語音報警系統在吊具模擬器上的應用

姚家明 金為民

摘要：港口碼頭集裝箱吊具作為裝卸船作業中最為重要的一環，其設備穩定性及維修方便性尤為重要。在現代碼頭運營中，備件的維修更換需要分秒必爭，大型碼頭的維修操作人員在設備宕機的高發期又面臨人員短缺。身為上海振華重工吊具電氣設計工程師，筆者針對維修車間吊具模擬器的功能性展開研究，利用CAN-open通訊開放性的特點，探索模擬器增加語音報警模塊的可能性。

關鍵詞：吊具模擬器;語音報警;CAN-open通訊

一、振華重工吊具模擬器的發展

振華重工的吊具模擬器是針對用戶碼頭維修車間，開展吊具維修和保養的功能性設備。吊具模擬器是通過模擬岸橋或者場橋設備，與吊具進行接口匹配、通訊指令下達和信號反饋。

振華重工最開始的吊具模擬器只是通過選擇開關發送指令，指示燈顯示收到的吊具信號。之后針對模擬器電源容量和發熱性，增加了電流表和電壓表，以實時監測吊具電源安全性。再到后來針對吊具模擬器的吊具信號可視化增加了顯示屏，通過圖表和顏色指示，實時監測吊具的各種數字量和模擬量信號。后來陸陸續續針對可視化和通訊種類做了更多的優化，從簡單的點對點通訊到后來的Profibus、Profinet、CAN-open等現場總線通訊。

二、語音報警系統在吊具模擬器上的應用

振華重工吊具模擬器在車間維修和保養吊具產品中發揮著重要的作用，如何更加高效快捷地幫助維保人員實施維保工作一直是振華重工關注的中心點。在產品升級更迭中，可視化程度在不斷提高，我們將提升產品功能性的角度拓展到三維空間，語音報警系統就是解決可視化之外的盲區問題。

12（一）語音報警系統簡介

語音報警系統是通過我司與廠家定制的語音模塊來實現的，語音模塊作為通訊從站，模擬器的可編程邏輯控制器作為主站，通過主從站之間通訊搭成語音報警系統。根據科學研究表明，語音提示比文字、圖片提醒更直觀、通用，其優越性在維保吊具過程中可以使得精確性和便捷性大大提升。

（二）語音報警系統的選型

集裝箱吊具模擬箱語音系統的語音模塊由于用于港口碼頭，未來可能會用于吊具上，而實際上吊具的工作環境十分惡劣，吊具全力下沖的沖力最大可達約50G，同時港口鹽霧的侵蝕特別嚴重，所以和碩博電子定制了SPC-SDIO-S0808SPK語音模塊。

此設備供電采用直流寬電壓，輸入電源范圍8～32V，可適用12V及24V供電的環境。滿足各種嚴苛的測試標準，15KV靜電，4KV雷擊，4KVEFT的測試都順利通過。此語音模塊CAN總線I/O資源分別為1路和8路，高度復用的端口，輸入端口可采集高電平、電壓等信號;輸出端口為數字量高電平信號，可達3A，更可直接驅動大電流的電磁閥。同時，語音模塊還具有防護等級高、高響應速度、體積小、集成度高、端口配置靈活等優點，使其成為分布式I/O應用場合的的最佳選擇。該語音模塊利用32位的高性能MCU，具有30W語音報警（可切換到2個通道）;1個藍色狀態燈，所有端口都支持誤接電源、地，所有的輸出端口都帶有短路、過熱保護;其采用鋁合金材料外殼，內部增加硅膠，防護等級達到了IP67，滿足港口作業環境對產品的要求。

由于吊具模擬器主控制器采用德國易福門品牌，控制器支持CAN-open通訊。CAN-open 是基于CAN總線的協議，該協議是基于應用層的，在各種現場總線中，CAN-open 是應用最廣的一種協議。在歐美獲得了大批企業和民眾的認可，被認為是基于CAN的工業標準中應用最廣的準備。一些重要的外部輸入輸出設備，如開關、驅動設備、編碼器等可以依靠CAN-open協議與支持CAN-open的可編程邏輯控制器構成總線網絡。因此，我們選擇了支持CAN-open的語音模塊與吊具模擬器控制器組建了語音報警系統。

2.1.1（三）語音報警系統的配置

語音報警系統的配置主要是對語音模塊和控制器的配置，包括對語音數據、軟件參數、調用程序的配置。

（1）語音數據配置

首先，確定好需要錄制的語音內容，從位置故障到編碼器故障再到控制器故障等，總共選擇了20多條語音信息;然后，找專人錄制每條語音內容，生成語音文件;最后，用專用軟件將語音文件編號后導入語音模塊中。

