鄧輝明，黃 峰

(1.湖南工程學(xué)院 電氣信息學(xué)院，湘潭 411104；2.湖南省高校風(fēng)電裝備與電能變換協(xié)同創(chuàng)新中心，湘潭 411104)

基于移動(dòng)終端的電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

鄧輝明1,2，黃 峰1,2

(1.湖南工程學(xué)院 電氣信息學(xué)院，湘潭 411104；2.湖南省高校風(fēng)電裝備與電能變換協(xié)同創(chuàng)新中心，湘潭 411104)

針對(duì)電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一套基于移動(dòng)終端的消防泵電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).此系統(tǒng)由移動(dòng)終端監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊等組成，軟件交互界面友好，通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)消防泵電機(jī)全天候的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理、設(shè)備控制、故障報(bào)警及故障信息管理.并能應(yīng)用于其他電機(jī)控制場(chǎng)合，具有良好的應(yīng)用前景.

移動(dòng)終端；電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；消防泵；故障報(bào)警；實(shí)時(shí)監(jiān)控

0 引言

電機(jī)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的電氣設(shè)備之一.利用移動(dòng)終端對(duì)電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程、全天候監(jiān)控，具有重要的應(yīng)用價(jià)值.尤其是在消防安全領(lǐng)域，現(xiàn)代建筑越來(lái)越復(fù)雜，消防設(shè)施分布范圍廣、數(shù)量多、規(guī)格型號(hào)不同.為避免發(fā)生火災(zāi)，前期必須加強(qiáng)對(duì)消防泵等的狀態(tài)監(jiān)控.而當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，更要求消防泵能夠迅速地投入工作，把火災(zāi)撲滅，最大程度地挽回?fù)p失[1].

目前的消防設(shè)備管理系統(tǒng)只能在控制室查看消防泵電機(jī)的啟動(dòng)、停止、狀態(tài)等簡(jiǎn)單信息.無(wú)法查看消防泵電機(jī)的詳細(xì)運(yùn)行狀態(tài)，更不能在遠(yuǎn)程端實(shí)現(xiàn)有效地控制.嚴(yán)重影響了消防系統(tǒng)快速處理能力，埋下了安全隱患[2].因此，采用移動(dòng)終端設(shè)備對(duì)消防泵電機(jī)進(jìn)行全天候遠(yuǎn)程、動(dòng)態(tài)監(jiān)控非常有必要[3].

本文選用KB0系列控制與保護(hù)開(kāi)關(guān)電器作為消防泵電機(jī)控制系統(tǒng)的核心器件，基于Android操作系統(tǒng)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了基于移動(dòng)終端的消防泵電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).系統(tǒng)可通過(guò)Wi-Fi/4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建靈活便捷的安全監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)消防泵電機(jī)全天候狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備控制、故障告警等，提高了消防系統(tǒng)的時(shí)效性和安全性.軟件可以靈活移植，應(yīng)用到其他電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益.

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)[4-5]，分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層及移動(dòng)終端.系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層采用KB0-T系列控制與保護(hù)開(kāi)關(guān)(CPS)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的就地操作與保護(hù)控制.KB0-T能夠接通、承載和分?jǐn)嗾l件下和非正常條件下的電流，具有過(guò)載和短路保護(hù)功能，并能夠采集和上傳現(xiàn)場(chǎng)信息以及執(zhí)行移動(dòng)終端APP發(fā)送的各種指令.KB0-T的數(shù)字化控制器采樣電量信號(hào)、對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析和運(yùn)算后發(fā)出相應(yīng)處理指令，控制CPS主電路的通斷[6-7].

KB0-T采集各設(shè)備的參數(shù)信息和故障信息，通過(guò)通信模塊將這些信息發(fā)送到云平臺(tái).網(wǎng)絡(luò)通信層是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層與移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的通訊設(shè)備和通訊線路.本系統(tǒng)采用云服務(wù)平臺(tái).通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)接口將設(shè)備信息發(fā)送到云平臺(tái)服務(wù)器，由服務(wù)器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與移動(dòng)終端的通信.移動(dòng)終端采用Android studio平臺(tái)開(kāi)發(fā)APP軟件.軟件有良好的交互界面，能夠通過(guò)Wi-Fi/4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全天候訪問(wèn).具有查詢?cè)O(shè)備運(yùn)行參數(shù)、故障告警信息及對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制等功能.通信時(shí)CPS設(shè)備將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)服務(wù)器.當(dāng)用戶登錄終端軟件時(shí)，APP自動(dòng)訪問(wèn)服務(wù)器，并將設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及故障信息顯示在界面上；當(dāng)需要遠(yuǎn)程控制設(shè)備時(shí)，APP發(fā)送的請(qǐng)求指令會(huì)經(jīng)服務(wù)器傳達(dá)給消防泵電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)消防泵電機(jī)的控制.通信過(guò)程如圖2所示.

圖2 通信過(guò)程

2 移動(dòng)終端軟件設(shè)計(jì)

終端軟件基于Android自主開(kāi)發(fā).主要分為操作界面和網(wǎng)絡(luò)通信兩個(gè)模塊，其中操作界面遵循主流APP界面設(shè)計(jì)方式，界面友好、直觀.網(wǎng)絡(luò)通信模塊遵循h(huán)ttp協(xié)議，通過(guò)httpclient的post方式，采用異步通信加載方式與服務(wù)器進(jìn)行通信.

