船厂特种起重机远程监控系统造船业的蓬勃发展, 使得造船厂家对船厂特种起重机的要求越来越高, 其自身的智能化和船厂的货物与设备管理网络化是未来船厂特种起重机械发展的必然趋势。通过将现代自动化控制、电力拖动、计算机网络技术、无线通讯等多种技术相结合, 改变原来自我封闭的单一控制方式, 实现起重机单机的电力拖动自动控制的智能化和船厂多机控制与管理网络化, 这是起重机, 尤其是船厂特种起重机的发展方向。其基本手段是通过工业网络技术, 采集起重机的各种电控系统的信号或信息, 实现起重机电控系统的全面计算机图形化监控、故障监控和跟踪, 例如各机构的运行状况、故障类型和故障点等;实现对船厂特种起重机的运行状态、工作内容的监控和工作量的统计, 有效提高生产管理水平;通过远程服务和远程监控手段, 可以实现快速服务响应, 极大提高设备故障排除时间, 保障设备完好率。

2 　远程监控技术

     远程监控是本地计算机通过网络系统如Internet/Intranet , 对远端进行监视和控制, 完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。通

常把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统。在现场设备分布广泛或数据不易采集的场合, 要能够及时地监视设备的

运行状态并进行有效控制, 这就是远程监控技术在工业生产上的需求。目前, 应用在工业领域的远程监控系统主要有

2 种解决方案:

     一种是工业现场没有现场监控系统, 数据采集后直接送到远程计算机进行处理, 这种远程监控与一般的现场监控没有多大区别, 只是数据传输距离比现场监控系统要远, 其他部分则和现场监控系统相同;另一种是现场监控与远程监控并存。这种方案的监控一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来,然后在工业现场实施实时监控, 同时也通过INTERNET或者局域网对工业现场进行实时监控。

3　船厂特种起重机远程监控系统的设计与实现

3.1 　总体构思和模块划分

     系统采用的是第2 种解决方案, 即现场监控与远程监控并存。在工业现场, 使用WINCC 软件对船厂起重机的运行状态信息进行监控, 将状态信息和报警信息进行加密存储到工业现场计算机的数据库中, 通过特定的GPRS 数据发送设备(DTU)将起重机的状态信息和报警信息发送到固定IP 的服务器上, 并保存在服务器端的SQL SEVER 数据库中。远程的客户端读取状态信息和报警信息并通过解码存储到本地数据库中。客户端采用组态软件监控设备的运行状态。远程的专家可以通过状态信息和报警信息监控起重机的状态, 一旦出现故障, 及时提出解决方案。图1 为整个系统的设计方案。根据项目实际情况, 可将其划分为4 个模块。

(1)现场监控和GPRS 通信模块;

(2)远程服务器数据接收和存储模块;

(3)客户端和服务器的数据通信;

(4)客户端龙门起重机状态监控和故障诊断

3.2 　工业现场监控和GPRS 通信模块

3.2.1 　工业现场监控

     工业现场采用PROFIBUS -DP 现场总线技术,进行工业控制。图2 为现场总线组态图。上位机使用西门子公司STEP7 软件进行硬件组态和PLC 编程, 并将参数和编制好的程序通过CP5613 通讯卡下载到PLC 主站之中。另一方面, 上位机用WINCC 软件进行组态和监控。WINCC 通过CP5613通讯卡读取PLC 的过程数据和报警数据, 从而监视和控制特种起重机的运行状态

     WINCC 采集下来的过程数据和报警数据, 除了在工业现场的监控页面显示之外, 同时还要进行加密并且存储到工控机端的数据库之中。

3.2.2 　GPRS 通信模块

    GPRS 通信模块负责将过程数据和报警信息传输到远程的服务器上。硬件选型(网络接入方式):由于船厂特种起重机所处的工业现场条件的限制, 以及起重机工作地点不固定的特点, 所以采用无线接入INTERNET的方式。软件实现:利用VB 为开发平台, 编制服务器端数据传输程序, 定时读取本地过程数据和报警数据, 并将数据写入NTERNET 服务器中。该程序的主要要求有2 点:(1)实现数据传送;(2)实现容错功能。由于工业现场的无线信号不十分稳定, 且现场会对无线信号产生屏蔽和干扰, 网络接入很可能存在时断时续的情况。为了能实现无人值守传送, 程序中必须加入容错机制。为保证数据的传送质量,可以采取软件容错和硬件容错相结合的方法。硬件容错:设定DTU 相关的硬件参数。定时向固定IP 服务器发送心跳包, 确保连接, 一旦连接失败, 立即挂断当前连接, 重新进行拨号。

