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基于组态软件开发的架桥机3D远程监控系统更加稳定

来源:恺德尔起重机安全监控管理系统专家 发表日期: 2016-05-06 16:11:00

随着 Internet 技术和无线通信技术的发展,起重设备的实时监控与诊断日益朝网络化和无线远程化发展,已经构建了基于数据的远程监控系统结构和通道。但对于现场作业复杂的工程机械而言,技术和管理人员往往需要对远程装备作业情况进行直观了解,以往的远程监控系统监控界面只包括二维信息,不能实现设备的远程 3D 信息化监控而基于摄像头的远程视频工况监控系统只能监控一、两个最重要的机构动作,由于传输数据量大,使其只能在驾驶室应用,不能用作远程工况视频监控采用 VRML (Virtual RealityModeling Language) 构建的虚拟监控系统效率低,着色渲染速度慢,没有底层控制,并不能满足架桥机 3D 远程监控系统的需要。


针对以上情况,本文基于组态软件 GENE-SIS64 技术开发了一套架桥机 3D 远程虚拟监控系统。系统通过采集现场数据,并应用 3G 通讯及云服务技术实现数据上传与存储,3D 远程监控系统 通 过 访 问 云 服 务 获 取 数 据,在 GENE-SIS64 软件中驱动 3D 模型运动,实现远程监控中心的架桥机工况真实再现,为管理和评判提供直观依据。


1架桥机3D远程监控系统介绍

(1)系统功能

架桥机 3D 远程监控系统基于组态软件 GENE-SIS64 创建,具有监控架桥机工作过程和指定运行参数能力,能够对重要的运行参数和安全状态进行记录并管理,并实时显示架桥机报警信息。结合 GENESIS64 独特的 3D 视图以及 WIN7 展示技术,通过现场数据实时驱动架桥机 3D 模型运动,系统首次实现了设备远程 3D 监控。

(2)架桥机3D远程监控系统构成

架桥机监控系统采用的是现场监控与 3D 远程监控并存的方案。现场监控系统主要由工控机和PLC 构成,工控机采用自主开发的监控软件来实现数据采集、数据显示以及数据上传。PLC 完成系统的控制与保护。系统以西门子 S7 300PLC 作为控制单元,工控机与 PLC 通过以太网进行通讯。PLC 与架桥机各驱动器以 ProfiBus 通讯协议进行通讯。此外,对于位移传感器、角度传感器、编码器等通过 CAN 控制器接入工控机实现数据采集,通过将起重量限制器以 RS232 接入工控机来实现起重量及风速数据的采集。

工控机采集数据经过解析在工控机上实现架桥机现场监控,工控机通过 3G 无线网卡,将本地数据上传云服务器,3D 远程监控系统通过访问云服务数据接口读取数据,并将其存 储在SQLSERVER 数据库中,GENESIS64 通过读取数据库中的各监控项数据,驱动提梁机 3D 模型运动并显示运行参数、实时数据、报警信息。架桥机监控系统的结构如图 1 如示。

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(3)GENESIS64 与数据源连接

系统通过 C#编写的应用程序访问云服务数据接口获取数据,并将实时数据存储在本地 SQLSERVER 数据库中,为建立 GENESIS64 与数据库的连接,需在 GridWorX64 Server 中完成以下设置:

1) 连接数据库

支持连接 SQL SERVER、Oracle、SAP、OLEDB、ODBC 等数据库;

2) 创建数据源

数据源包含 SQL 命令,实现数据库表中各列的选择、插入、更新、删除;

3) 设置刷新周期

运用时间触发器,可使数据刷新周期达到毫秒级,但较短的刷新周期将占用较多系统资源,影响系统性能。综合考虑,本系统刷新周期设为 300 ms。

   如前所述,配置 GENESIS64 各组件可在数据浏览器中读取数据库各监控项数据,实现数据连接,数据浏览器提供了连接数据源的工具,可连接的数据源包括 OPC UA 标签、全局别名、仿真数据、历史数据、数据库。GENESIS64 通过统一数据接口 (数据浏览器) 读取数据,数据依次经过应用服务器、运行时架构 FrameWorX,到达客户端各组件显示输出或驱动 3D 模型运动,GENESIS64数据流程如图2 所示。其中应用服务器包括 Alarm-WorX64 Server &Logger、TrendWorX64 Logger、Unified Data Manager; 客户端组件包括 GraphWorX64、AlarmWorX64 Viewer、TrendWorX64 Viewer、Earth-WorX64; FrameWorX 负责组件间数据交换,也有数据聚集、数据预取、数据桥接、数据通道等优化加速功能。

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2.架桥机3D远程监控系统-GENESIS64 组态设计

根据架桥机安全监控功能需求,将系统设计为不同的功能模块,主要的功能模块有主界面、报警信息、趋势曲线、地理信息,各组态界面通过功能按钮实现切换。

(1)主界面

架桥机3D 远程监控系统主画面在 Graph-WorX64 中制作完成,GraphWorX64 是 GENESIS64重要的组件,系统的其他功能模块都添加在该组件中。在 GraphWorX64 中,主界面包括3D可视化及2D信息。

