工程機械遠程狀態信息采集方法研究與應用分析

陳文偉

（山西大同大學煤炭工程學院，山西大同037003）

工程機械遠程狀態信息采集方法研究與應用分析

陳文偉

（山西大同大學煤炭工程學院，山西大同037003）

將遠程狀態信息采集應用于工程機械的監控系統中，可以為工程機械的正常運行提供可靠的參數基礎依據，這就要求我們必須在工程機械中分析并研究其CAN總線的控制系統以及施工現場的信息特性，對眾多不同特性的信息進行統一的分類與采集，然后經過混合組態的方式對信息的采集方法和手段進行參數化的遠程設計與設置，從而根據每一個設備中的不同信息對其自身所具有的可擴展性與兼容性進行提高。以現代化的信息技術為主要手段，對工程機械的監控系統進行在B/S與C/S基礎上的新型混合架構的建立，之后再對其進行具體的設計與研制，并逐步推廣與應用到各種行業領域當中。

工程機械；遠程狀態；信息采集；方法與應用

在實際的施工過程中，實時監控現場狀態是為設備可靠運行以及防止出現施工故障提高保障的一種重要的方法與手段[1]。工程機械施工的裝備構成以及控制系統隨著科技的發展而逐漸變得復雜，同時也使監控系統和診斷故障的具體工作更加趨于復雜化。將遠程狀態下的工程機械信息采集方法運用到實際工作中，可以有效的促進現場狀態實時監控情況以及預測與診斷故障情況向更加可靠、更加準確的方向發展。

1 我國目前遠程狀態信息采集在工程機械中的狀況

實時監控工程機械施工的現場狀態可以對設備的安全運行、故障的準確預測與判斷進行可靠的保證。在現階段的工程機械施工中，應該采取科學合理的方式與方法對眾多處于分布式的、具有不同監測點特性的狀態信號進行采集與傳輸，其采集到的基礎數據可以有效提升實時監控質量，并準確診斷、預測故障[2]。CAN總線憑借自身所具有的眾多優點，已經在現階段被廣泛的應用在工程機械領域中，但是多數采用的采集方式都是單一形式的，如果過多的采集屬于緩變次要的信息，往往會出現數據冗余現象，造成重要信息采集的缺失和遺漏，進而影響遠程狀態的維修運行。

2 遠程狀態信息在工程機械中的采集方法

2.1 信息采集的原理分析

工程機械中，CAN總線控制系統的主要構成部分包括主控制器、顯示儀表、輸入控制器、執行器、傳感檢測器以及子網絡和子系統等。CAN總線共有110個通信節點，見圖1，其擁有包括強擴展性和自由組網等多個優點，使得在對信息進行擴展共享時更加的方便，數據采集節點的增多與減少不會影響到原有的CAN總線監控系統，而且還可以對其中的所有信息進行監聽，這與監控系統的信息采集要求不謀而合。

圖1 CAN節點的電路框圖

2.2 遠程信息采集方法在工程機械中的應用

按照信息所起到的作用，可以對需要采集的信息分成幾個類別，具體包括：工作狀態信息、工況信息、診斷故障信息、工作記錄信息以及工作環境信息。其中，GPS信息數據是在GPS模塊中利用SCI串口獲取的，其他的信息數據則都是在CAN總線中獲取的，其所具有的模塊和產生的作用均具有很大的差異，這些都會對CAN總線的信息造成影響，使其之間的差異越來越明顯，從而形成了不同的廣播方式[3]。在此基礎上統一描述各種參數的不同采集，以提高實現編程的可行性。設P為每一個ID和采集方法所對應的一個對象，那么這個對象P就會產生5種屬性，包括ID號、抽樣周期以及廣播方式、請求ID號和請求命令。如果將秒鐘作為抽樣周期的最小單位，那么抽樣周期若為0，則能夠對任意一種信號進行采集，這也就說明，具有非常良好的兼容性；廣播方式主要由主動和被動，即P和N兩個值構成，如果是主動方式，那么請求ID號和請求命令則可以忽略不計。

2.3 分析信息采集的參數化設計及遠程設置

參數化設計信息采集的主要設計對象是監測對象P，利用多種方式和方法來修改監測對象P的遠程狀態、廣播方式以及請求ID號和請求命令等，利用遠程狀態方式來對設置完畢的信息采集周期進行適當的調整，并對CAN總線所形成的波特率進行相對獨立的設置。除此之外，還需要遠程設置位于數據中心服務器中的IP地址和端口號[4]，以便與服務器的變動情況相適應，進而使控制器可以對其他設備進行復用。以上文所講的要求為標準利用遠程狀態對設置協議進行制定，使其格式具有一定的統一性和規范性，可以將其具體制定為起始符、密碼、設置類型和內容、校驗碼以及截止符六項內容，見表1。