软件容错:传送过程中数据包丢失, 可能产生软件错误。因此, 在程序中加入了软件容错功能。解决方法, 在程序中设定错误计数器。一旦错误次数超过设定次数, 就自动重新启动程序, 重新连接SQL SERVER 服务器, 重新进行数据传送

3.3 　远程服务器数据接收和存储模块

     采用GPRS 无线接入INTERNET 的方式, 虽然比较灵活、方便, 但是这种方式也存在着一定的缺陷。比如, 数据传送速率相对较慢, 当工业现场产生大量的报警信息和状态信息时, 无法满足数据传送的要求。由于GPRS 无线接入方式自身条件的限制, 为了降低网络开销, 可以在服务器端建立存储过程。这主要是由于存储过程的以下优点:

(1)可以与其他应用程序共享应用程序的逻辑, 从而确保一致的数据访问和操纵。

(2)提供了一种安全机制。

(3)执行速度快, 便于提高系统的性能。

(4)可以减少网络传输时间。

     通过使用服务器端存储过程, 可极大地降低网络开销, 表1 是使用过程存储前后, 数据量的对比。通过对比, 我们发现, 虽然在建立连接时, 使

用存储过程的网络开销比较大, 但是每条数据的传送开销, 存储过程的优势则十分明显, 这十分适合工业现场大量数据传送的需求。

3.4 　客户端和服务器的数据通信

     客户端程序连接INTERNET 上的远程数据库,读取最近时刻船厂特种起重机的运行状态和报警信息, 并对其信息进行解密, 将处理过的状态信息和报警数据存储到本地数据库中。

3.5 　客户端起重机监控和故障诊断模块

     客户端采用组态王作为监控软件。组态王从本地数据库中读取起重机的状态信息, 并且将信息以图形和图表等直观的形式显示出来。同时, 组态王

还以记录的形式显示起重机的运行故障报警。

(1)状态信息的监控　状态信息主要分2 类:一类是开关量, 主要显示状态位信息, 如小车起升、行走, 电机状态等;另一类是模拟量, 主要标识起重机小车、刚腿、柔腿的位置、速度等。

(2)报警信息的监控　报警信息主要以记录的形式显示, 每条报警记录包括报警发生日期、时间, 报警变量, 报警恢复的日期、时间和报警内容等。远程监控的专家和技术人员可以根据报警记录显示的报警信息, 来判断起重机的故障所在, 及时提出解决方案, 从而实现在线诊断。

4 　总结

     工业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。设计一套先进、方便实用的数字化远程监控系统, 对于实现人们的安全生产、提高监控质量、实现科学有效的管理都具有十分重要的意义。本系统的应用, 可以给用户带来以下利益:

(1)方便控制　管理人员不必亲临现场, 就可以对现场进行监视, 完成参数调整与设置, 进行故障恢复等, 大大提高了劳动生产率, 节约了生产企业的人力资源。

(2)及时响应　实时的远程监控, 可以对故障做出及时的响应, 从而大大降低障带来的经济和其他方面的损失。

(3)规范管理和操作　起重设备的运行作业过

程的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, 从而既可以为对操作人员进行工作量定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故障状况, 及时找出故障点, 同时根据记录查出故障原因。从供应商的角度来看, 实行远程监控系统有如下价值:

(1)节约维护成本　处于异地的专家可以通过网络获得运行的实时数据, 进行分析和处理, 找出问题所在, 提出整改的意见, 不必赶往异地, 从而大大降低维护成本, 节约人力资源, 增强产品的竞争力。

(2)提高维护效率　由于船厂特种起重机的特殊性, 其发生故障对企业造成的损失是巨大的, 因此, 一旦发生故障, 应尽可能快速排除, 远程监控就提供了了这样一种手段, 大大提高了效率。远程诊断无法解决的问题, 可以再派人到现场去。

(3)新增加了一个与客户密切沟通的渠道。