（2）軟件參數配置

首先，準備好語音模塊的EDS文件和庫文件。其次打開模擬器控制器的codesys程序，在庫文件管理器中加載4個專用庫文件，在“CAN1 [FIX]”上點擊右鍵，選擇“添加子元件”，然后選擇“CANopen Master”。在“CANopen Master [VAR]”上點擊右鍵，選擇“添加子元件”，然后選擇“SPC-SDIO-S0808SPK（SPC-SDIO-S0808SPK.EDS）”。然后，在“CANopen Master [VAR]”中設置CAN通訊參數，在“SPC-SDIO-S0808SPK（EDS） [VAR]”中設置CANopen從機擴展模塊在CAN上的通信參數，S0808SPK模塊默認的波特率為125Kps，ID號為16#71。SPC-SDIO-S0808SPK接收的主控制器的數據：包括擴展模塊的數字輸出值、語音報警序號（根據定制的數據）、語音報警音量（根據使用現場的環境）、內外喇叭切換（根據實際接線）。SPC-SDIO-S0808SPK發送給主控制器的數據：包括擴展模塊的數字輸入值、模擬量輸入值、語音報警狀態、輸出短路狀態。

（3）調用程序配置

模擬器控制器作為調用語音報警的主體，調用語音指令的條件尤為重要。當模擬器控制器同時收到兩個位置信號時，調用位置故障警報;當收到吊具磁尺數據超過規定的范圍值，即調用磁尺故障警報;當油溫檢測傳感器感應到溫度過高，即報高油溫故障;當吊具電機因為堵轉過流而導致接觸器切斷時，收到過流保護故障;當打動作指令時，吊具由于緊停被拍掉而無法動作時，即調用緊停故障。

（四）語音報警系統實際安裝方法

首先，需要將語音模塊和控制器裝在模擬器箱體內，供電直流24V電源，將CAN-open高和CAN-open低與控制器的CAN通訊端口通過端子排連接，CAN-open高低之間加裝120歐姆的終端電阻。語音模塊的安裝位置也需要特別注意，配套的喇叭頭需要在模擬器面板上開孔安裝，使得喇叭放音不會被遮擋。控制器和語音模塊注意安裝要豎直安裝，安裝支架采用不銹鋼304材質，通訊線采用有屏蔽層的電纜，確保CAN-open通訊穩定。

（五）語音報警系統是否正常的判斷

語音模塊是否正常可通過觀察指示燈顏色判斷：當指示燈不亮時，表明系統未上電;當指示燈常亮表示通訊故障;當指示燈以1Hz頻率閃爍時，表示語音模塊正常運行;當指示燈以5Hz頻率閃爍時，表示語音模塊有其他故障。

模擬器控制器是否正常運行也可通過觀察指示燈顏色判斷：當指示燈不亮時，表明系統未上電;當黃色指示燈常亮時，表明系統在初始化;當綠色指示燈以5Hz頻率閃爍時，表示控制器內沒有加載操作系統;當紅色指示燈常亮時，表明系統運行遇到了故障;當綠色指示燈常亮時，表示控制器處于暫停狀態;當綠色指示燈以2Hz頻率閃爍時，表示控制器運行正常。

綜上所述，通過查看指示燈狀態就可以簡單判斷語音模塊和控制器之間的通訊是否建立完成。

更具體的工作邏輯是否正確可以通過模擬吊具故障來觸發，如果模擬給定相應的故障條件，語音報警出對應的故障信息，則工作邏輯正常;如果模擬給定相應的故障條件，語音報警不工作或報警出不對應的故障信息，則需要重新檢查報警邏輯。

三、結束語

語音報警系統的應用為吊具模擬器的功能性增加了新的方向。本文對語音報警系統在吊具模擬器上的應用研究，主要包括吊具模擬器的發展，語音報警系統在振華重工吊具模擬器上的應用（包含語音報警系統的選型、配置以及語音報警系統故障的判斷），實現了對語音報警系統在模擬器上應用的多樣性研究，為振華重工模擬器后續更多的改進提供了參考價值。

參考文獻：

[1]任振輝，馬永鵬，劉軍.電氣控制與PLC原理及應用[M].中國水利出版社，2008

[2]王黎明，CAN現場總線系統的設計與應用.電子工業出版社，2008（3）