基于Android的選礦破碎生產(chǎn)線PLC測(cè)控系統(tǒng)

楊 帆，王鈺涌，張馨以，李 博，劉 水

(1.西北工業(yè)大學(xué) 倫敦瑪麗女王大學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710072;2.西安捷達(dá)測(cè)控有限公司，陜西 西安 710199)

0 引 言

選礦企業(yè)破碎生產(chǎn)線主要包含震動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、潤(rùn)滑機(jī)、皮帶機(jī)、篩分機(jī)、空壓機(jī)、倉(cāng)儲(chǔ)料斗等大量重型的機(jī)械設(shè)備。文獻(xiàn)[1]中指出破碎生產(chǎn)線設(shè)備能否長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)安全健康運(yùn)行對(duì)于選礦企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要。由于礦山企業(yè)一般處于偏遠(yuǎn)的山野當(dāng)中，破碎生產(chǎn)線長(zhǎng)而復(fù)雜，如果某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而耽誤處理修復(fù)，這勢(shì)必會(huì)給企業(yè)帶來(lái)生命財(cái)產(chǎn)安全危險(xiǎn)。目前國(guó)內(nèi)大部分選礦企業(yè)破碎生產(chǎn)線設(shè)備基本采用人工定時(shí)巡查的方式現(xiàn)場(chǎng)操控管理，并輔以本地儀器儀表現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警。文獻(xiàn)[2]中指出隨著礦山企業(yè)生產(chǎn)范圍越來(lái)越廣，選礦傳統(tǒng)手工方式逐漸顯現(xiàn)出較多問(wèn)題，其表現(xiàn)出工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、出現(xiàn)問(wèn)題處理滯后性強(qiáng)等缺點(diǎn)。另外選礦設(shè)備噪音與粉塵污染較為嚴(yán)重，這對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)值守的工人身體健康極為不利。

隨著互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)4.0的浪潮席卷而來(lái)，大部分選礦企業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施都已經(jīng)普及到礦山生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，為工人通過(guò)移動(dòng)手機(jī)終端遠(yuǎn)程監(jiān)控破碎設(shè)備提供了必要的基礎(chǔ)。Android，其中文名為安卓，是一種由美國(guó)Google公司開(kāi)發(fā)的基于Linux內(nèi)核的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于移動(dòng)設(shè)備如智能手機(jī)和平板電腦，具有非常好的開(kāi)放性，占據(jù)了國(guó)內(nèi)大部分手機(jī)終端市場(chǎng)。PLC，其中文名為可編程控制器，文獻(xiàn)[3]中指出PLC是專門為惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、故障診斷、遠(yuǎn)程通信、實(shí)時(shí)控制等功能的電子裝置。文獻(xiàn)[4]中提出PLC廣泛應(yīng)用石油、化工、礦山、建筑等行業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化控制，其非常適合破碎生產(chǎn)線多設(shè)備可靠穩(wěn)定的協(xié)同邏輯控制。

因此，該文擬基于Android與PLC技術(shù)研究開(kāi)發(fā)選礦設(shè)備遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，通過(guò)PLC采集選礦生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行電流、電壓、溫度、油壓等各種參數(shù)，經(jīng)企業(yè)有線局域網(wǎng)(LAN)傳送到服務(wù)層中心計(jì)算機(jī)集中管理存儲(chǔ)，最后通過(guò)無(wú)線WIFI、4G或者5G傳送到操作人員的手機(jī)APP上，操作人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)對(duì)違章行為和故障設(shè)備進(jìn)行停機(jī)處理，從而提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，保證生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。

1 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Topology)就是指用有線或者無(wú)線傳輸媒介把各種通信設(shè)備或者操作終端互相連接起來(lái)形成的邏輯布局結(jié)構(gòu)圖形。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按形狀分類有：總線型(Bus)、星型(Star)、環(huán)型(Ring)和網(wǎng)狀(Mesh)等。根據(jù)礦山企業(yè)選礦設(shè)備位置分散以及不同的設(shè)備可能分別由不同的技術(shù)人員管理的特性設(shè)計(jì)出如圖1所示的破碎生產(chǎn)線2-Star型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由下星(Down-Star)網(wǎng)絡(luò)與上星(Up-Star)網(wǎng)絡(luò)組成。

1.1 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)下星(Down-Star)網(wǎng)絡(luò)