(1)操作界面

移動(dòng)終端界面包括：登錄界面與數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面、設(shè)備控制界面、故障信息界面.

用戶在登錄界面利用事先注冊(cè)好的賬號(hào)和密碼登錄服務(wù)器.帳號(hào)獲取服務(wù)器給客戶端分配的唯一sessionId，并對(duì)應(yīng)相應(yīng)的服務(wù)器訪問(wèn)權(quán)限.數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面通過(guò)“心跳”機(jī)制定時(shí)刷新，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備當(dāng)前的參數(shù)信息，如三相電流、額定電流等.同時(shí)，在參數(shù)設(shè)置欄可以通過(guò)移動(dòng)終端對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如Modbus地址、額定電流等.登錄界面與數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面如圖3所示.

圖3 登錄界面與數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面

為了防止用戶誤操作，設(shè)備控制界面與設(shè)置界面聯(lián)動(dòng).只有當(dāng)設(shè)置界面控制功能打開(kāi)時(shí)，設(shè)備控制界面才能對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，如啟動(dòng)、停止、復(fù)位.故障信息界面通過(guò)“心跳”機(jī)制定時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器，獲取設(shè)備故障信息.當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，如過(guò)載故障，界面將顯示相應(yīng)的故障標(biāo)識(shí)，同時(shí)會(huì)推送一條故障通知，并通過(guò)終端系統(tǒng)鈴聲或者振動(dòng)的方式提醒用戶.控制與故障信息界面如圖4所示.

(2)通信模塊

移動(dòng)終端通信模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示.

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與移動(dòng)終端數(shù)據(jù)交互通過(guò)云服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)[8].打開(kāi)APP軟件點(diǎn)擊設(shè)置界面，點(diǎn)擊登錄，通過(guò)在服務(wù)器注冊(cè)的賬號(hào)和密碼登錄服務(wù)器，獲取服務(wù)器分配的sessionId值.如果登錄成功，將通過(guò)發(fā)廣播的形式通知數(shù)據(jù)菜單欄，并通過(guò)單例模式將sessionId傳遞過(guò)去，以作為數(shù)據(jù)菜單訪問(wèn)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)時(shí)的標(biāo)識(shí)碼.數(shù)據(jù)菜單欄需要訪問(wèn)服務(wù)器四個(gè)接口，分別為：獲取采集器信息接口、獲取采集器中變量接口、獲取變量值接口以及控制信號(hào)接口.為了保證軟件的響應(yīng)速度和防止內(nèi)存泄漏，前面兩次訪問(wèn)服務(wù)器接口只執(zhí)行一次.將獲取的信息全部保存，以在獲取變量值接口中使用.訪問(wèn)獲取變量值接口程序中通過(guò)“心跳”機(jī)制定時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器，可保證能夠與服務(wù)器保持長(zhǎng)連接，并實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息.對(duì)從服務(wù)器獲取的變量值，通過(guò)遍歷的方法將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分割、處理，并將所需要的信息通過(guò)Android代碼分別顯示在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和故障信息界面中.設(shè)備控制界面通過(guò)移動(dòng)終端發(fā)出控制指令，利用httpclient方式將控制指令打包發(fā)送至服務(wù)器控制信號(hào)接口.服務(wù)器接收到控制變量接口信號(hào)時(shí)，再將控制信號(hào)下發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制.

圖4 設(shè)備控制與故障界面

圖5 通信模塊軟件流程圖

3 結(jié)論

基于移動(dòng)終端的消防泵電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在浙江中凱測(cè)試平臺(tái)上得到了有效驗(yàn)證.系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，通信正常，運(yùn)行性能穩(wěn)定.

(1)能在Android移動(dòng)終端上實(shí)現(xiàn)對(duì)消防泵電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、故障報(bào)警等功能.

(2)一臺(tái)移動(dòng)終端設(shè)備能夠管理多臺(tái)消防泵電機(jī)，性價(jià)比較高.

(3)系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定、安全，有較好的應(yīng)用前景.

[1] 陳 凡.基于FM認(rèn)證的消防泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2010.

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ResearchandImplementationofMotorMonitoringSystemBasedonMobileTerminalEquipment

DENG Hui-ming1,2, HUANG Feng1,2

(1. College of Electrical & Information Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104, China;2. The Cooperative Innovation Centor of Wind Power Equipment and Energy Conversion, Xiangtan 411104, China)

To meet the requirement of intelligent control and remote monitoring of motors, a fire pump monitoring system based on mobile terminal equipment is designed. The system consists of a data acquisition system, a data communication system and a mobile terminal software. By implement the system has a friendly interactive interface and can realize remote data collection, processing, equipment control, fault alarm and fault information management. Especially, the system can monitor and alarm fire pumps at anytime and anywhere through the Wi-Fi/4G mobile network.

mobile terminal equipment； motor monitoring system; fire pump; fault alarm; real-time monitoring

2017-05-29

湖南省教育廳資助科研項(xiàng)目(15K032)；湖南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃資助項(xiàng)目(湘教通[2014]207號(hào)).

鄧輝明(1992-)，男，碩士研究生，研究方向：智能配電系統(tǒng).

TM301.2

A

1671-119X(2017)04-0010-03