表1 遠程狀態設置協議一覽表

3 對遠程狀態采集信息系統的硬件進行設計

以信息采集要求和遠程設置標準為根據，對控制器硬件進行設計需要與以下幾方面要求相符合，具體包括：CAN總線的接口屬于獨立狀態；可以進行GPS地理信息的接收；能夠實現遠程狀態下的GPRS/GSM的信息通信[5]；不會因出現斷電情況而使處于靜態狀態的信息存儲板塊出現丟失或遺漏現象；可以進行自我斷電延時操作。以相關的功能要求為根據，盡可能的對高集成的功能模塊進行適當的應用，以便降低采集成本，同時提高設計性能的可靠性和簡便性。信息采集控制器電路，見圖2。信息采集控制器實物，見圖3。

圖2 遠程狀態信息采集系統的電路示意圖

圖3 遠程狀態信息采集控制器實物圖

4 對遠程狀態采集信息系統的軟件進行設計

DSP/BIOS在CPU中所占據的資源非常少，具有管理內存、實時分析以及任務管理等多種功能。對此項功能進行合理的利用，可以便于提高各種具有復雜結構、高運行效率和強實時性特點的應用軟件的編寫。因此，將DSP/BIOS的機制軟件構架運用到了控制器中[6]。在其內核的應用程序內，可以根據優先級來進行線程的四種設計，具體包括硬件和軟件中斷，以及任務和空間線程。根據控制器功能的相關要求和標準，可以將軟件系統進行11個線程的設計，見表2。

表2 軟件系統各個線程的分配一覽表

5 遠程狀態信息采集在工程機械中的實際應用案例

在某挖掘機公司，上述信息采集方法，已經試用于型號為QUY250和QUY350的遠程控制和故障診斷的多臺液壓履帶起重機中，其遠程監控系統，見圖4。該系統監測所用的參數均來源于兩條獨立CAN總線，具體包括：第一條為以SAE J1939協議為基礎的參數，其ID分別是0X18FEE500， 0X0CF00400， 0X18FEEE00，0X18FEEF00等，所對應的參數分別是柴油機的總轉數和總工作時間，柴油機的轉速，冷卻水和機油的溫度，冷卻水和機油的液位、機油的壓力等；第二條為以CANOpen協議為基礎的參數，其ID分別是295，2A1，2A3，2A4，401等，其所對應的參數分別是各種器件的故障代碼、起重量以及負荷率等，主臂的長度、高度以及工作半徑等，副臂的長度、高度等，風速，倍率等。此應用案例表明，每個設備所服役的地區不同，其所面對的實際工況也會有很大的差異，信息采集控制器具有穩定可靠的工作，正常的采集和傳輸數據，靈活的遠程設置，可以促進這些設備的魯棒性(自動系統的抗干擾能力)和兼容性的提高。

圖4 起重機遠程監控系統示意圖

6 結語

以現場狀態信息所具有的特性為依據，對以CAN總線為基礎的遠程狀態信息采集方法進行設計，并對遠程控制器進行參數化的設計，可以提高其自身的兼容性，對各種工程機械進行有效的使用，并對各種狀態的信息進行采集和傳輸，同時還促進了信息采集監測軟件和硬件可擴展性的提高，通過設計高集成的功能模塊和多任務的DSP/BIOS軟件，提高控制器的可靠性能和穩定性能，為工程機械遠程狀態的信息采集提供可靠的基礎保障。

[1]李寶珍.在工程機械中遠程監控及智能化系統的應用[J].科技與企業,2012(21)：102.

[2]萬昌兵.工程機械中遠程監控及智能化系統的應用[J].江西建材,2013(1)：227-228.

[3]廖希華.淺談在工程機械中遠程監控及智能化系統的應用[J].東方青年·教師,2013(6)：22.

[4]劉勇.工程機械遠程監控系統開發的必要性[J].黑龍江交通科技,2011(9)：325.

[5]池智偉,張穎,鄭州.數據壓縮在用電信息采集遠程通信中的應用[J].電力信息化,2013,11(4)：39-45.

[6]李建高,李樹明.基于藍牙與智能手機的遠程信息采集與控制系統[J].微型機與應用,2012,31(17)：92-94.

Research and Application Analysis Engineering Machinery Remote Status Information Acquisition Methods

CHEN Wen-wei
(School of Coal Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037003)

The application of remote state information collection in the engineering machinery monitoring system can provide reliable parameters for the normal operation of the engineering machinery foundation.We must analyze the controlling system of CAN and the information features of the construction site,collect and classify different information,then design and set up the methods and ways of information collection through hybrid configuration approach.According to different information in each piece equipment,the extensibility and compatibility are improved.With modern information technology as the main means,the monitoring systerm of engineering machinery is built on the basis of B/S and C/S.Then the detailed design and development is carried out,and gradually popularized and applied in various industries.

engineering machinery;remote state;information acquisition;method and application

TP806+.3

A

1674-0874(2015)04-0072-03

2014-12-12

陳文偉（1978-），男，山西大同人，助理實驗師，研究方向：機械工程。

〔責任編輯 王東〕