下星(Down-Star)網(wǎng)絡(luò)位于整個(gè)破碎生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的下半部分，它包含下部中心節(jié)點(diǎn)PLC以及與之通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線相連的破碎生產(chǎn)線上各個(gè)設(shè)備。PLC是整個(gè)下星結(jié)構(gòu)的控制中心，它通過(guò)4 mA～20 mA A/D實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)線各個(gè)設(shè)備電流、電壓等運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)或者通過(guò)D/A信號(hào)控制其運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、閥門開(kāi)度，通過(guò)24 V開(kāi)關(guān)量DI采集其運(yùn)行、報(bào)警、過(guò)載等狀態(tài)信號(hào)以及通過(guò)DO控制其啟動(dòng)、停止動(dòng)作。

圖1 破碎生產(chǎn)線2-Star網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PLC可以選擇一體機(jī)與機(jī)架式機(jī)型，考慮到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量眾多與種類繁雜，建議采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，這有利于系統(tǒng)后期測(cè)控的擴(kuò)展與升級(jí)。機(jī)架式結(jié)構(gòu)PLC一般由各種獨(dú)立的模塊如電源、CPU、DI、DO、A/D以及D/A等模塊組成[5]，其提高常規(guī)的RS232/RS485串行通信接口或者新型RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，支持的協(xié)議有Modbus RTU與Modbus TCP[6]。常見(jiàn)的可以用于破碎系統(tǒng)的PLC品牌有：Omron CJ2M系列、Siemens S7系列、Mitsubishi A系列等。

下星結(jié)構(gòu)的各設(shè)備傳感器采集信號(hào)與控制輸出內(nèi)容如表1所示。

表1 各設(shè)備傳感器采集信號(hào)與控制輸出內(nèi)容

表格中Current表示電流，Voltage表示電壓，Temperature表示油溫度，Pressure表示油壓力，Level表示物位計(jì)高度，On表示開(kāi)啟設(shè)備，Off表示關(guān)閉設(shè)備，F(xiàn)req表示電機(jī)變頻器頻率，None表示無(wú)。該表格列出了典型的破碎系統(tǒng)中常見(jiàn)的測(cè)量與控制設(shè)備，其數(shù)量分別為1到多個(gè)，在具體實(shí)施部署系統(tǒng)的時(shí)候，可以根據(jù)選礦企業(yè)的實(shí)際破碎工藝可以適當(dāng)增減其設(shè)備的種類與數(shù)量，同時(shí)調(diào)整相應(yīng)的PLC開(kāi)關(guān)量與模擬量模塊的數(shù)量。

1.2 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)上星(Up-Star)網(wǎng)絡(luò)

上星(Up-Star)網(wǎng)絡(luò)是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的最終目的，是為了方便選礦企業(yè)操作人員和技術(shù)工程師本地集中操作與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制。上星網(wǎng)絡(luò)的中心為ICC(Industrial Control Computer)，其中文名為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)，它安裝于選礦企業(yè)的中控室，方便操作員集中測(cè)量與控制，其通過(guò)RS232/RS485串行通信接口或者RJ45網(wǎng)絡(luò)接口跟下星PLC的高速通信交換數(shù)據(jù)，目前主流的通信接口為以太網(wǎng)RJ45,正常情況下ICC與PLC通過(guò)企業(yè)的交換機(jī)(Switch)、路由器(Router)接入到企業(yè)的局域網(wǎng)(LAN)。

ICC中安裝破碎生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)，一方面可以實(shí)時(shí)采集PLC中分散在生產(chǎn)線各個(gè)部位的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、控制其啟停，另一方面給選礦企業(yè)的若干授權(quán)Android終端提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)，讓相關(guān)操作人員或者技術(shù)人員可以通過(guò)企業(yè)無(wú)線WIFI、4G、5G就可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、故障狀態(tài)等信息[7]，在權(quán)限允許的前提下，可以通過(guò)遠(yuǎn)程指令應(yīng)急啟停工藝前后關(guān)聯(lián)設(shè)備進(jìn)行排查故障，使得生產(chǎn)受損盡可能的小，同時(shí)最大程度地保證了設(shè)備與人員的安全。

2 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)前述選礦破碎生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知該系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的PLC軟件、ICC軟件、Android軟件系統(tǒng)。

2.1 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)

