基于程序代碼映射的遠程監控大數據應用方案

張 宇，楊 凱

（太原工業學院，山西 太原 030008）

引言

WK系列大型礦用挖掘機是太重集團自主研發的交流變頻露天礦機械采掘設備，該類設備國產化的設計大大降低了各大露天礦的設備采購成本。本著不斷服務各大礦山的使命，WK系列挖掘機技術進步的腳步從未停止。當前，產品智能化是提升產品品質的重要途徑，也是延伸產品利潤的必要手段。遠程監控和大數據應用是挖掘機智能化的一個分支，該技術的應用將進一步降低企業服務成本，并為企業開拓出新的服務模式和利潤增長點[1-3]。

1 當前WK系列挖掘機遠程監控的基礎問題

WK系列挖掘機要實現設備遠程監控以及大數據的應用，數據是基礎。但是，客觀問題是已銷售并運行的大型礦用挖掘機設備中的程序代碼是不完全統一的。

然而，一個遠程平臺的開發，基礎問題是統一的數據信息，進一步說是被采集設備的程序數據具有統一地址、統一含義。沒有數據的統一性，就沒有基于數據的遠程監控，更無法實現數據的挖掘，無法實現大數據的應用[4-6]。

2 程序代碼映射方案

發展遠程監控是產品智能化發展的趨勢所需。針對當前在運行中的該類設備內部程序代碼的不統一問題，設計出一種既不影響現有設備的運行，又能實現對現有設備的數據采集方案，進而實現對現有設備和今后設備的共同遠程監控，需要技術創新。

首先說明代碼不統一的問題。假定A設備和B設備中使用的是西門子S7-300系列PLC，其中A設備中一個傳感器S的地址是I0.0，但B設備中同一傳感器S地址是I2.0，見圖1。

其次說明采集數據必須統一的問題。比如遠程監控平臺中設計一個名稱為傳感器S的數據狀態監控展示區域，如果關聯地址是I0.0，很明顯B設備傳回來的數據不匹配；如果關聯地址是I2.0，很明顯A設備傳回來的數據不匹配。為保證設備遠程監控的實施，必須保證從被監控設備中采集傳輸的程序數據相同。

在不影響現有設備的穩定運行的情況下，即現有設備程序的組態地址不能更改，程序的主體架構和I/0點、模擬量的地址不能變動。即A設備中傳感器S地址I0.0和B設備中同一傳感器S地址I2.0是不能改變的。因此，首先確定遠程數據采集地址不能直接使用設備程序中原有的I/0點、模擬量的組態地址。

經過反復試驗對比，借鑒數學中的映射概念，提出來映射程序代碼來解決遠程采集數據的一致性問題。代碼映射基于數學概念中的映射思想，即兩個元素集相互“對應”的關系。設X和Y兩個非空集合，如果存在一個法則f，使得對X的每個元素x，按法則f，在Y有唯一確定的元素y對應，則稱f為從X到Y的映射，記作f：X→Y。映射成立條件簡單表述就是下面兩條，定義域的遍歷性：X中的每個元素x在映射的值域中都有對應對象。對應的唯一性：定義域中的一個元素只能與映射域中的一個元素對應[7]。

基于映射概念，設計程序代碼的映射方案。在挖掘機設備PLC程序中新建一個DB數據塊，如DB1000，在該數據塊中做數據全局規劃。首先統一規劃數據結構，統計出設備所涉及的所有傳感器數據和運行數據，保證映射數據的全面性。第二步，根據設備的發展方向，預留部分數據區域，供部分新功能開發設計時使用，最大限度避免今后數據的重疊占用和沖突問題。全面的數據規劃是核心，是整個數據映射的基礎，是今后遠程監控平臺展示數據的基礎性工作[8]。具體方案就是將原有程序數據看作映射概念中的數據集X，將新規劃的數據塊DB1000看作映射數據集Y，也稱為目標數據集，映射法則f就是數據規劃定義文件；遠程監控采集數據從目標數據集DB1000中提取并采集傳輸。

