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智能工业远程起重机管理系统
现代的远程监控系统与过去相比性能上已有了很大的提高,它是网络技术、电子技术、现代通讯技术、计算机软件等的综合运用。
一、概述
起重机是码头与港口的主要生产设备，起重设备的运行状况是码头管理者时刻关心的大事。使用远程监控技术可以有效地提高故障设备修复的工作效率。它能使设备的维护修理人员在故障发生的第一时间及时了解故障信息，而不论他所处的地点距离故障设备有多远，这样可以大大节约故障查找的时间。通过远程监控技术甚至可以远距离对设备进行编程工作，这对某些紧急情况下，如备件不足时，需要对控制器进行局部的程序修改时很有意义。
现代的远程监控系统与过去相比性能上已有了很大的提高,它是网络技术、电子技术、现代通讯技术、计算机软件等的综合运用。计算机远程监控系统可以极大地提高人们的生产自动化水平和生产效率,已经被广泛应用于许多行业和领域。
在互联网诞生之前，远程监控系统的数据传输网络大都使用公用电话网和一些专用网络。无线传输受到地形和电台的功率限制，远距离难以实现;专用网络覆盖的区域范围也有限，并且建立网络所需的成本较高;公用电话网覆盖的地区范围虽大，但在跨省市或国家时所产生的高额长途话费，使得监控成本过高，并且速度很慢。因此，一直以来，由于缺少一个覆盖面广、通信成本低且速度足够快的数据传输网络而制约着远程监控系统在工业自动化领域的发展和应用。互联网的出现以及无线通讯技术的进步，为工业自动化的远程监控应用提供了坚实的基础。互联网覆盖面广，几乎覆盖了世界的各个角落;通信成本低，不存在异地通信成本差异;速度较快，除了传输文本数据流之外，还可以同时传输音频、视频流数据，使远程监控的内容更加丰富、使用更加方便。更重要的是，随着信息高速公路的发展，互联网进一步发展的潜力巨大，速度、可靠性和安全性将不断提高。
二、系统组成
1、终端数据采集器
负责采集各项数据，如起重量、起重力矩、小车幅度、吊钩高度以及回转角度等。
2、无线通讯设备
由于起重本身结构设计相对严紧，如果采用有线来传输线数据的话，那将对起重机的正常工作带影响。
鉴于采集器的接口和设备的工作环境等多种情况的要求，我们选择厦门四信通讯有限公司的F2103 IP MODEM。采用RS-232/485接口、金属外壳设计，它具有体积小、功耗低、配置使用简单、即插即用。支持主备数据通道、并行多数据通道，支持实时在线和按需在线多种工作方式，如定时上下线和设备唤醒，并且支持APN网络接入等功能不仅可以保障数据安全可靠，还能让客户根据需传输节省资费。
3、系统控制中心
系统控制中心主要负责对数据的管理、存储、分析以及下达各种控制指令或预警信息。
三、系统总结构
终端采集设备通过RS232/485线与无线通讯设备连接，系统控制中心可以使用专线、ADSL等作为网络接入方式。
无线通讯设备F2103通过GPRS/CDMA/WCDMA/EDGE/EBDO/TD-SCDMA等无线网络接入Internet，并与系统控制中心的服务器建立连接，为数据传输提供透明的传输通道。采集终端产生的各项数据通过RS232/485发送去 F2103，F2103就会将收到数据不做任何处地发送到控制中心的服务器主机。服务器主机收到终端的数据后对数据进行综合分析及判断，并向终端设备发出控制指令，服务器主机发出的控制指令通过通道传输到F2103后，F2103通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。
四、系统功能
该系统通过对塔机起重量传感器、幅度传感器、高度传感器以及角度传感器等输出数据进行分析处理，实现对系统工作时起重量、起重力矩、小车幅度、吊钩高度以及回转角度的实时监控，能自动、可靠的保证塔机的工作始终处在该塔机起重性能曲线(或负荷特性表)所限制的范围内，一旦探测到可能超载或超力矩时将先预警，直至报警并通过此塔机的控制系统来动作，自动限制这种操作的继续，尽可能的避免因操作者的疏忽或判断失误而造成的安全事故，极大的保证了塔机的安全使用，同时该系统能够实时记录塔机作业中的危险工况，为事故的分析处理提供可靠的依据。
1、状态监测
1)对起重机功能有重要影响的电气参数以及所有基本元件的状态进行监测,并通过相对应的直观图表进行显示。
2)对整机的工作状态(安全锁、高压供电状况、低压供电状况、各机构工作状态、外部工作环境如温度、风速等)进行监控和显示。
3)对起重机主要机构的工作状态(位置、负载、速度、电压、电流、频率、运行方向、电机温升制动器、驱动器、主要接触器、检测元件等)进行监控和显示。