破碎系統(tǒng)PLC軟件根據(jù)不同的廠家的PLC開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行編程，其語(yǔ)法基本都支持傳統(tǒng)的梯形圖(LAD)、類高級(jí)語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)文本(SCL或者ST)、流程圖(Graph)等[8]，該文以O(shè)mron CJ2M PLC為例介紹其設(shè)計(jì)思想與算法。根據(jù)破碎生產(chǎn)線設(shè)備實(shí)時(shí)采集控制、安全啟停、遠(yuǎn)程通信快速響應(yīng)的需求，設(shè)計(jì)的PLC軟件模塊運(yùn)行原理結(jié)構(gòu)如圖2所示，其包含循環(huán)調(diào)度模塊、信號(hào)采集模塊、數(shù)字濾波模塊、邏輯控制模塊、故障診斷模塊、順序啟動(dòng)模塊、順序停止模塊、通信處理模塊等，它們通過(guò)共享數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行內(nèi)部通信與交換數(shù)據(jù)。

圖2 PLC軟件模塊運(yùn)行原理結(jié)構(gòu)

PLC循環(huán)調(diào)度模塊為系統(tǒng)主控模塊，它以循環(huán)掃描的方式動(dòng)態(tài)選擇控制其他模塊的運(yùn)行,其算法流程如圖3所示。

圖3 PLC主控循環(huán)調(diào)度模塊算法流程

在整個(gè)程序運(yùn)行開(kāi)始即PLC上電后它負(fù)責(zé)給所有的模塊進(jìn)行初始化破碎控制參數(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)事件的取值不同動(dòng)態(tài)調(diào)度其他模塊的執(zhí)行。主控模塊正常情況下依次通過(guò)信號(hào)采集模塊掃描破碎生產(chǎn)線設(shè)備所有的模擬量傳感器與開(kāi)關(guān)量傳感器數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字濾波算法放入共享數(shù)據(jù)模塊的緩沖區(qū)中，進(jìn)而通過(guò)邏輯控制模塊掃描用戶控制柜按鈕操作或者設(shè)備的本身連鎖信號(hào)進(jìn)行繼電器開(kāi)關(guān)設(shè)備，若采集或者邏輯控制中發(fā)現(xiàn)故障信號(hào)立刻執(zhí)行故障診斷模塊進(jìn)行安全智能操控處理。最后查看外部事件Event，如果有順序啟動(dòng)事件發(fā)生即Event=1,則執(zhí)行順序啟動(dòng)模塊，若有順序啟動(dòng)事件發(fā)生即Event=2,則執(zhí)行順序停止模塊，若有上位ICC的通信請(qǐng)求即Event=3，則需要執(zhí)行通信處理模塊。

為了提高軟件的可靠性與穩(wěn)定性，PLC軟件開(kāi)發(fā)中需要使用很多數(shù)據(jù)處理或控制算法，限于篇幅只介紹如下主要算法：

(1)數(shù)字濾波算法。

考慮到大部分破碎設(shè)備都是大電流、高功率機(jī)電產(chǎn)品，其運(yùn)行受到環(huán)境噪聲的嚴(yán)重周期性干擾，因而需要采用適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波算法提高采集數(shù)據(jù)的可信度。該系統(tǒng)采用工業(yè)上比較成熟的遞推平均值濾波算法(Recursive Average Filtering Algorithm，RAFA)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式(1)所示：

(1)

算法主要思想如下：在PLC的共享數(shù)據(jù)模塊中創(chuàng)建一個(gè)遵循先進(jìn)先出(FIFO)原則的隊(duì)列數(shù)組，數(shù)組的長(zhǎng)度為常量N,每次采集之前將隊(duì)列從后往前移動(dòng)淘汰掉一個(gè)最老的數(shù)據(jù)D[0]，然后通過(guò)AD通道函數(shù)GetADData()采集到一個(gè)新值放入到隊(duì)尾D[N-1]中，這樣將所有元素進(jìn)行平均得到該物理量可信的測(cè)量值。

