单位文秘网 2021-10-07 08:15:27 点击: 次
【摘 要】本文从系统结构和实现方式上详细阐述了如何利用数据采集和GPRS无线数据通信模块实现对推土机运行状态进行远程监控。车载终端通过数据采集器获取传感器信号,同时通过GPS卫星定位获取推土机位置信息,GPRS DTU将这些信息发送到GPRS网络,接入Internet后到达监控中心。监控中心计算机对这些数据进行解析,并通过LabVIEW显示监控信息,实现对推土机的远程实时监控。
【关键词】推土机;远程监控;GPRS DTU;LabVIEW
0 引言
随着科技的发展,推土机大量采用数字化装备以及各种传感器设备,对推土机运行状态进行监控已成为国内外控制领域的热点研究课题。推土机运行环境恶劣,对其进行远程监控,及时获取推土机的地理位置和实时状态信息等重要数据,发现推土机的故障及安全隐患,使推土机处于最佳工作状态,这对推土机生产公司以及用户都有非常重要的意义。
1 远程监控系统总体设计
推土机运行状态远程监控系统是推土机在异地施工的过程中,位于监控中心的工作人员实时在线检测推土机的运行状况,并将有用信息及时反馈给用户。整个远程监控系统可分为车载终端、数据通信和监控中心三个部分。具体来看,系统的应用可达到以下功能:
1.1 车载终端与通信终端:实时采集推土机运行参数并上传给监控中心,实时接收从监控中心发来的指令信息。
1.2 监控中心:首先能够与被监控的推土机进行双向通信,实时接收传过来的推土机运行状态参数并进行有效的数据分析,在出现异常情况时可以及时向用户提供故障信息,其次为监控中心提供一个LabVIEW平台的可视化界面,实时显示推土机的运行参数以及变化趋势。
推土机运行状态远程监控系统总体结构如图1所示。
图1 远程监控系统总体结构图
2 车载终端
车载终端系统负责推土机各重要参数(如液位、温度、压力等)的采集和信号调理,属于系统的前端部分。
2.1 监控参数的选择
推土机工作环境恶劣,一般运行时间较长,发动机系统和液压系统是故障发生率最高的两个系统,因此对这两个系统进行重点监测。本系统采集的参数信号共有21路,分别为柴油油量、蓄电池电压、空气滤清器堵塞、驾驶室温度;发动机系统的发动机机油压力、发动机机油温度、发动机机油液位、发动机冷却水温度、发动机冷却水水位、发动机转速、发动机爆震;液压系统的油箱温度、主泵温度、先导泵温度、减压阀温度、主泵压力、先导泵压力、液压油滤清器进油管油压和滤清器入口油压以及左右两侧液压提升油缸应力。
2.2 数据采集器
系统中选用的数据采集器是F2635A便携式数据采集器,它具有21路模拟量输入通道,可采集DVC、ACA、R、温度、频率值,交直流供电,采用标准的RS232接口,内置存储卡,可以将数据采集设置直接下载到存储卡中,能够实现远程处理延长周期数据,数据波特率可从前面板设置,最大值为38.4kb/s。
3 数据通信
数据传输系统是监控中心对现场运行推土机实现远程数据采集与监控的基础,是监控中心与推土机之间的数据传输桥梁,属于整个系统的中枢部分。
3.1 数据通信
推土机是一种移动的实体,无法用有线的通讯链路与其进行通信,因此必须采用无线通讯方式。介于对网络性能、覆盖面、商业价值等诸多方面的考虑,本系统中远程终端的通讯方式使用GPRS网络。
3.2 GPRS无线通讯技术
GPRS是一种新的GSM数据业务,它可以给移动用户提供无线分组数据接入服务。GPRS主要在移动用户和远端的数据网络之间提供一种连接,其优点主要有:资源利用率高、使用范围广、传输速率高、瞬间上网、计费合理等。
3.3 数据传输设备GPRS DTU
GPRS DTU (Data Terminal Unit)全称GPRS数据传输单元,是专门用于将串口数据通过GPRS 网络进行传送的GPRS无线设备,也就是将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据,通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。
GPRS DTU产品众多,功能相似,本系统选用具有GPS全球卫星定位功能的GPRS DTU产品MD-610G,它基于ARM 平台、嵌入式操作系统,内置工业级模块,可在恶劣环境下使用,其外形小巧,坚固耐用,安装方便。
4 监控中心
监控中心负责对现场数据采集系统传来的数据进行分析并作出响应,向用户发送重要的数据信息,它由可以上网的监控端计算机和一些软件构成,是整个系统的后端部分。