1) 3D 可视化

GENESIS 64 支持3D视图,是其相较于传统的组态软件而言最大的特点。GraphWorX64 支持3D 动态效果,支持 3D 模型的位移、旋转、隐藏、甚至碰撞等效果,三维的组态画面非常适合于机械设备的动作监控,架桥机动作过程可直观地在画面上展示。在架桥机 3D 远程监控系统中,提梁机作业的整个动作包括运梁车喂梁、前起升机构驮梁、落梁与整车过孔等,都可在3D视图中显示。在3D视图中应用 Camera view 功能可获得客制化的视野,为用户提供丰富的视角。

2) 2D 信息

GraphWorX64 支持 2D 画面的制作。在 Graph-WorX64 中预置了许多功能,大多数情况下用户都不需要脚本。主界面 2D 信息包括面板信息及设备状态信息。点击 3D 视图中的架桥机模型,主界面出现面板提示信息,其主要包括设备运行参数信息 (包括行走模式、速度模式、环境信息等);设备状态信息主要包括各起升机构状态及控制器状态 (包括各钳盘状态、上升下降限位状态、各控制器状态)。当控制器状态异常时,其前的状态图标将显示为红色; 状态正常时,状态图标为绿色。

(2)报警信息

1) 报警配置

报警配置是在 AlarmWorX64 Server 中完成的,其报警类型主要分为 5 种: 数字量报警、模拟量报警、偏差报警、变化率报警、触发报警。

AlarmWorX64 Server 提供延迟设置,通过设置时间延迟,当报警条件在延迟时间后仍满足时才触发报警,这对监控项瞬时波动的场合很有工程意义。对于架桥机起重量 100% 报警,起升机构在提梁过程中由于机械振动引起瞬时过载,可能触发起重量 100% 报警引起误判,当通过设置延迟时间后,只有延迟时间过后报警条件依然满足时才显示,避免了系统因瞬时过载引起的误判。另外,AlarmWorX64 Server 也提供缓冲区设置,可减少因传感器信号波动引起的误判,其原理如图 3 所示。通过设置数据缓冲区即图中点画线,当传感器信号波动时,只有当信号超过缓冲区上限时才出现报警提示,有效避免因信号波动引起的误报。

2) 报警显示

报警显示在 AlarmWorX64 Viewer 中实现,包括实时报警和历史报警。AlarmWorX64 Viewer 能显示报警标签名、报警类型、报警时间及报警描述等。当设备出现报警信号时,系统将产生报警提示,同时可以查找历史报警记录。AlarmWorX64Viewer 支持生成历史报警报表,支持历史报警打印。

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(3)趋势曲线

趋势曲线由 TrendWorX64 组件实现,趋势曲线配置是在 TrendWorX64 Logger 中完成的,在TrendWorX64 Logger 中主要完成以下设置:

1)设置数据采样频率和标签刷新周期上述2 项将显著影响 TrendWorX64 Logger 以及数据库所占资源,影响系统性能,需根据实际情况考虑。

2) 设置数据收集开始及结束时刻可以设置时间点或布尔表达式以确定 TrendWorX64 Logger 何时开始记录收集数据或停止数据收集。

3) 设置数据库表管理策略包括 Trend-WorX64 Logger 设置数据库表的数量及表的大小以及何时创建新表,数据库优化、负载平衡等。

4) 配置标签 指定标签数据源,将数据项与TrendWorX64 Logger 建立联系。

GENESIS64 通过访问云服务器获取设备运行参数,在 TrendWorX64 Viewer 中实时显示。Trend-WorX64 Viewer 具有丰富的细节设置,而且支持2D及3D效果。

(4)地理信息

地理信息模块由 EarthWorX64 组件实现的,现场通过 GPS 定位装置获取架桥机地理位置参数将其上传云服务器,架桥机 3D 远程监控系统通过访问云服务器,获得设备当前位置的经纬度值,在EarthWorX64 地图中实现设备地理信息标注显示。在 EarthWorX64 中也能实现地图导航,包括平移、缩放; EarthWorX64 支持多种地图模式,用户可轻松切换,具体包括街拍模式、航拍模式、俯瞰模式; 在俯瞰模式下地图上显示街区建筑物等三维图像,具有倾斜视角,可以旋转视角。

在 EarthWorX64 添加智能图钉,不仅能实现设备的地理标注、设备状态显示、还能实现报警提示。当设备故障时,智能图钉不停闪烁,给出报警提示,智能图钉包含信息面板,

信息面板中包括设备当前状态、累次工作时间等。对信息面板添加消隐、收缩、触发等动作,增强了界面的动态交互性。


3.架桥机3D远程监控系统总结

架桥机由于其工艺和结构特点,其使用上存在隐患,架桥机 3D 远程监控系统对于保障生产安全和方便生产管理具有重要意义,相对国内同类监控系统,该系统具有以下特点:

1) 将 GENESIS64 应用到起重设备远程监控领域,通过施工场景及架桥机 3D 模型的构建,利用现场数据驱动三维模型运动,实现了架桥机 3D 远程虚拟监控。

2) 系统将 HMI/SCADA 系统、三维 (3D) 虚拟现实系统和 GIS SCADA 统一在一个平台。

目前,该系统已投入使用,系统性能稳定,运行正常,应用 GENESIS64 构建起重设备3D 远程虚拟监控系统是一个新的尝试,其技术路线值得推广。






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