(2)線性標(biāo)度變換算法。

PLC采集的原始傳感器數(shù)據(jù)一般為4 mA～20 mA、1 V～5 V、0 V～10 V，它對(duì)應(yīng)實(shí)際設(shè)備某個(gè)物理量的不同范圍的量綱和數(shù)值。不同精度等級(jí)的PLC A/D模塊的轉(zhuǎn)換位數(shù)或者分辨率不一樣，如12位的A/D通道對(duì)應(yīng)數(shù)字量0～4 095，PLC在通道中采集到數(shù)字量并進(jìn)行濾波后，還要轉(zhuǎn)換成用戶能直觀理解的工程量綱數(shù)據(jù)[9]。線性標(biāo)度變換是最常用的標(biāo)度變換方式，其前提條件是被測(cè)參數(shù)值與PLC A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線性關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式(2)所示：

(2)

其中，Ao為破碎設(shè)備工程量綱的下限值，Am為破碎設(shè)備工程量綱的上限值，Ax為破碎設(shè)備工程量綱實(shí)際值，No為PLC傳感器通道下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，Nm為PLC傳感器通道上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，Nx為PLC傳感器通道所對(duì)應(yīng)的當(dāng)前采集到的數(shù)字量。

例如破碎系統(tǒng)中壓力測(cè)量量程為350 Pa～1 350 Pa，通過(guò)PLC 12位A/D采集，經(jīng)PLC采樣及數(shù)字濾波后的數(shù)字量為819，根據(jù)上述算法公式，此時(shí)的壓力值應(yīng)為：

(3)故障診斷算法。

破碎生產(chǎn)線包含設(shè)備眾多，其工藝流程往往一環(huán)套一環(huán)，若某一個(gè)設(shè)備故障損壞，勢(shì)必影響工藝流程上前后設(shè)備的正常運(yùn)行。另外由于設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，常常因?yàn)樵O(shè)備老化或者電網(wǎng)負(fù)荷的變化引起某些設(shè)備局部異常，對(duì)于震動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)這種大功率高耗能設(shè)備，用戶看不到其內(nèi)部實(shí)際運(yùn)行情況，傳統(tǒng)的手段很難很快給出相應(yīng)正確的故障判斷，往往因?yàn)楣收辖鉀Q時(shí)間的拖延，給生產(chǎn)上造成很大損失，需要編寫PLC故障診斷程序快速定位問(wèn)題所在[10]。

設(shè)計(jì)的破碎生產(chǎn)線設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)(Expert System)是一種智能PLC程序，其原理結(jié)構(gòu)如圖4所示，它包含故障檢測(cè)機(jī)構(gòu)、破碎故障推理機(jī)、破碎故障規(guī)則庫(kù)、報(bào)警與處理機(jī)構(gòu)、評(píng)價(jià)優(yōu)化機(jī)構(gòu)。

圖4 破碎生產(chǎn)線設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

破碎故障規(guī)則庫(kù)為存儲(chǔ)在PLC保持區(qū)(掉電不丟失)中，一般為若干產(chǎn)生式IF-ELSE規(guī)則，其通過(guò)通信接口接受來(lái)自ICC與Android人機(jī)畫(huà)面查詢、更新、刪除。當(dāng)然故障檢測(cè)機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)某個(gè)設(shè)備電流、電壓、溫度、壓力等信號(hào)異常，系統(tǒng)立刻驅(qū)動(dòng)破碎故障推理機(jī)查詢破碎故障規(guī)則庫(kù)獲取故障原因，然后執(zhí)行報(bào)警與處理機(jī)構(gòu)在條件允許的范圍內(nèi)自行安全順序停機(jī)并上報(bào)到ICC與Android人機(jī)畫(huà)面，由技術(shù)人員進(jìn)一步處理。最后評(píng)價(jià)優(yōu)化機(jī)構(gòu)判斷故障是否解除或者處理良好，并動(dòng)態(tài)更新破碎故障規(guī)則庫(kù)，如果處理失敗，自動(dòng)刪除或者提示用戶修改該規(guī)則，確保規(guī)則庫(kù)中的知識(shí)具有時(shí)效性。

2.2 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)ICC軟件與Android軟件設(shè)計(jì)

ICC為破碎系統(tǒng)中控室本地用戶操作的人機(jī)界面，它要完成實(shí)時(shí)采集PLC中各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)、PLC算法參數(shù)、故障規(guī)則庫(kù)，在需要時(shí)可以更改它們，另外還接受遠(yuǎn)程授權(quán)的Android用戶查詢控制破碎生產(chǎn)線設(shè)備的命令請(qǐng)求[11]。考慮到破碎生產(chǎn)線設(shè)備操控的安全性與實(shí)時(shí)性，本系統(tǒng)用戶只限定少數(shù)跟破碎設(shè)備維護(hù)管理相關(guān)的技術(shù)人員、維修人員、操作人員等，同時(shí)為了防止受到外網(wǎng)攻擊與入侵[12]，系統(tǒng)只允許在選礦企業(yè)的局域網(wǎng)范圍使用，因此將ICC服務(wù)軟件與Android軟件設(shè)計(jì)成如圖5所示的三層客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server)結(jié)構(gòu)。

