薛春明

(山西省交通科學(xué)研究院,太原 030006)

智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)①

薛春明

(山西省交通科學(xué)研究院,太原 030006)

為適應(yīng)瀝青拌合站外摻劑投料過程中存在的質(zhì)量管理和成本控制需求,設(shè)計并實現(xiàn)了智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng).該系統(tǒng)通過中國移動現(xiàn)有的GRPS/GSM對智能投料機進行遠程監(jiān)控,具有數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析、統(tǒng)計和管理及報警處理等綜合功能,實現(xiàn)了智能投料機實時監(jiān)控、用戶管理、報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析.系統(tǒng)在山西省吉河高速公路投入使用,解決了智能投料機現(xiàn)場環(huán)境惡劣、監(jiān)控難等問題,達到了對智能投料機遠程監(jiān)控的目標,有效的保證瀝青混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量.

瀝青拌合站外摻劑;智能投料機;遠程監(jiān)控;GPRS

目前,為了減少瀝青路面車轍病害,在道路建設(shè)的時候往往會在瀝青混合料中添加抗車轍劑[1,2],瀝青路面外摻劑用量多少直接影響瀝青路面各項性能指標,需要在工程應(yīng)用中確保瀝青路面外摻劑的精確添加[3,4].現(xiàn)有瀝青混凝土拌和站沒有添加瀝青路面抗車轍劑功能,抗車轍劑的添加以全自動智能投料設(shè)備為主[5,6].智能投料機所在瀝青拌合站現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣,很難做到值班人員長時間現(xiàn)場值守,且智能投料機相關(guān)管理人員、瀝青路面建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位無法準確獲悉抗車轍添加狀態(tài)及投料過程質(zhì)量數(shù)據(jù)信息,從而無法確保瀝青混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量.

針對山西省吉河高速瀝青拌合站智能投料機,設(shè)計了一套智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)[7,8],實現(xiàn)了投料機實時監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計、報警記錄等功能,解決了智能投料機現(xiàn)場環(huán)境惡劣、監(jiān)控難等問題,達到了對智能投料機遠程監(jiān)控的目標,有效的保證瀝青混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量[9,10].

1 監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)是通過中國移動現(xiàn)有的GRPS/GSM,對智能投料機進行遠程監(jiān)控的自動化系統(tǒng),具有數(shù)據(jù)采集與傳輸,數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析、統(tǒng)計和管理及報警處理等綜合功能,是當代微電子技術(shù)、智能儀器、GPRS移動通信、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多項專業(yè)先進技術(shù)的集成.終端采用微型控制器進行控制和采集,并將采集到的數(shù)據(jù)信息通過TCP/IP協(xié)議由GPRS模塊發(fā)送到GPRS公共網(wǎng)絡(luò),采用socket編程技術(shù)建立TCP/IP服務(wù)器,接受加料機發(fā)送的數(shù)據(jù)信息,將數(shù)據(jù)上傳到Internet,很好的實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無線網(wǎng)的聯(lián)立和溝通.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成

基于GPRS的智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)由4部分組成,分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和過程預(yù)警系統(tǒng).智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖2所示.

圖2 智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成

(1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由微型控制器和GPRS DTU模塊組成,兩者之間通過串口RS232實現(xiàn)通信.微型控制器從投料機中讀取設(shè)備運行過程參數(shù)、瀝青拌和站讀取骨料、粉料、瀝青等數(shù)據(jù)信息,以此確定當前所需添加的抗車轍劑重量,將相應(yīng)數(shù)據(jù)存入存儲器中,供監(jiān)控系統(tǒng)使用.

(2)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

該系統(tǒng)分為三個部分,分別為有線傳輸系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)和短信息傳輸系統(tǒng).有線傳輸系統(tǒng)通過有線通信協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵读蠙C人機界面中,用于顯示及控制相關(guān)數(shù)據(jù);無線傳輸系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器中,用于遠程監(jiān)控投料機運行狀態(tài);短信息傳輸系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)絡(luò)短消息實現(xiàn)用戶手機和現(xiàn)場終端之間的通訊.

(3)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由3部分組成,分別為投料機人機界面系統(tǒng)、投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)頁版和實時短信報警系統(tǒng)等,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)遠程接受來自設(shè)備的各項運行參數(shù),經(jīng)解析、分類后可實現(xiàn)實時狀態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲與查詢等多項功能.

