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基于无线分组交换技术(GPRS)的架桥机远程状态监测系统设计

来源:恺德尔起重机安全监控管理系统专家 发表日期: 2016-05-10 15:58:00

1进行架桥机状态监测的必要性

随着高速铁路与高速公路建设在我国的快速推进,架桥机的使用日益频繁,架桥机倾覆事故时有发生,架桥机脱轨、倾覆,往往造成机毁人亡的重大后果。国家标准《起重机械安 全监控管理系统》(2011年5月征求意见稿)中也提出了“对起重机械工作过程进行监控,并能够对重要运行参数和安全状态进行记录管理”的具体要求。因此,为保障架桥机安全运行,有必要对架桥机的作业状态实施有效的监控,一方面可以将造成事故的隐患消除在萌生阶段,另一方面可以对设备运行过程中影响安全性的重要特征参数进行长期监测,发现规律,为设备安全运行及再制造提供基础资料。

本文以TLJ900型架桥机为监测对象,设计了一套基于GPRS无线网络的远程监测系统。本系统主要由机载可编程控制器(PLC)、无线传输模块GPRSDTU以及远程监控中心的服务器等组成,通过无线传输终端GPRSDTU将PLC采集的数据传送到远程监控中心,从而可实现对架桥机远程监测。


2系统监测内容及测点分布

根据国家标准《起重机械安全监控管理系统》(2011年5月征求意见稿)中针对架桥机的水平传感器、垂直传感器、水平度、支腿垂直度的具体要求,架桥机安全监控管理系统以应变作为监测内容在架桥机的前支腿左和前支腿右、后支腿左和后支腿右、主梁左和主梁右等部位布置了6个应变传感器,用于监测应变值是否超出正常值或左右出现明显不对称现象,以此判断架桥机结构或起升机构是否出现异常;以倾角作为监测内容在前支腿布置了1个倾角传感器,用于监测前支腿是否垂直。


3架桥机监测系统的设计

3.1总体方案

本系统主要由三部分组成:PLC、无线传输模块GPRSDTU和远程监控中心,其结构示意图如图1所示。其中PLC安装于架桥机控制柜中,主要由电源模块、CPU模块、 接口模块、数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块等组成,在对架桥机架梁、 过孔等作业实现控制的同时,将控制过程中所涉及到的相关状态及安全信息记录下来,并通过RS-232接口传送给GPRSDTU模块,经由GPRS网络透明传输至远程监控中心。

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3.2硬件设计

(1)PLC测控系统

    机载PLC选用西门子S7-300系列可编程逻辑控制器,在整个架桥过程中它主要负责主梁、前支腿、后支腿、辅助支腿、行走支腿、变频器、前吊、后吊、前天车、后天车、前卷扬、后卷扬等架桥机各部分的监控,同时将状态信息发送给无线传输模 块GPRSDTU。图2为PLC的组成框图,PLC系统由1个主站和2个从站联网构成,共扩展了8个数字量输入模块(SM321)、1个模拟量输入模块(SM331)和6个数字量输出模块(SM322)。其中数字量输入模块和数字量输出模块用于实现架桥机各机构的监控, 模拟量输入模块主要用于采集架桥机钢结构应变和支腿倾角的模拟量信号。应变传感器桥路输出信号的动态范围只有10mV/V左右,需配置应变放大模块用于将微弱信号变换到适于PLC的标准输入信号范围。主站与从站通过扩展通讯模块(ET200M,CP342- 5)完成通讯过程,CPU模块(CPU315-2DP)负责汇集、处理所有的数字量信号和模拟量信号,并通过RS-232接口与无线传输模块GPRSDTU相连。