該軟件設(shè)計(jì)包含了后臺(tái)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、核心中間層ICC服務(wù)軟件(Server)以及若干編號(hào)從1-n的Android APP(Client)。由于PLC的存儲(chǔ)容量有限，需要ICC將長(zhǎng)期采集到設(shè)備所有傳感器數(shù)據(jù)定時(shí)存儲(chǔ)到后臺(tái)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中以供后期查詢與生產(chǎn)決策使用。MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫一般要遵循如下步驟：(1)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)UserName與Password連接物理數(shù)據(jù)庫(kù)；(2)通過(guò)Select、Alter、Delete等語(yǔ)句操縱數(shù)據(jù)庫(kù)；(3)關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)，使得緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)更新到物理存儲(chǔ)區(qū)。

中間層ICC服務(wù)軟件(Server)設(shè)計(jì)一般包括用戶登陸模塊、破碎工藝流程顯示模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、故障報(bào)警顯示模塊、故障規(guī)則庫(kù)查詢更改模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢模塊、傳感器動(dòng)態(tài)曲線顯示模塊、用戶管理模塊、打印報(bào)表模塊等。

圖5 ICC服務(wù)軟件與Android軟件三層 客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

終端層Android APP (Client)考慮到只能為專門的技術(shù)人員或者操作人員使用，本系統(tǒng)不允許注冊(cè)移動(dòng)端用戶，相關(guān)人員的遠(yuǎn)程登陸用戶名與密碼為中間層ICC服務(wù)軟件提前預(yù)置好[13]。Android APP一般由用戶登陸模塊、破碎工藝流程顯示模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、故障報(bào)警顯示模塊、故障規(guī)則庫(kù)查詢更改模塊、傳感器動(dòng)態(tài)曲線顯示模塊等組成[14]。

圖6 Android APP(Client)程序通信算法流程

該軟件系統(tǒng)中最重要的是通信程序的編寫，它包含ICC服務(wù)軟件(Server)與PLC網(wǎng)絡(luò)通信程序、ICC服務(wù)軟件(Server)與Android APP(Client)網(wǎng)絡(luò)通信程序，為了降低編程的工作量與可維護(hù)性，系統(tǒng)每一層通信都遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus TCP協(xié)議，其各層算法流程類似，其中Android APP(Client)程序通信算法流程如圖6所示[6]。

Android APP(Client)每次通信開(kāi)始，需要執(zhí)行初始化函數(shù)Init()，然后創(chuàng)建客戶端ClientSocket()，進(jìn)而根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)端的IP地址與Port端口號(hào)執(zhí)行Connect(IP,Port)連接函數(shù)，如果服務(wù)端的ServerSocket偵聽(tīng)到會(huì)發(fā)出Accept()命令同意連接，客戶端連接成功后，可以發(fā)出請(qǐng)求命令Send()，同時(shí)延時(shí)等待通過(guò)Rece()函數(shù)接收服務(wù)端的反饋數(shù)據(jù)，通信完畢執(zhí)行CloseSocket()函數(shù)關(guān)閉套接字，釋放網(wǎng)絡(luò)資源[15]。

3 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

運(yùn)用所提出的2-Star網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與相應(yīng)軟件算法技術(shù)，對(duì)國(guó)內(nèi)某鉛鋅選礦企業(yè)的破碎生產(chǎn)線進(jìn)行了實(shí)際開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。應(yīng)用系統(tǒng)之前，該企業(yè)破碎生產(chǎn)線設(shè)備基本處于完全分散相對(duì)獨(dú)立的方式手動(dòng)控制運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)噪音與粉塵給工人帶來(lái)很大的困擾，設(shè)備出現(xiàn)異常后排查故障困難，技術(shù)人員因?yàn)槁吠具b遠(yuǎn)經(jīng)常不能及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)處理，有時(shí)出現(xiàn)因?yàn)槠扑樯a(chǎn)停滯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)給該選礦企業(yè)造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

