驗(yàn)動作影響試驗(yàn)結(jié)果。

（5）目前的集中控制方式無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場試驗(yàn)與檢修作業(yè)情況的實(shí)時動態(tài)管理。

1.3 集控試風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)解決的問題

（1）試驗(yàn)控制權(quán)限的下放，現(xiàn)場操作人員不在需要與服務(wù)器操作人員溝通，而是通過手持無線P D A直接錄入試驗(yàn)數(shù)據(jù)并控制試驗(yàn)動作開始，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤與誤操作現(xiàn)象。

（2）現(xiàn)場檢修人員可以實(shí)時監(jiān)控試驗(yàn)進(jìn)展，并實(shí)時檢查試驗(yàn)結(jié)果，針對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行動態(tài)檢修，提高檢修效率與檢修質(zhì)量。

（3）由于采用無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)P D A方式操作，現(xiàn)場檢修人員不必聽從服務(wù)器操作人員指令，只需通過P D A了解試驗(yàn)進(jìn)程即可進(jìn)行其他工作，既省去一名服務(wù)器操作員，又提高檢修人員工作效率。

（4）手持無線P D A控制系統(tǒng)不但適應(yīng)現(xiàn)場工人檢修使用，同時可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場試驗(yàn)及檢修的動態(tài)管理，車間管理人員同樣可以動態(tài)了解現(xiàn)場試驗(yàn)檢修進(jìn)展情況。

2 P D A手持設(shè)備在制造業(yè)中的應(yīng)用

2.1 P D A的定義與分類

P D A(P e r s o n a l D i g i t a l A s s i s t a n t為個人數(shù)字助理)是可移動的、便攜式電子產(chǎn)品。這種手持設(shè)備集中了計(jì)算、電話、傳真和網(wǎng)絡(luò)等多種功能。尤為重要的是，這些功能都可以通過無線方式實(shí)現(xiàn)。可以預(yù)見，P D A發(fā)展的趨勢和潮流就是計(jì)算、通信、網(wǎng)絡(luò)、存儲、娛樂、電子商務(wù)等多功能的融合。

2.2 P D A的在現(xiàn)場作業(yè)的優(yōu)勢

P D A手持設(shè)備的操作方便快捷、攜帶便利正是工業(yè)自動化移動作業(yè)時需要的最好特點(diǎn)，結(jié)合我們單車試驗(yàn)試風(fēng)現(xiàn)場的環(huán)境，P D A手持設(shè)備可以由具體負(fù)責(zé)檢修車輛的作業(yè)人員隨身攜帶，在檢修作業(yè)的同時實(shí)時監(jiān)控試驗(yàn)車的狀態(tài)，隨時對試驗(yàn)車輛進(jìn)行具體試驗(yàn)操作，在生產(chǎn)化作業(yè)時還可以同時對試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行錄入。

工業(yè)級手持終端可以同時支持RF I D讀寫和條碼掃描功能，同時具備了I P 6 4工業(yè)等級，這些是消費(fèi)類手持終端所不具備的。

2.3 P D A手持設(shè)備操作系統(tǒng)的選擇

P D A現(xiàn)在最為流行的A n d r o i d系統(tǒng)，專為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。A n d r o i d的開放模式，讓應(yīng)用不斷的優(yōu)化，更利于A n d r o i d系統(tǒng)手持終端二次開發(fā)。結(jié)合我們現(xiàn)場的作業(yè)需要根據(jù)操作人員的需求我們該選取一款工業(yè)級的P D A進(jìn)行試驗(yàn)操作，我們這里選取一款基于A n d r o i d系統(tǒng)的P D A進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，這樣選取系統(tǒng)發(fā)展成熟的P D A來開發(fā)便于日后維護(hù)和產(chǎn)品升級。

3 工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

無線網(wǎng)絡(luò)是利用無線電波而非線纜來實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)設(shè)備位置無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。對于工業(yè)自動化系統(tǒng)來說,其關(guān)鍵技術(shù)是工業(yè)網(wǎng)絡(luò),核心技術(shù)是信息集成。工業(yè)環(huán)境下的無線通信技術(shù)和各類無線網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)和應(yīng)用,已經(jīng)成為繼P L C、D C S、F C S等系統(tǒng)陸續(xù)在過程控制和工業(yè)自動化領(lǐng)域占據(jù)市場主流之后,一個正在嶄露頭角的重要領(lǐng)域。

3.1 無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制中的實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)P D A控制的前提就是要構(gòu)建一個覆蓋面積大并且傳輸穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)，例如家庭上網(wǎng)時我門要采用WI F I網(wǎng)絡(luò)覆蓋時一般會配置一臺無線路由器，然后我們的手機(jī)、電腦通過無線網(wǎng)絡(luò)接入后進(jìn)行上網(wǎng)。而在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的前提下要根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境及所要覆蓋的面積來合理選取工業(yè)級無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)射器和管理器。工業(yè)環(huán)境下我們主要考慮設(shè)備的抗干擾、耐高低溫、防塵、防水的性能，一般我們都選用華為、H3 C等知名品牌的通信設(shè)備。