(4)過程預(yù)警系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)除了對設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集、傳輸、處理外,更重要的作用是能實現(xiàn)對加料過程的預(yù)警提示與處理,將預(yù)警信息通知管理人員,根據(jù)管理人員指令或系統(tǒng)指令啟動相應(yīng)的預(yù)警處理方案,從而達到嚴格把控生產(chǎn)質(zhì)量的目的.

2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)實際需求,設(shè)計了6個主要基本功能模塊,下面就主要功能模塊進行功能分析.智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要功能如圖3所示.

(1)實時監(jiān)控

實時監(jiān)控主要包括實時監(jiān)測投料機運行狀態(tài)、動態(tài)的顯示投料機的工作流程狀態(tài),實時反饋智能投料機投料過程參數(shù)、瀝青拌合站相關(guān)數(shù)據(jù)信息,通過組態(tài)圖、數(shù)據(jù)報表和曲線圖的形式,直觀清晰的顯示監(jiān)測結(jié)果.投料機投料過程參數(shù)包括投料次數(shù)、投料時間、投料設(shè)定值和投料重量等;瀝青拌合站相關(guān)數(shù)據(jù)信息包括拌合時間、瀝青混合料重量和出料溫度;投料機運行狀態(tài)包括投料機操作模式、設(shè)備運行狀態(tài)等.

圖3 智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能圖

(2)報警功能

報警主要包括超限報警和故障報警,界限報警分為投料重量超限報警與抗車轍劑占比超限報警,故障報警有倉料備料不足、上料螺旋故障、給料氣閥故障、給料器故障、高壓風(fēng)機故障、料位計故障和投料氣閥故障等.智能投料機發(fā)生故障報警時,通過系統(tǒng)投料過程組態(tài)圖紅色指示燈頻閃顯示對應(yīng)設(shè)備故障;發(fā)送超限報警時,通過彈出式報警窗口顯示對應(yīng)報警信息.

(3)報表功能

數(shù)據(jù)報表是反映投料過程參數(shù)、運行狀態(tài)和瀝青拌合站數(shù)據(jù)的重要形式,通過數(shù)據(jù)報表既可以實時記錄投料信息,也可以進行投料歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析.

智能投料機數(shù)據(jù)報表分為實時報表、歷史查詢報表與歷史統(tǒng)計報表.實時報表記錄當前投料信息和拌合站相關(guān)數(shù)據(jù),并統(tǒng)計當前累計投料信息;歷史查詢報表記錄所選投料日期當日累計投料信息,并顯示每一次投料信息和拌合站相關(guān)數(shù)據(jù);歷史統(tǒng)計報表記錄開始、結(jié)束投料日期時間段內(nèi)每天的累計投料信息,并統(tǒng)計所選時間段內(nèi)總的投料信息.

智能投料機數(shù)據(jù)報表具有報表導(dǎo)出與打印功能,操作人員可以將實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出到excel表里,也可以對歷史查詢、統(tǒng)計報表進行打印輸出,以便進行上報或者存檔.

(4)趨勢曲線

智能投料機投料過程中,瀝青混合料和抗車轍劑占比的變化,智能投料機投料設(shè)定值會做相應(yīng)的調(diào)整,用趨勢曲線來分析變量變化情況是一種既直觀又簡明的方法.智能投料機趨勢曲線分為實時曲線和歷史曲線,實時趨勢曲線實時動態(tài)顯示參數(shù)的變化;歷史曲線可通過選擇投料日期和查詢類別,通過一張曲線圖繪制一種或多種投料參數(shù)的變化曲線,以比較其變化趨勢.

(5)統(tǒng)計柱狀圖

統(tǒng)計柱狀圖可以通過條形的長短直觀、清晰的表示數(shù)據(jù)的多少,便于比較統(tǒng)計數(shù)據(jù)的差別.智能投料機統(tǒng)計柱狀圖可通過選擇投料開始、結(jié)束日期和統(tǒng)計類別,通過直條的長短表示累計投料信息,比較其變化趨勢.

(6)用戶管理

系統(tǒng)根據(jù)不同操作人員的職責(zé)授予不同的使用權(quán)限.操作員可以監(jiān)視界面,查看投料機工作狀態(tài)和運行參數(shù);管理員,除了監(jiān)視界面以外還可進行參數(shù)設(shè)置、報警處理等操作.

(7)存儲功能

可將智能投料機監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警記錄以及操作人員的各種操作信息存儲在數(shù)據(jù)庫中,以便歷史數(shù)據(jù)的保存及操作員將來查閱這些數(shù)據(jù).投料機管理數(shù)據(jù)庫用于存儲用戶、投料機和拌合站基本信息、各項參數(shù)配置信息、實時反饋的動態(tài)信息和批量下載的事件信息.