通過(guò)調(diào)研該企業(yè)的破碎生產(chǎn)線落后現(xiàn)狀與企業(yè)想高效率、自動(dòng)化的遠(yuǎn)程操控需求，利用軟件UML設(shè)計(jì)技術(shù)與OOP開(kāi)發(fā)技術(shù)，成功地開(kāi)發(fā)出了本系統(tǒng)。系統(tǒng)的下星型結(jié)構(gòu)中心采用高性能的Omron公司的CJ2M PLC，其CPU支持16個(gè)Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)通信客戶連接，PLC編程采用梯形圖LAD與結(jié)構(gòu)文本ST相結(jié)合的方式。

圖7 Android手機(jī)上運(yùn)行故障點(diǎn)(左) 與設(shè)備信息(右)畫(huà)面

上星型結(jié)構(gòu)的中間層ICC服務(wù)軟件采用事件驅(qū)動(dòng)的方式編程，多個(gè)模塊有著不同的優(yōu)先級(jí)分布在前臺(tái)與后臺(tái)運(yùn)行。上星型結(jié)構(gòu)的終端層Android APP(Client)軟件采用多線程的方式編程，考慮的破碎系統(tǒng)設(shè)備啟停事關(guān)生命安全的特殊性，大部分情況下技術(shù)人員與操作人員只能通過(guò)Android查看設(shè)備狀態(tài)，需要遠(yuǎn)程診斷并排查故障等應(yīng)急情況下可以授權(quán)其啟停設(shè)備[16]，其中Android手機(jī)上運(yùn)行的故障點(diǎn)報(bào)警(左)與該用戶管控的設(shè)備狀態(tài)信息(右)畫(huà)面如圖7所示。

該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)某鉛鋅選礦企業(yè)實(shí)際運(yùn)行一年多來(lái)，為了驗(yàn)證系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)查閱企業(yè)設(shè)備日常維護(hù)記錄臺(tái)賬，將應(yīng)用系統(tǒng)之前傳統(tǒng)手動(dòng)(Manuel)方式跟使用該遠(yuǎn)程(Remote)測(cè)控系統(tǒng)之后統(tǒng)計(jì)故障、現(xiàn)場(chǎng)維修出勤人員次數(shù)與維修配件成本費(fèi)用月均數(shù)據(jù)對(duì)比反饋如表2所示。

表2 實(shí)施該系統(tǒng)前后月均統(tǒng)計(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

從表2月均統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，該遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)雖然不能明顯降低設(shè)備發(fā)生的故障月次數(shù)，但是通過(guò)遠(yuǎn)程診斷自動(dòng)處理可以大幅降低維修人員現(xiàn)場(chǎng)出勤次數(shù)，同時(shí)較好降低了企業(yè)的設(shè)備維修成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

在充分分析選礦企業(yè)破碎生產(chǎn)線當(dāng)前設(shè)備測(cè)控存在的眾多落后狀況與缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于Android與PLC的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，跟傳統(tǒng)的手工控制方式比，系統(tǒng)具備如下創(chuàng)新點(diǎn)：

(1)設(shè)計(jì)了2-Star型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由下星網(wǎng)絡(luò)與上星網(wǎng)絡(luò)組成，該種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便于實(shí)現(xiàn)與實(shí)施。

(2)PLC程序中設(shè)計(jì)的破碎生產(chǎn)線設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)破碎設(shè)備快速定位與診斷，確保了企業(yè)的穩(wěn)定安全生產(chǎn)。

(3)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)手機(jī)Android APP系統(tǒng)遠(yuǎn)程查看并快速故障診斷故障點(diǎn)節(jié)約了技術(shù)人員與維修人員的時(shí)間，提高了設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的效率，降低了企業(yè)破碎生產(chǎn)線維護(hù)成本。

企業(yè)應(yīng)用表明，遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)很大程度上改善了選礦企業(yè)破碎生產(chǎn)線工人的勞動(dòng)環(huán)境，使得工人在高噪音、高粉塵的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下操控破碎生產(chǎn)線設(shè)備的時(shí)間大大減少。系統(tǒng)為選礦企業(yè)的破碎生產(chǎn)線安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了非常好的遠(yuǎn)程測(cè)控解決方案，具有較高的示范與推廣應(yīng)用價(jià)值。