2、故障诊断、分析
1)能够显示故障内容、时间、具体位置、解决方法并显示相应帮助文档。
2)能够将控制线路、驱动器PLC部分的故障位置、故障现象显示到具体的故障点。
3)系统设有故障点保护功能，可存储故障发生前后的有关波形图，以作故障分析、排除、现象归档的依据。
4)系统能够对历史故障进行分析、建立相关数据库。产生的故障可直接调用历史故障进行比较排除。
5)系统能够对电路图和PLC程序进行修改并归档保存。
3、预防维修
1)系统能够对损耗部件和需要周期性保养的时间自动记录，并与各自规定的更换间隔和维护周期相比较，更换间隔和维护周期可自由调整系统在到达更新时间或维护周期时提醒用户。
2)系统提供有足够的存储容量，可以自由的增加损耗部件和维护保养项目。
4、作业统计
系统能够分别按班次、日、周、月统计和查询作业的次数、重量以及作业起始时间、等候时间、生产效率等。
五、项目架构实施方案
1、无线通讯设备F2103与采集终端连接
IP MODEM(dtu) F2103支持RS232/385通讯接口，可通过RS232/485与采集终端连接。如下图：
2、数据控制中心服务器网络接入方式
1）专线接入
中心采用APN专线， 所有终端都采用内网固定IP，客户中心通过一条APN专线接入移动公司GPRS网络，在GGSN与移动公司互联路由器之间建立GRE隧道。为客户分配专用的APN，其他的用户不得申请该APN。只有该专网内的SIM卡才能进入该APN，防止其他非法用户的进入。用户可以内部建立RADIUS服务器，以保证用户内部安全。用户在内部建立DHCP服务器(或在APN路由器内，启用DHCP功能)，为通过认证的用户分配用户内部地址。
此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下的最佳组网方式。
2）ADSL拨号连接(动态公网IP地址)
控制中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
3）通过固定公网IP连接
控制中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。
4）数据中心软件平台构建
中心端软件的构建有多种方式，对于传入数据的方式的不同，我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。
目前四信提供三种方式的中心接口：
首先是对于组态软件，目前很多组态软件厂家已经集成了我们的驱动了，可以直接配置使用;其次对于原本是读串口的程序，提供一个虚拟串口软(TCP2COM);最后是对于想开发自己独有的数据中心软件的客户，会提供一个动态链接库及四信公司的数据中心软件，不仅开放源码还全程协助客户进行自己数据中心软件和功能的开发。客户可能通过动态链接库快速开发一个灵活的、稳定的、功能齐全的终端管理和数据交互的中心软件
六、方案特点
1、传输模块采用无线接入GPRS网络，目前GPRS网络在国内已经运营了十几年，网络稳定，技术成熟，覆盖率广。
2、传输模块采用工业级设计，金属外壳，外接电源DC 12V/500mA;通信电流：<250mA (12V);工作环境温度 -25~+65oC;储存温度 -40~+85oC;相对湿度 95%(无凝结);多重软硬件看门狗设计。适用于起重机户外工作环境。
3、传输模块具有可靠的网络连接、智能防掉线、支持在线检测、在线维护、掉掉线自动重拔，确保设备永远在线，确保通信通道正常，为数据中心提供数据。
4、终端传输模块支持多种激活方式，如语音电话、短信、数据等;终端设备故障或异常时，自动发短信报警信息给维护人员。
5、传输模块采用主备份中心与中心自动恢复功能，并同时支持多中心并发功能(最多五个)。
6、方便控制，管理人员不需要亲临现场就可以对现场的设备进行监视，完成参数的调整与设置，进行有效的故障恢复等，大大提高劳动生产率，节约了生产的人力资源。
7、及时响应，实时的远程监控，可以对故障做出及时的响应，从而大大降低故障带来的经济和其他方面的损失。
8、规范管理和操作，起重设备的运行作业过程全面监控是非常必要的，通过过程监测，可将机械作业的过程以数字方式全部记录下来，从而既可以对操作人员进行工作量考核提供真实的数据，也可以规范操作，对违章作业提供记录信息，另一方面还可以监控设备的故障状况，及时找出故障点，同时根据记录查出故障原因。
9、可为客户提供二次开发包和多语言版本数据中心服务器软件以便客户的需要进行二次开发;同时针对客户的需求，提供多种技术支持，包括产品网络组网方案设计、技术人员技术培训、软件开发全程技术配合、设备现场调试技术支持等服务。