董泊纖， 龍麒譚， 王偉龍

（長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

0 引言

擦窗機(jī)作為高空作業(yè)機(jī)器， 對(duì)其安全性能有著極高的要求[1]。 當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，技術(shù)人員需及時(shí)趕到現(xiàn)場，不僅不便于故障的及時(shí)處理， 甚至可能產(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果。 因此，如何有效監(jiān)測(cè)擦窗機(jī)狀態(tài)成為維持擦窗機(jī)工作穩(wěn)定、 安全運(yùn)行的關(guān)鍵問題。 設(shè)計(jì)一種遠(yuǎn)程的監(jiān)診系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，不僅便于非專業(yè)人士直觀了解擦窗機(jī)目前狀態(tài)， 而且便于專業(yè)人士遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備操作指導(dǎo)，從而排除安全隱患，節(jié)省了大量的人力物力，且相較于人工排查而言，也更為準(zhǔn)確可靠，極大地節(jié)省了成本，提高了工作效率。

1 總體設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)采用B/S 模式架構(gòu)進(jìn)行人機(jī)交互，可以減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)，節(jié)省用戶內(nèi)存，方便進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)。擦窗機(jī)的PLC數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程通信模塊傳輸至云端服務(wù)器， 將數(shù)據(jù)解析后存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中以便系統(tǒng)調(diào)用， 實(shí)現(xiàn)PLC 與本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。 創(chuàng)建數(shù)據(jù)表以儲(chǔ)存用戶名、賬號(hào)密碼、設(shè)備地址、設(shè)備類型等信息，在服務(wù)器中部署WEB 項(xiàng)目調(diào)用數(shù)據(jù)庫，使用WEB 開發(fā)語言進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成擦窗機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)網(wǎng)站的開發(fā)。

2 數(shù)據(jù)采集方案

數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集是通過通信模塊與云端服務(wù)器完成網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)的，是整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心。 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集流程為：1） 利用TCP/IP 協(xié)議建立客戶端與服務(wù)器之間的連接；2） 使用MODBUS 協(xié)議獲取并解析PLC 數(shù)據(jù)，并將解析后的數(shù)據(jù)存入在服務(wù)器創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

2.1 數(shù)據(jù)傳輸

擦窗機(jī)PLC 中數(shù)據(jù)可以通過RS-485 串口與遠(yuǎn)程通信模塊連接， 通過WIFI、GPRS、4G 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至云端服務(wù)器，本文選用濟(jì)南有人物聯(lián)網(wǎng)公司的GPRS 模塊USR-GPRS232-730 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，模塊與服務(wù)器之間采用TCP/IP 協(xié)議， 服務(wù)端與客戶端通過建立套接字進(jìn)行通信[2]，圖1 為SOCKET 通信流程。 這里通信模塊用作客戶端，服務(wù)器用作服務(wù)端，通過對(duì)模塊進(jìn)行配置，添加服務(wù)器IP 地址與接收端口， 便可將數(shù)據(jù)傳送至云服務(wù)器的指定端口。 服務(wù)器通信代碼如下：

tcp_server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

tcp_server_socket.bind(("127.0.0.1",15000))

tcp_server_socket.listen(128)

new_client_socket,client_Addr = tcp_server_socket.accept()

recv_data = new_client_socket.recv(1024)

new_client_socket.send

(b"x02x01x00x00x00x18x3Cx33")

recv_data1 = new_client_socket.recv(1024)

new_client_socket.close()

tcp_server_socket.close()

圖1 SOCKET 通信流程

2.2 數(shù)據(jù)解析

在進(jìn)行數(shù)據(jù)解析時(shí)采用Modbus 通信協(xié)議，PLC 作為Modbus 從站，服務(wù)器作為Modbus 主站。 服務(wù)器循環(huán)向通信模塊利用MODBUS 指令發(fā)送獲取數(shù)據(jù)請(qǐng)求， 通訊模塊接收到指令后， 將PLC 離散輸入寄存器與線圈寄存器的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器[3]，將獲取到的數(shù)據(jù)通過MODBUS協(xié)議解析后儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫， 系統(tǒng)可通過AJAX 技術(shù)及HTTP 協(xié)議發(fā)送JSON 格式的數(shù)據(jù)， 將獲取到的PLC 數(shù)據(jù)在網(wǎng)站中顯示。 圖2 為MODBUS RTU 指令的格式。

