馬肇麗

青島華洋旭日建設(shè)工程有限公司 山東青島 266100

1 監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

針對(duì)工程機(jī)械來說，其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要集中在作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、電子地圖服務(wù)、歷史軌跡查看、消息及時(shí)推送及查看、數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)和危險(xiǎn)情況警報(bào)提醒等功能上[1]。總結(jié)來說，基本上有四類功能：

（1）作業(yè)參數(shù)的監(jiān)控。作業(yè)參數(shù)的監(jiān)控包括對(duì)位置信息的監(jiān)控，監(jiān)控中心的技術(shù)人員通過分析接收到的機(jī)械工作參數(shù)，及時(shí)了解機(jī)械的工作狀況。

（2）數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)。借助工程機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析功能，了解機(jī)械每天的工作時(shí)間、工作強(qiáng)度、工作地點(diǎn)、機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，通過對(duì)作業(yè)參數(shù)的二次分析掌握施工整體情況。

（3）靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理。建立機(jī)械的靜態(tài)檔案，科學(xué)管理機(jī)械。

（4）歷史數(shù)據(jù)的查詢和利用。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)

2.1 硬件模塊的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)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(jì)時(shí)，首先要對(duì)礦山和工程機(jī)械設(shè)備的使用需求進(jìn)行分析，以確定監(jiān)控終端要實(shí)現(xiàn)的功能形態(tài)。而后對(duì)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括了對(duì)電源模塊、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、信號(hào)測(cè)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(jìn)行結(jié)構(gòu)化整合。

在硬件設(shè)計(jì)中，電源模塊的設(shè)計(jì)主要是對(duì)監(jiān)控終端進(jìn)行過壓保護(hù)及欠壓保護(hù)、斷電保護(hù)，保證供電設(shè)備的安全性。而通信模式的設(shè)計(jì)是為了通過通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)串連口的準(zhǔn)確連接來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，從而保證數(shù)據(jù)信息的實(shí)效性。定位模塊的設(shè)計(jì)是為了對(duì)設(shè)備能夠有一個(gè)精準(zhǔn)的定位，便于及于對(duì)設(shè)備的位置、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和反饋，為提高對(duì)設(shè)備的管理能力有著十分重要的意義。信號(hào)檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)少量外接開關(guān)量的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的目的。嵌入主板模塊的設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)更多的是考慮有效支持?jǐn)?shù)據(jù)分布以及實(shí)時(shí)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(jì)是為了滿足對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端運(yùn)行時(shí)的故障進(jìn)行診斷和調(diào)試，從而保障監(jiān)控終端運(yùn)行的安全性[2]。充電模塊的設(shè)計(jì)可以說是一個(gè)備用電源，主要用于工程機(jī)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(shí)間段中。CPU輔助模塊的設(shè)計(jì)主要是對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)，保證設(shè)備中數(shù)據(jù)交換、存儲(chǔ)等功能不受影響。

2.2 通信協(xié)議的設(shè)計(jì)

通信協(xié)議是保證遠(yuǎn)程監(jiān)控終端數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)時(shí)性及準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，在工作模式設(shè)計(jì)完成后，要根據(jù)礦山和工程機(jī)械設(shè)備的需求，設(shè)計(jì)出合理的通信協(xié)議，提高對(duì)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(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)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(jì)。該種模式采用的工作流程主要是先由遠(yuǎn)程監(jiān)控終端向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，然后由客戶終端對(duì)所采集到的PLC數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理，并返回到遠(yuǎn)程監(jiān)控終端中。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

硬件完成后，要進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)備也稱為程序設(shè)計(jì)，是確保實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jì)不僅要能夠驅(qū)動(dòng)終端設(shè)備最底層的硬件，還要根據(jù)工程機(jī)械設(shè)備的工作流程和工作狀態(tài)設(shè)計(jì)出運(yùn)作模式。同時(shí)要根據(jù)礦山和工程機(jī)械設(shè)備實(shí)際工作中對(duì)數(shù)據(jù)信息的需求及協(xié)議的監(jiān)控需求，設(shè)計(jì)出以代碼形式來展現(xiàn)的監(jiān)控流程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。設(shè)備依據(jù)現(xiàn)代工程機(jī)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(yuǎn)程監(jiān)控終端應(yīng)用電廣泛的系統(tǒng)。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)集成率高、內(nèi)核輕薄、功率低、損耗小等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(jìn)行了系統(tǒng)硬件初始化的特點(diǎn)，同時(shí)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。

3 監(jiān)控系統(tǒng)趨勢(shì)

3.1 普遍和智能云平臺(tái)結(jié)合

工程機(jī)械的作業(yè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)數(shù)量巨大和類型多樣化的特點(diǎn)，需要性能強(qiáng)的服務(wù)器端建立起完善的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理方案。隨著工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)朝著智能化方向的不斷發(fā)展，工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)云平臺(tái)的建立勢(shì)在必行，未來工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的諸多應(yīng)用將圍繞監(jiān)控系統(tǒng)云平臺(tái)以上位機(jī)形式進(jìn)行展開。

3.2 監(jiān)控終端輕量化

工程機(jī)械的監(jiān)控系統(tǒng)從C/S模式到B/S模式的轉(zhuǎn)變，是監(jiān)控系統(tǒng)不斷向便捷化發(fā)展的體現(xiàn)。隨著通信技術(shù)的不斷優(yōu)化和Android智能手機(jī)的普及，監(jiān)控終端不斷向著輕量化的趨勢(shì)發(fā)展。目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于Android智能手機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)和基于微信公眾平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)。隨著工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，監(jiān)控終端將更加輕量化，實(shí)現(xiàn)更加智能化的管理水平。

3.3 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析

對(duì)于工程機(jī)械的作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控已經(jīng)進(jìn)行了很長(zhǎng)的時(shí)間了，但對(duì)于采集到的大量數(shù)據(jù)只是進(jìn)行了很淺的分析，并未進(jìn)行深度挖掘，未來的工程機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將更加注重于對(duì)基于大數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，例如結(jié)合深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)針對(duì)遠(yuǎn)程上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行工程機(jī)械的作業(yè)狀態(tài)評(píng)測(cè)和作業(yè)質(zhì)量評(píng)估等，通過基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析幫助廠家經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)并提高施工方的作業(yè)效率。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)化和智能化的日益發(fā)展，工程機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入了高速發(fā)展的階段。但是數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析利用、高性能的服務(wù)器和監(jiān)控終端等方面，依然存在著急需優(yōu)化的方面。加速對(duì)工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和優(yōu)化，不僅可以確保工程機(jī)械作用的充分發(fā)揮，同時(shí)也滿足環(huán)保節(jié)能的要求。