3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)計了主界面、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報警信息等界面,通過組態(tài)圖、數(shù)據(jù)報表和曲線圖的形式,直觀顯示了智能投料機投料過程參數(shù)、拌合站相關(guān)數(shù)據(jù)及投料機運行狀態(tài),實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計與分析.

3.1 主界面

遠程監(jiān)控系統(tǒng)主界面如圖4所示,主要包括系統(tǒng)菜單、運行狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)顯示、投料記錄實時顯示.系統(tǒng)菜單區(qū)域包括主界面、實時數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報警信息5個功能模塊;運行狀態(tài)顯示區(qū)域包括5個狀態(tài)指示燈,實時、動態(tài)顯示智能投料機運行狀態(tài),操作模式分為“手動”和“自動”兩種狀態(tài),投料倉文字信息顯示投料倉是否有料.實時數(shù)據(jù)顯示區(qū)域顯示了投料過程中的重要數(shù)據(jù),分別為投料次數(shù)、投料設(shè)定值、投料重量、瀝青混合料重量、抗車轍劑占比、拌合時間和出料溫度.投料記錄實時顯示區(qū)域記錄了投料機所處標段、當日累計投料設(shè)定值、累計投料次數(shù)和累計投料重量,并且每完成一次投料,記錄相應(yīng)投料次數(shù)、投料時間、投料重量和投料設(shè)定值.

圖4 主界面

3.2 實時數(shù)據(jù)界面

實時數(shù)據(jù)界面分為實時數(shù)據(jù)報表和實時數(shù)據(jù)曲線兩個功能模塊 ,實現(xiàn)當日投料信息的報表與曲線顯示.實時數(shù)據(jù)報表界面通過報表記錄了投料機當前投料日期、所處標段、拌合站名稱及投料機名稱,每次投料完成時,實時記錄當前投料機投料信息和拌合站相關(guān)數(shù)據(jù),并統(tǒng)計當日累計投料信息,如圖5所示.

圖5 實時數(shù)據(jù)報表界面

實時數(shù)據(jù)曲線界面直觀顯示投料重量、投料設(shè)定值、抗車轍劑占比、瀝青混合料重量、拌合時間和出料溫度等投料信息及其隨投料次數(shù)的變化趨勢圖,如圖6所示.實時曲線控件的橫/縱軸范圍均可依據(jù)投料信息進行合理調(diào)整,橫軸顯示近50次的投料次數(shù),縱軸最大值與最小值均隨投料信息變化,縱軸最大值為投料最大值的110%,縱軸最小值為投料最小值的90%.

圖6 實時數(shù)據(jù)曲線界面

3.3 數(shù)據(jù)查詢界面

數(shù)據(jù)查詢界面分為歷史數(shù)據(jù)報表和歷史數(shù)據(jù)曲線兩個功能模塊,實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的報表輸出和曲線輸出.歷史數(shù)據(jù)報表界面中,可選取投料查詢?nèi)掌?從SQL數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)并顯示在智能投料機歷史投料信息報表中,如圖7所示.選擇投料日期后,可通過相應(yīng)按鈕對報表進行預(yù)覽、保存、打印、刪除等操作,并通過顯示曲線按鈕進入歷史數(shù)據(jù)曲線界面.

圖7 歷史數(shù)據(jù)報表界面

歷史數(shù)據(jù)曲線界面主要是針對歷史數(shù)據(jù)報表界面中已選中的投料日期進行曲線輸出,如圖8所示.歷史數(shù)據(jù)曲線界面中,可選擇查詢類別,包括加料重量、瀝青混合料重量、抗車轍劑占比、拌合時間和出料溫度,查詢類別可選擇一項或多項,點擊繪制曲線按鈕,曲線顯示控件可依據(jù)查詢類別顯示對應(yīng)縱坐標,并將相應(yīng)曲線顯示出來.同時,可對曲線進行保存、打印、刪除等操作.若想更改查詢?nèi)掌?可點擊返回數(shù)據(jù)查詢主頁按鈕重新選取需要查詢的投料日期.

圖8 歷史數(shù)據(jù)曲線界面

3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面

數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面分為歷史統(tǒng)計報表和歷史統(tǒng)計柱狀圖兩個功能模塊,實現(xiàn)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的報表輸出和柱狀圖輸出.

歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表界面中,操作人員可從“開始日期”和“結(jié)束日期”下拉列表框中選取開始、結(jié)束投料日期,從SQL數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)并顯示在智能投料機歷史統(tǒng)計報表中,如圖9所示.投料機歷史統(tǒng)計報表記錄了開始、結(jié)束投料日期時間段內(nèi)每一天的累計投料次數(shù)、累計投料重量、累計投料設(shè)定值、累計瀝青混合料重量和累計抗車轍劑占比,并統(tǒng)計所選時間段內(nèi)總的投料天數(shù)、投料次數(shù)、投料設(shè)定值、投料重量和瀝青混合料重量.選擇開始、結(jié)束投料日期后,可通過相應(yīng)按鈕對報表進行預(yù)覽、保存、打印、刪除等操作,并通過顯示柱狀圖按鈕進入歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計柱狀圖.

圖9 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表界面

歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計柱狀圖界面主要是針對歷史數(shù)據(jù)報表界面中已選中的開始、結(jié)束投料日期進行柱狀圖輸出.如圖10所示.歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計柱狀圖界面中,可選擇統(tǒng)計類別,包括累計投料次數(shù)、累計投料設(shè)定值、累計投料重量和累計瀝青混合料重量,統(tǒng)計累計只選擇一項,點擊繪制柱狀圖按鈕,柱狀圖顯示控件可依據(jù)統(tǒng)計類別顯示對應(yīng)縱坐標,并將相應(yīng)柱狀圖顯示出來.同時,可對柱狀圖進行保存、打印、刪除等操作.若想更改投料日期時間段,可點擊返回數(shù)據(jù)統(tǒng)計主頁按鈕重新選取開始、結(jié)束投料日期.

圖10 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計柱狀圖界面

3.5 報警信息界面

報警信息界面分為實時報警和歷史報警兩個顯示模塊.實時報警是在實驗過程中發(fā)生設(shè)備故障報警、數(shù)據(jù)超限報警及其他報警情況時,在系統(tǒng)界面彈出的報警窗口,如圖11所示.當報警確認或解除時,該窗口自動關(guān)閉.

圖11 實時報警界面

歷史報警信息顯示本系統(tǒng)一個月內(nèi)的歷史報警信息,如圖12所示,有利于操作人員了解設(shè)備使用狀況及報警狀態(tài),盡量避免試驗過程相同報警狀況發(fā)生.

圖12 歷史報警界面

4 結(jié)語

智能投料機遠程監(jiān)控系統(tǒng),以組態(tài)圖、數(shù)據(jù)報表和曲線圖的形式直觀的顯示了智能投料機投料過程參數(shù)、拌合站相關(guān)數(shù)據(jù)及投料機運行狀態(tài),實現(xiàn)了智能投料機投料過程動態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計分析,為智能投料機相關(guān)管理人員、瀝青路面建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位提供了準確抗車轍添加狀態(tài)及投料過程質(zhì)量數(shù)據(jù)信息,從而確保瀝青混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量.目前,該系統(tǒng)已在山西省吉河高速公路路面施工第3標段瀝青拌合站投入使用,運行可靠性高、控制性能優(yōu)越、管理功能完善.

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10李方文.基于PLC和GPRS瀝青拌合站監(jiān)控系統(tǒng)的研究[碩士學(xué)位論文].沈陽:東北大學(xué),2011.

Remote Monitoring System of Intelligent Batch Feeder

XUE Chun-Ming

(ShanxiTransportation Research Institute,Taiyuan 030006,China)

In order to meet the quality management of quality and cost control in the Asphalt mixing plant admixture feeding process,we design remote monitoring system of intelligent batch feeder.Through the existing GRPS/GSM of China Mobile,the system monitors the feeder remotely with the comprehensive functions of data acquisition and transmission,data monitoring,analysis,statistics,management,and alarm handling,achieving real-time monitoring, user management intelligent feeding machine,user management alarm,and data statistics and analysis.The system is uses in the Ji River Highway,Shanxi province,to solve the bad environment of intelligent feeding machine,difficult issues such as monitoring,achieving the goal of remote monitoring and control of intelligent feeding machine,which can effectively guarantee the quality of the production of asphalt concrete.

asphalt mixing station admixture;intelligent batch feeder;remote monitoring;GPRS

山西省交通建設(shè)科技項目(15-2-05)

2016-09-06;收到修改稿時間:2016-10-12

10.15888/j.cnki.csa.005765