4.1 监控中心网络接入方式
监控中心的网络接入方式共有四种:
(1)直接ADSL接入
(2)ADSL + LAN接入
(3)专线(固定IP)直接接入
(4)专线+LAN接入
可根据实际情况进行选用合适的组网方式。
4.2 数据接收
系统中,监控主机和GPRS DTU之间的通信通过mServer软件实现。mServer是一款运行在 Windows 操作系统上的无线通信服务软件。它包括后台服务程序和前台控制台程序,后台服务程序以 Windows 服务的形式运行于操作系统后台,无需管理员干预,负责无线数据终端和DCC(用户数据服务器)的通信,包括对无线数据终端的管理、测试、数据收发等功能,以及与DCC之间的数据交互。
4.3 数据分析
数据采集系统采集了推土机关键参数的原始数据之后,需要通过数据分析得到有价值的结论。数据分析是指用适当的方法对采集来的大量数据进行分析,以求最大化地开发这些数据的功能,发挥数据的作用。
FAMOS ( Fast Analysis & Monitoring Of Signal)是世界上第一套在Windows下应用的、目前欧洲市场占有率最高的信号分析软件。利用它可以实现对各种格式数据的导入导出以及对所测信号进行不同方式的显示。本系统将FAMOS软件嵌入到LabVIEW中,从而充分利用FAMOS的强大功能来分析数据。
4.4 显示界面
虚拟仪器是由美国国家仪器公司NI(National Instruments)在20世纪80年代最早提出来的,它是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来,用户通过图形界面来操作这台计算机,从而完成对被测量的采集、分析、显示、数据存储等功能。虚拟仪器的软件开发环境——LabVIEW,提供了一种全新的程序编写方法,利用它组建测试系统和数据采集系统可以大大简化程序设计。
本系统是通过虚拟串口进行数据采集,需要额外安装LabVIEW的VISA驱动。VISA是应用于仪器编程的标准I/O应用程序接口,是调用底层驱动的API。使用LabVIEW进行VI虚拟仪器程序设计,主要是在其前面板和程序框图两个窗口中分别进行。首先在前面板中通过使用各种输入和显示控件设计VI程序图形用户界面,本系统的VI程序显示界面如图2所示。
图2 远程监控系统显示界面
程序显示界面编好之后,需要在程序框图中,使用图形化的运算符和函数来添加源代码,从而控制前面板上的对象。程序框图是图形化源代码的集合,前面板上的对象在程序框图中显示为接线端,属于指示器。在程序框图中使用表示数据传递的线将接线端和程序框图中的节点连接起来。最后通过使用LabVIEW提供的断点、单步、高亮执行、探针等调试手段,对程序进行调试,这样才完成一个VI程序的设计。
5 系统应用
推土机生产公司可根据需要为每一辆推土机配置车载终端部分,增加的成本仅在两万元左右,生产厂商只需组建一个监控中心,每台监控中心计算机可以同时对近千辆推土机进行远程监控,系统总体成本较低,实用性较强,而且各个系统模块相对独立,易于扩充和修改需要采集的推土机运行参数,使设备配置和系统扩展有了更大的自由度和灵活性,真正实现了对不同的推土机进行远程监控的预期目标。
6 结束语
本文针对推土机的使用环境,提出了一(下转第183页)(上接第171页)种更为简单、有效的方法实现推土机运行状态的远程监控。首先对推土机进行分析,选出能代表推土机运行状态的各项参数,并选择合适的传感器进行测量。在数据采集系统上,采用F2635A便携式数据采集器,收集传感器信号并进行信号调理。在无线通信系统设计时,采用GPRS DTU产品MD-610G,它在进行无线数据传输的同时还具有GPS定位功能,保证了通信稳定性,而且降低了成本。数据中心接收端设计是通过mServer软件接收采集点的信息,数据中心采用Internet的网络接入方式,只需要通过软件就可以接收采集点的数据监控中心将接收到的数据信息进行分析处理,本文使用图形化的LabVIEW虚拟仪器开发平台,结合FAMOS强大的数据分析功能,有效的分析处理并实时显示远程推土机运行状态,监控中心将重要的信息通过中国移动飞信发送给用户手机,提醒用户及时进行故障预防并提供有效的维修建议。
【参考文献】
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[责任编辑:王静]
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