3.2 無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍

為了提高無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積及覆蓋強(qiáng)度我們一般采用工業(yè)級無線接入點(diǎn)（A P），每個A P可以以自身為中心向外擴(kuò)展覆蓋直徑為6 0～7 0米的無線網(wǎng)絡(luò)，多個A P通過管理器（A C）管理后連接到交換機(jī)及服務(wù)器進(jìn)行通信就可以形成一個大面積的無線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)區(qū)域的大小合理的增加或者減少A P的數(shù)量，根據(jù)及現(xiàn)場干擾源的分布情況通過A C管理器調(diào)整A P信道及相關(guān)設(shè)置盡量將整個區(qū)域完全覆蓋，保證無線網(wǎng)絡(luò)信號在任意地點(diǎn)的強(qiáng)度都符合要求。

4 無線控制系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方式

4.1 無線P D A集控試風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無線P D A集控試風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，現(xiàn)場試驗(yàn)終端的控制是通過手持機(jī)進(jìn)行控制，也就是說每部P D A都通過無線網(wǎng)絡(luò)連接到集控室內(nèi)的服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)了P D A獨(dú)立控制試驗(yàn)終端操作，試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送服務(wù)器后實(shí)時共享數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1

現(xiàn)場操作人員通過手持設(shè)備P D A將試驗(yàn)車輛信息錄入到設(shè)備上進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，操作人員可以在現(xiàn)場根據(jù)P D A的顯示信息完成檢修作業(yè)，并且根據(jù)P D A顯示的結(jié)果進(jìn)行具體問題的排查和處理。管理人員也可以用P D A實(shí)時監(jiān)管作業(yè)進(jìn)度和試驗(yàn)結(jié)果信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)第一時間的傳遞，保證現(xiàn)場作業(yè)的效果及檢修的質(zhì)量。

4.2 A n d r o i d與V B.N E T實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信

在架構(gòu)好無線網(wǎng)絡(luò)后，要解決的就是P C與P D A之間的通信問題，P D A端我們已經(jīng)確定了使用A n d r o i d系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，A n d r o i d程序開始使用的j a v a語言，眾所周知j a v a語言是一種完全面向?qū)ο蟮恼Z言，具有很好的抽象和封裝的能力，這就為以上問題提供了一種契機(jī)。對于獲取數(shù)據(jù)，存儲于服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，需要獲取并解析到本地客戶端的A n d r o i d程序上，如果我們在保證網(wǎng)絡(luò)暢通的前期下我們就可以使用套接字（s o c k e t）進(jìn)行通信。

P C端程序開發(fā)我們也使用面向?qū)ο蟮恼Z言V B.NE T進(jìn)行開發(fā)。同樣的V B.NE T也使用套接字通信，這樣服務(wù)器與客戶端就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信了。

4.3 基于Or a c l e數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)儲存

整個系統(tǒng)建立好網(wǎng)絡(luò)通信后就要考慮數(shù)據(jù)的共享問題了，Or a c l e是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位的產(chǎn)品。原有集控試風(fēng)系統(tǒng)主控程序采用的是Or a c l e數(shù)據(jù)庫作為存儲，我們將A n d r o i d系統(tǒng)引入整個系統(tǒng)后我們需要在兩個程序之間進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)共享，所以我們要采用一個適合數(shù)據(jù)庫作為我們兩個程序的數(shù)據(jù)紐帶，正因?yàn)镺r a c l e的強(qiáng)大功能和超強(qiáng)的適應(yīng)性，我們?nèi)匀豢梢圆捎肙r a c l e數(shù)據(jù)庫進(jìn)行服務(wù)器與客戶端之間的數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)共享。

4.4 通信軟件的實(shí)現(xiàn)

4.4.1 服務(wù)器程序的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器主控程序由V B.NE T開發(fā)實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行后進(jìn)入主界面如圖2。

系統(tǒng)啟動后進(jìn)入主程序界面，上有五個菜單：調(diào)試界面、用戶設(shè)置、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)管理和幫助。

程序主界面分為試驗(yàn)臺位選擇區(qū)、試驗(yàn)狀態(tài)顯示區(qū)、單車實(shí)時狀態(tài)顯示區(qū)、單車參數(shù)錄入?yún)^(qū)、功能按鈕和客戶端登陸狀態(tài)顯示。

我們通過選取客戶端登陸區(qū)的控制方式來自由切換P C與P D A的控制，實(shí)現(xiàn)P C與P D A之間控制權(quán)的轉(zhuǎn)換，這樣現(xiàn)場操作人員即可自己根據(jù)作業(yè)情況來控制實(shí)驗(yàn)作業(yè)的進(jìn)度，并可以實(shí)時對檢修車輛的信息及試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。