A設備中傳感器S地址是I0.0，可在A設備中建立FC1000將I0.0對應DB1000.DBX1840.0。雖然B設備中同一傳感器S地址是I2.0，但依然在B設備中建立FC1000將I2.0對應DB1000.DBX1840.0。通過這種映射就將前面兩個問題全面解決了，見圖2。

映射法則f在設備中的實現，考慮的是原有程序數據所代表的意義和唯一的目標數據集的對應關系。在每一臺被監控設備的PLC中新建一個FC塊，如FC1000，在該功能塊中實現數據映射對應關系。將輸入信號（I）點映射到對應到唯一DB數據點，將輸出信號（Q）點映射到唯一DB數據點，將模擬量數據（A）映射到對應到唯一DB數據字或雙字等。由于數據DB1000規劃的全面性，并且同類產品中數據的含義也是唯一的，因此經過映射后，任何一臺被監控設備中的DB1000中數據都是統一的。該設備中需要遠程監控的數據都可以通過唯一數據DB1000進行采集傳輸，實現了數據的標準化采集傳輸，解決了遠程監控的基礎性問題，見圖3。同時，設備中原來的I/O點、模擬量的組態地址保持不變，保證了原先設備的穩定運行[8-10]。

在監控云平臺上使用DB1000所規劃的數據進行數據存儲，進而進行遠程數據展現，實現數據的歸納、總結和分析，基于此實現對數據趨勢判斷，從而最終實現數據價值的挖掘，真正做到大數據的應用。

3 方案應用

依據程序代碼映射方案，分別實現原有設備和新設備的遠程監控數據傳輸。

針對某礦山原有設備A，不改動硬件組態，不改變原有程序框架和已有程序塊，只新增FC1000數據塊相關內容。由于原程序中I、Q、A地址不變，故基于映射方案直接在FC1000程序塊中將監控數據映射到DB1000，即可得到標準化的監控數據，進而傳輸到監控平臺數據庫。比如：原有設備A其傳感器S信號I0.0映射數據為DB1000.DBX1840.0，內部繼電器F輸出信號Q0.0映射數據為DB1000.DBX2251.0，電機（M1）的電流模擬量信號DB1.DBW34映射數據為DB1000.DBW0，則原有設備A基于程序代碼映射的監控方案如圖4所示。

針對某礦山新投入設備B，則根據映射方案的規劃，在程序編寫中直接使用DB1000.DBX1840.0表示傳感器S的輸入信號，DB1000.DBX2251.0表示繼電器F的輸出信號，DB1000.DBW0表示電機（M1）的電流模擬量信號。在FC1000將監控數據DB1000與設備組態地址關聯，實現了基于映射方案的監控數據信息實時關聯。另外，由于PLC中直接使用DB1000映射數據編寫程序，其FC1000程序塊與舊設備FC1000程序塊中數據前后邏輯略有區別，此處為DB1000的數據輸出到組態地址，進行設備的正常控制，因此在調試中可以十分方便的進行地址的修改。比如：新設備B中傳感器S數據DB1000.DBX1840.0對應的組態地址為I0.0，即使另一臺新設備C模塊數量不同，導致的傳感器S數據地址不同，但是由于內部程序都是DB1000.DBX1840.0，故系列設備的主程序是不需要調整的。類似于C語言中的全局變量的作用，見圖5。

4 結語

程序代碼映射是一種針對WK系列大型礦用挖掘機程序代碼不完全統一問題的新設計理念，是基于數學映射理論的一種方案創新。該方案既可保證原有設備的正常運行，又為實現對現有設備的數據采集進行了統一的、全局的規劃，兼容性地實現現有設備和今后設備的共同遠程監控，為產品的遠程監控智能化發展做出了技術和理論貢獻。該創新方案不僅對同類機械設備的遠程數據采集、遠程監控具有一定的參考價值，另外該方案也體現了交叉學科的借鑒價值。