基于礦山和工程機械設備的遠程監控終端

祝鵬遠

（呼倫貝爾蒙西煤業有限公司，內蒙古呼倫貝爾 021008）

0 引言

在實際應用中，基于礦山和工程機械設備的遠程監控終端要能夠滿足多種通信接口的需要，并且要對設備具有良好的兼容性。另外，基于工程設備對遠程監控終端的特殊要求，其系統要支持遠程的固件升級、數據保存等。同時具備工作效率高、成本消耗低的特點，才能確保遠程監控終端發揮出最大的作用。

1 遠程監控終端的組成及功能

遠程監控終端是遠程監控系統中重要的組成部分，其主要由GPRS 通信模塊、GPS 定位模塊、本地通信模塊以及嵌入主板組成（圖1）。

圖1 監控終端系統功能

采集監視功能：①各種泵運行、停止、故障、遠程/本地狀態，電流，電壓；②一次供、回水壓力，溫度，流量參數；③二次供、回水壓力，溫度，流量參數；④配電系統參數，總電源三相電壓，三相電流，有功功率，無功功率；⑤監測管網末端的溫度或壓力。

控制功能：①通過監控畫面可以遠程啟、停循環泵組；②實現補水泵自動補水；③自動調節一次供水閥；④深井泵自動加水。

報警功能：①當循環泵、補水泵、深井泵出現故障時上報到監控中心；②水箱水位、壓力、溫度等超低超高時報警，并將報警信息上報到監控中心。

通信功能：①通過GPRS 無線網絡向供熱公司調度中心傳輸數據；②通過RJ45 接口方式向分中心傳輸數據；③通過RS485 接口與現場儀表通信。

GPRS 通信模塊：將所采集到的各類信息通過實時數據傳輸到遠程監控中心，同時接收遠程監控中心的數據內容。

GPS 定位模塊：準確、及時地對各種信號進行定位，如對全球衛星的位置、運作軌跡、時間、速度等進行實時跟蹤，確保所接收到數據信息的準確性和及時性。

本地通信模塊：連接GPRS 模塊、GPS 模塊、嵌入主板模塊之間的數據傳輸，協助完成遠程監控終端與礦山和工程機械設備之間的數據交換。

嵌入主板模塊：對工程數據進行存儲，并且通過定位對數據進行分析、傳輸等。

遠程監控終端還具有以下4 個功能特點：①遠程監控終端同采集中心收集數據信息，并且具有回放和轉發數據的功能；②遠程監控終端具有遠程控制的功能，可以通過GPRS 通信模塊接收采集站的各種報警信號，并將接收到的信息及時傳送給遠程監控中心；③遠程監控終端具有對數據的配置及存儲功能，對系統內用戶的權限進行管理；④遠程監控終端控制中心可以向任何一個遠程客戶端發送控制指令，同時控制中心還具有對各客戶端調度及查詢功能。

2 遠程監控終端的技術原理

遠程監控終端技術是在傳統的監控技術基礎之上，結合計算機網絡數據輸入輸出、視頻無線傳輸技術而創新出的一種更高效的遠程監控技術。目前該技術被廣泛地應用于各行業中。遠程監控技術主要的工作原理是結合互聯網技術、視頻傳輸技術對設備進行實時監控，從而完成對機械設備的跟蹤、監督、控制、診斷、分析、處理、存儲、維修功能。遠程監控技術是由遠程監測和控制兩個方面組成的，例如目前我國常用的BS 遠程監控終端系統，就可以實現數據信息在同一個平臺內的轉換和處理功能。因此，在對礦山和工程機械設備的應用中，能夠同時完成對機械設備數據的傳輸、處理、診斷、維修功能，大大降低了人工維修工作量，同時也避免了因工作人員技術原因造成的各種問題，大幅度提高了機械設備的工作效率。

3 遠程監控終端的設計

3.1 硬件模塊的設計

遠程監控終端的硬件設備是系統構成最基本的要素。在設計時，首先要對礦山和工程機械設備的使用需求進行分析，以確定監控終端要實現的功能形態。而后對硬件結構進行設計，其中包括了對電源模塊、GPRS 通信模塊、GPS 定位模塊、信號測試模塊、嵌入主板模塊、CPU 模塊、CAN 通信模塊、調試模塊、充電模塊、CPU 輔助模塊等幾大模塊進行結構化整合。