圖2 MODBUS RTU 指令格式

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)客戶端是用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的直觀頁面，頁面排版應(yīng)簡潔直觀且具有專業(yè)性，以方便不同類型的用戶的使用。 客戶端主要的兩個(gè)功能為：1）為用戶提供一個(gè)友好的人機(jī)交互界面；2）與服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，完成數(shù)據(jù)收發(fā)[2]。

3.1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

頁面可以展示設(shè)備的信息及目前在線/離線、故障/正常等狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備當(dāng)前動(dòng)作、限位開關(guān)狀態(tài)的直觀監(jiān)測(cè)，并可查看與該動(dòng)作相關(guān)的點(diǎn)位信息。 當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，點(diǎn)擊故障排除可以顯示該故障的解決辦法。 為了清楚觀察主機(jī)及吊籃中的狀況， 分別在主機(jī)與吊籃中安裝攝像頭，將圖像接入網(wǎng)頁中，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)景圖像監(jiān)測(cè)，可以控制攝像頭旋轉(zhuǎn)，方便查看設(shè)備內(nèi)部細(xì)節(jié)。 并且針對(duì)不同型號(hào)的設(shè)備，調(diào)節(jié)頁面的顯示內(nèi)容與布置[4]。

3.2 設(shè)備故障分析

與一些大型工程機(jī)械的電氣系統(tǒng)類似， 擦窗機(jī)電氣系統(tǒng)線路眾多，控制較復(fù)雜[5]。 其可能的故障形式有：自檢故障，設(shè)備無輸入，設(shè)備無輸出，限位開關(guān)故障，接觸器故障，工作電機(jī)或液壓電機(jī)故障等。 設(shè)備出現(xiàn)故障的原因可能是：1）動(dòng)作旋鈕，限位開關(guān)，接觸器或電機(jī)損壞。 2）觸點(diǎn)至PLC 之間接線斷開。3）未滿足設(shè)備動(dòng)作的必要條件。將設(shè)備可能出現(xiàn)的故障編入程序中， 通過PLC 數(shù)據(jù)點(diǎn)組合判斷，在網(wǎng)站中顯示設(shè)備當(dāng)前出現(xiàn)的故障及解決辦法。

4 系統(tǒng)測(cè)試

打開擦窗機(jī)模擬電控箱，將設(shè)備調(diào)至正常工作狀態(tài)。操作吊籃上升動(dòng)作改變PLC I/O 口的數(shù)據(jù)值，GPRS 通信模塊將變化后的數(shù)據(jù)發(fā)送至指定服務(wù)端， 在服務(wù)端發(fā)送MODBUS 指令，如’02 01 00 00 00 18 3C 33’，該指令為從MODBUS 地址00001 開始， 讀取36 個(gè)線圈寄存器的數(shù)據(jù)， 立刻能接收到回復(fù)數(shù)據(jù)’02 01 03 07 00 00 8D BC’，其中’07 00 00’為36 個(gè)線圈寄存器的數(shù)據(jù)，共3 個(gè)字節(jié)，將數(shù)據(jù)通過MODBUS 協(xié)議規(guī)則解析后存入數(shù)據(jù)庫內(nèi)，在網(wǎng)頁中調(diào)取數(shù)據(jù)庫， 便可將擦窗機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示在網(wǎng)頁中，90 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集時(shí)間為2s，數(shù)據(jù)采集間隔為10s，如使用配置更高的服務(wù)器，還可進(jìn)一步提升采集效率。 圖3為系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的工作流程圖。

圖3 數(shù)據(jù)采集流程圖

5 結(jié)論

本文針對(duì)目前擦窗機(jī)在管理監(jiān)測(cè)中存在的問題，根據(jù)擦窗機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于擦窗機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。 通過測(cè)試顯示，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，采集數(shù)據(jù)的速度快、頻率高，滿足對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)要求，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)擦窗機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)， 便于對(duì)設(shè)備故障的及時(shí)處理，縮短了故障時(shí)設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，提升了經(jīng)濟(jì)效益，為同類大型工程機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了設(shè)計(jì)思路。