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(2)监控中心服务器

监控中心服务器一般不具有静态IP地址,而是以ADSL方式接入Internet。由于服务器与无线传输模块GPRSDTU之间的无线通信由无线传输模块GPRSDTU主动发起建立,为了实现无线传输模块GPRSDTU与“动态IP”之间的通信连接, 需要借助于花生壳软件所提供的动态域名解析服务。“花生壳”是一种在互联网上人人可以注册使用的动态域名解析服务客户端软件,在安装有花生壳软件的服务器上按照Oray护照成功登录之后,护照下所有激活花生壳服务的域名将与服务器的动态IP绑定,从而完成“DTUSIM卡号码—花生壳域名—服务器动态IP”这种信息中转方式的通信。

监控中心服务器可以实时接收并显示架桥机的所有状态信息, 并完成超限报警功能。

(3) 无线传输模块GPRS DTU

本系统采用CAIMORE的CM3160P GPRS DTU,其为一款采用移动GPR S网络、带RS-232接口、工业级设计、能够实现TCP/UDP透明数据传输的无线设备。使用之前需要进入配置界面,对DTU进行配置。配置项目包括:服务器地址及端口、DTU串口通信协议、工作参数及服务器的花生壳域名等。

3.3 软件设计

(1)监测中心软件结构

监测中心软件系统以VisualC#.net为开发平台,实现服务器设置、DTU设置、传感器设置、 数据通信、DTU状态显示、数据实时显示、数据超限报警、数据存储、历史数据查询等9个模块的功能,其结构如图3所示。其中服务器设置模块包括工作模式选择和侦听端口设置;DTU设置模块主要是对GPRS DTU的参数设置、启停操作等;传感器设置模块主要是对6个应变传感器和1个倾角传感器的灵敏度、动态范围等参数设置;数据通信模块负责完成服务器与DTU之间的命令、状态和数据的GPRS传输;DTU状态显示模块包括用户ID号、 登录时间、用户电话号码(DTU SIM号)、动态IP等信息;数据实时显示模块实现架桥机各个组成部件的状态信息以及应变传感器和倾角传感器的实时曲线显示;超限报警模块负责在应变和倾角传感器的状态超出设置范围时鸣笛方式报警;数据存储模块完成数据入库存储; 历史数据查询模块是指用户可以根据数据名称和采集时间来调阅该架桥机在所有施工过程中记录的人工操作和设备状态的详细资料。

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(2)监测中心数据通信方式

监测中心软件采用基于TCP/IP协 议 中 的Socket实现服务器端的数据通信,具体过程如图4所示。首先创建服务器套接字(Socket),然后对服务器套接字进行信息绑定(Bind), 并开始监听连接(Listen),等待接受来自客户端的连接请求(Ac-cept ),如果客户端(DTU) 有连接请求就开始数据传输(Send/Receive),传输完毕后关闭套接字(Close-Socket)。


4.系统测试结果

图5为架桥机状态监测系统主显示界面,左侧为架桥机各机构导航栏,双击任意机构可查看该机构当前具体的操作和状态信息;下侧为模拟量信息显示栏, 通过勾选不同机构, 可以查看和比较前支腿(左、右)、后支腿(左、右)和主梁(左、右)等机构同一时刻的受力和倾角偏斜情况。

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测试结果表明,通过GPRS网络对架桥机各个工况下安全状态进行监测及超限报警的技术方案可行,通过该系统,专业管理人员可以随时、随地接入Internet,实时查看架桥机整个工作过程的人工操作与结构状态信息,必要时,可对数据作进一步分析,为实现架桥机故障的远程诊断与维护提供技术保障。


5.总结

本系统通过GPRS网络,将PLC采集的数据高速、可靠、及时地上传到远程监控中心, 实现了架桥机安全状态的远程监测,实验结果证明了系统软、硬件设计的合理性。该系统不仅实现了架桥机远程监测和信息化管理,而且为实现架桥机远程故障诊断、提高架桥机管理水平、优化架桥机施工组织打下了良好的基础。此外,本系统通用性好,只需对监控中心管理程序稍做修改,即可应用于其他远程监控系统,具有非常广阔的应用前景。





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