在硬件設計中，電源模塊的設計主要是對監控終端進行過壓保護及欠壓保護、斷電保護，保證供電設備的安全性。而通信模式的設計是為了通過通信協議標準串連口的準確連接來實現數據的傳輸和接收，從而保證數據信息的實效性。定位模塊的設計是為了對設備能夠有一個精準的定位，便于及于對設備的位置、運行狀態等數據進行采集和反饋，為提高對設備的管理能力有著十分重要的意義。信號檢測模塊的設計是為了實現對少量外接開關量的模擬量進行數據采集的目的。嵌入主板模塊的設計實現了終端數據讀寫、定位、總線傳輸及各種接線服務功能。滿足了監控終端程序寫入、數據采集、通信代碼輸出等數據處理的需求。CAN 通信模塊的設計更多的是考慮有效支持數據分布以及實時控制串連通信接口的數據轉換。調試接口模塊的設計是為了滿足對遠程監控終端運行時的故障進行診斷和調試，從而保障監控終端運行的安全性。充電模塊的設計可以說是一個備用電源，主要用于工程機械設備斷電維修后，設備所需的電量支持，該模塊主要應用在監控終端休眠時間段中。CPU 輔助模塊的設計主要是對CPU 主板斷電后的設備輔助，保持設備的基本功能正常運轉，保證設備中數據交換、存儲等功能不受影響。

3.2 工作模式的設計

在遠程監控終端硬件結構設計完成后，要對終端的工作模式進行設計，監控終端的工作模式設計是整個監控終端的關鍵環節。礦山和機械設備在生產作業中，經常會出現工作狀態異常、停機、檢修情況，需要對監控終端的工作模式和休眠模式下終端的工作流程進行科學的設計和規劃。在工程機械設備的正常運作下，需要時刻保證其對數據信息的采集、處理及分析能力不受影響。因此，在工作模式中要設計標準化工作模式，標準化工作模式主要負責數據信息的采集和處理。

某工程企業在對遠程監控終端進行工作模式設計時，為了最大限度提高礦山和工程機械設備的工作效率，該企業采用了標準工作模式設計，該設計最大的優點就在于使用率高，通電即可激活使用，大大節省了設備預啟動時間。同時，設計該模式的優點還在于當設備處于停機或維修狀態下時，標準工作下的休眠模式設計，可以對無數據生產狀態下的設備終端進行監控。另外，遠程監控終端在判斷了設備處于允許休眠設計狀態下時，將自動關閉GPS 定模塊，同時斷開網絡連接開關，使設備進入完全休眠狀態，保證監控終端所傳輸的設備信息準確性。

3.3 通信協議的設計

通信協議是保證遠程監控終端數據傳輸準時性及準確性的關鍵，在工作模式設計完成后，要根據礦山和工程機械設備的需求，設計出合理的通信協議，提高對PLC 等設備數據信息采集處理的能力。目前我國基于礦山主和工程機械設備遠程監控終端最常用的通信協議是數據傳輸—應答模式設計。該種模式采用的工作流程主要是先由遠程監控終端向客戶端發送數據請求，然后由客戶終端對所采集到的PLC 數據信息進行加密處理，并返回到遠程監控終端中。

3.4 軟件設計

硬件完成后，要進行軟件的設計。軟件設備也稱為程序設計，是確保實現遠程監控終端數據采集、傳輸、分析、處理功能的重要因素。程序的設計不僅要能夠驅動終端設備最底層的硬件，還要根據工程機械設備的工作流程和工作狀態設計出運作模式。同時要根據礦山和工程機械設備實際工作中對數據信息的需求及協議的監控需求，設計出以代碼形式來展現的監控流程，從而實現對設備的遠程監控功能。設備依據現代工程機械設備發展需求，CPU 嵌入式ARMCOPTEX-M3 系統處理器LPC1778 是目前遠程監控終端應用電廣泛的系統。其具有結構簡單、系統集成率高、內核輕薄、功率低、損耗小等優點。而采用支持Cortex-M3/M1/M0 等內核處理器，則具有任務處理速度快、初始化速度化、時間與任務同步處理等功能。此外，該程序還具有在μCOS-Ⅱ操作系統下開發的主函數主要進行了系統硬件初始化的特點，同時具備操作系統初始化、初始任務的創建以及多任務處理的開啟功能。

4 遠程監控終端的重要性

遠程監控終端被廣泛地應用在各行業中，尤其是近年來，遠程監控終端被大量地用于礦山和工程機械設備生產中。在礦山作業中，大多生產環境較為復雜，機械設備較為繁重，為了保證機械設備運行的穩定性，保障礦山生產的安全性，采用遠程監控終端對其進行監控是十分必要的。通過遠程監控終端傳輸的數據參數，管理人員可以清楚分析出機械設備工作的狀態，便于及時對設備的運行模式進行調整。同時，通過遠程監控終端傳輸的數據，可以控制工程工期，確保工程在規定時間內保質保量完成。其次，遠程監控終端技術是礦山和工程機械設備生產發展的必然趨勢，這主是要因為工程機械設備在遠程監控終端技術支持下，能夠快速將設備的運行數據傳送到監控中心，實現了對工程機械設備實時監控的功能，避免因設備故障無法得到及時處理而造成的損失。

5 結語

遠程監控終端對提高礦山和工程機械設備的工作效率有著十分重要的作用。因此，要從遠程監控終端的技術形式著手，對監控終端的設計、功能進行分析，實現其對工程機械設備的運行監督目的，確保機械運行的穩定性。