試驗(yàn)臺位選擇區(qū)、試驗(yàn)狀態(tài)顯示區(qū)：顯示臺位分布及當(dāng)前臺位工作狀態(tài)。

單車實(shí)時狀態(tài)顯示區(qū)：顯示單車實(shí)時試驗(yàn)信息，包括當(dāng)前控制臺位號碼顯示、當(dāng)前控制臺位制動管壓力、當(dāng)前控制臺位制動管壓力、當(dāng)前臺位制動缸行程錄入（可手動錄入也可讀取傳感器示數(shù)）、當(dāng)前臺位運(yùn)行程序執(zhí)行時間、提示信息等。

圖2

參數(shù)錄入?yún)^(qū)：用戶錄入車輛編號，選擇車輛型號、制動機(jī)型號、閘調(diào)器型號、空重閥型號、制動缸型號、制動缸規(guī)格和脫軌制動裝置等參數(shù)。

功能按鈕：參數(shù)記錄按鈕記錄并保存當(dāng)前試驗(yàn)選擇及參數(shù)信息。開始按鈕是開始運(yùn)行當(dāng)前試驗(yàn)；確認(rèn)按鈕是用來當(dāng)試驗(yàn)出現(xiàn)提示信息時進(jìn)行人為確認(rèn)功能；停止按鈕是終止當(dāng)前運(yùn)行的試驗(yàn)；打印按鈕是打印當(dāng)前試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

當(dāng)未點(diǎn)擊開始按鈕時，系統(tǒng)將不會自動記錄參數(shù)，如需保存參數(shù)點(diǎn)擊記錄參數(shù)按鈕，否則切換界面時，數(shù)據(jù)將清空。點(diǎn)擊開始按鈕后，系統(tǒng)將自動保存試驗(yàn)參數(shù)。更正型號按鈕用于更改試驗(yàn)參數(shù)，但是不能更改車號，如車號填寫錯誤應(yīng)停止試驗(yàn)，重新填寫試驗(yàn)參數(shù)，再次進(jìn)行試驗(yàn)。

4.4.2 手持設(shè)備（P D A）程序的實(shí)現(xiàn)

通過對A n d r o i d程序的編寫我們開發(fā)出適合P D A手持設(shè)備的操作程序，進(jìn)入手持機(jī)點(diǎn)擊程序圖標(biāo)進(jìn)入，它具備了服務(wù)器端程序上的基礎(chǔ)功能，例如：信息錄入、信息修改、試驗(yàn)狀態(tài)、調(diào)試界面、工位選擇、退出。通過這些基本功能的實(shí)現(xiàn)也就是說它具備了服務(wù)器端試驗(yàn)用的所用功能，這樣現(xiàn)場作業(yè)人員手持P D A就擁有了對試驗(yàn)終端的所用控制權(quán)和對實(shí)時信息及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀察的能力，使得現(xiàn)場作業(yè)更加靈活快捷，擺脫了集中控制中體現(xiàn)的種種不足。

如圖3所示，手持P D A具有的信息錄入功能可使現(xiàn)場作業(yè)人員直接將試驗(yàn)車輛的信息現(xiàn)場錄入后進(jìn)行核對然后再進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，避免了過去系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時要派一名專職人員將現(xiàn)場所有車輛按照試驗(yàn)的軌道臺位進(jìn)行統(tǒng)一抄寫信息，然后再到服務(wù)器程序上統(tǒng)一錄入，試驗(yàn)時還要通過對講設(shè)備與現(xiàn)場操作人員核實(shí)一遍的復(fù)雜過程。

5 結(jié)語

由于操作者可以直接通過P D A查看試驗(yàn)狀態(tài)因此現(xiàn)場操作人員不再需要與服務(wù)器操作人員溝通減少誤操作現(xiàn)象，試驗(yàn)過程控制完成快捷有效，大大降低了作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，提高整車試驗(yàn)在實(shí)際運(yùn)行中的安全性。

管理人員通過無線終端設(shè)備可以實(shí)時監(jiān)控整個生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)管理的質(zhì)量管控，提高了管理效率。

通過該項(xiàng)目的研究、實(shí)施及現(xiàn)場投入運(yùn)用，將極大地改善車輛制動檢修在段修、廠修貨車檢修作業(yè)效果，通過無線終端設(shè)備控制，減少集控室內(nèi)部人員的工作量，真正實(shí)現(xiàn)減員增效的目的，減低現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，確保了試驗(yàn)的安全進(jìn)行，降低車輛檢修維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)綜合經(jīng)濟(jì)效益性最大化，具有良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

圖3

[1]燕來榮. 無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將成為工業(yè)自動化中的一個新興熱點(diǎn)[J]. 電力電子， 2 0 1 3,0 1.

[2]李林濤、石慶民.A n d r o i d智能手機(jī)操作系統(tǒng)的研究[J].科技信息， 2 0 1 1,2 5 .

[3]徐亞明、周建國、張鵬.一種Wi F i無線接入點(diǎn)位置估計(jì)新算法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)， 2 0 1 4,0 3.

[4]周倩.工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與應(yīng)用[M].大連理工大學(xué)，2 0 0 8.

[5]雍賓賓.A n d r o i d應(yīng)用快速開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[M].蘭州大學(xué)，2 0 1 2.

T N 9 2 9.5

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 2（下）-0 1 6 5-0 4