工程机械远程状态信息采集方法研究与应用分析

陈文伟

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

工程机械远程状态信息采集方法研究与应用分析

陈文伟

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

将远程状态信息采集应用于工程机械的监控系统中，可以为工程机械的正常运行提供可靠的参数基础依据，这就要求我们必须在工程机械中分析并研究其CAN总线的控制系统以及施工现场的信息特性，对众多不同特性的信息进行统一的分类与采集，然后经过混合组态的方式对信息的采集方法和手段进行参数化的远程设计与设置，从而根据每一个设备中的不同信息对其自身所具有的可扩展性与兼容性进行提高。以现代化的信息技术为主要手段，对工程机械的监控系统进行在B/S与C/S基础上的新型混合架构的建立，之后再对其进行具体的设计与研制，并逐步推广与应用到各种行业领域当中。

工程机械；远程状态；信息采集；方法与应用

在实际的施工过程中，实时监控现场状态是为设备可靠运行以及防止出现施工故障提高保障的一种重要的方法与手段[1]。工程机械施工的装备构成以及控制系统随着科技的发展而逐渐变得复杂，同时也使监控系统和诊断故障的具体工作更加趋于复杂化。将远程状态下的工程机械信息采集方法运用到实际工作中，可以有效的促进现场状态实时监控情况以及预测与诊断故障情况向更加可靠、更加准确的方向发展。

1 我国目前远程状态信息采集在工程机械中的状况

实时监控工程机械施工的现场状态可以对设备的安全运行、故障的准确预测与判断进行可靠的保证。在现阶段的工程机械施工中，应该采取科学合理的方式与方法对众多处于分布式的、具有不同监测点特性的状态信号进行采集与传输，其采集到的基础数据可以有效提升实时监控质量，并准确诊断、预测故障[2]。CAN总线凭借自身所具有的众多优点，已经在现阶段被广泛的应用在工程机械领域中，但是多数采用的采集方式都是单一形式的，如果过多的采集属于缓变次要的信息，往往会出现数据冗余现象，造成重要信息采集的缺失和遗漏，进而影响远程状态的维修运行。

2 远程状态信息在工程机械中的采集方法

2.1 信息采集的原理分析

工程机械中，CAN总线控制系统的主要构成部分包括主控制器、显示仪表、输入控制器、执行器、传感检测器以及子网络和子系统等。CAN总线共有110个通信节点，见图1，其拥有包括强扩展性和自由组网等多个优点，使得在对信息进行扩展共享时更加的方便，数据采集节点的增多与减少不会影响到原有的CAN总线监控系统，而且还可以对其中的所有信息进行监听，这与监控系统的信息采集要求不谋而合。

图1 CAN节点的电路框图

2.2 远程信息采集方法在工程机械中的应用

按照信息所起到的作用，可以对需要采集的信息分成几个类别，具体包括：工作状态信息、工况信息、诊断故障信息、工作记录信息以及工作环境信息。其中，GPS信息数据是在GPS模块中利用SCI串口获取的，其他的信息数据则都是在CAN总线中获取的，其所具有的模块和产生的作用均具有很大的差异，这些都会对CAN总线的信息造成影响，使其之间的差异越来越明显，从而形成了不同的广播方式[3]。在此基础上统一描述各种参数的不同采集，以提高实现编程的可行性。设P为每一个ID和采集方法所对应的一个对象，那么这个对象P就会产生5种属性，包括ID号、抽样周期以及广播方式、请求ID号和请求命令。如果将秒钟作为抽样周期的最小单位，那么抽样周期若为0，则能够对任意一种信号进行采集，这也就说明，具有非常良好的兼容性；广播方式主要由主动和被动，即P和N两个值构成，如果是主动方式，那么请求ID号和请求命令则可以忽略不计。

2.3 分析信息采集的参数化设计及远程设置

参数化设计信息采集的主要设计对象是监测对象P，利用多种方式和方法来修改监测对象P的远程状态、广播方式以及请求ID号和请求命令等，利用远程状态方式来对设置完毕的信息采集周期进行适当的调整，并对CAN总线所形成的波特率进行相对独立的设置。除此之外，还需要远程设置位于数据中心服务器中的IP地址和端口号[4]，以便与服务器的变动情况相适应，进而使控制器可以对其他设备进行复用。以上文所讲的要求为标准利用远程状态对设置协议进行制定，使其格式具有一定的统一性和规范性，可以将其具体制定为起始符、密码、设置类型和内容、校验码以及截止符六项内容，见表1。

表1 远程状态设置协议一览表

3 对远程状态采集信息系统的硬件进行设计

以信息采集要求和远程设置标准为根据，对控制器硬件进行设计需要与以下几方面要求相符合，具体包括：CAN总线的接口属于独立状态；可以进行GPS地理信息的接收；能够实现远程状态下的GPRS/GSM的信息通信[5]；不会因出现断电情况而使处于静态状态的信息存储板块出现丢失或遗漏现象；可以进行自我断电延时操作。以相关的功能要求为根据，尽可能的对高集成的功能模块进行适当的应用，以便降低采集成本，同时提高设计性能的可靠性和简便性。信息采集控制器电路，见图2。信息采集控制器实物，见图3。

图2 远程状态信息采集系统的电路示意图

图3 远程状态信息采集控制器实物图

4 对远程状态采集信息系统的软件进行设计

DSP/BIOS在CPU中所占据的资源非常少，具有管理内存、实时分析以及任务管理等多种功能。对此项功能进行合理的利用，可以便于提高各种具有复杂结构、高运行效率和强实时性特点的应用软件的编写。因此，将DSP/BIOS的机制软件构架运用到了控制器中[6]。在其内核的应用程序内，可以根据优先级来进行线程的四种设计，具体包括硬件和软件中断，以及任务和空间线程。根据控制器功能的相关要求和标准，可以将软件系统进行11个线程的设计，见表2。

表2 软件系统各个线程的分配一览表

5 远程状态信息采集在工程机械中的实际应用案例

在某挖掘机公司，上述信息采集方法，已经试用于型号为QUY250和QUY350的远程控制和故障诊断的多台液压履带起重机中，其远程监控系统，见图4。该系统监测所用的参数均来源于两条独立CAN总线，具体包括：第一条为以SAE J1939协议为基础的参数，其ID分别是0X18FEE500， 0X0CF00400， 0X18FEEE00，0X18FEEF00等，所对应的参数分别是柴油机的总转数和总工作时间，柴油机的转速，冷却水和机油的温度，冷却水和机油的液位、机油的压力等；第二条为以CANOpen协议为基础的参数，其ID分别是295，2A1，2A3，2A4，401等，其所对应的参数分别是各种器件的故障代码、起重量以及负荷率等，主臂的长度、高度以及工作半径等，副臂的长度、高度等，风速，倍率等。此应用案例表明，每个设备所服役的地区不同，其所面对的实际工况也会有很大的差异，信息采集控制器具有稳定可靠的工作，正常的采集和传输数据，灵活的远程设置，可以促进这些设备的鲁棒性(自动系统的抗干扰能力)和兼容性的提高。

图4 起重机远程监控系统示意图

6 结语

以现场状态信息所具有的特性为依据，对以CAN总线为基础的远程状态信息采集方法进行设计，并对远程控制器进行参数化的设计，可以提高其自身的兼容性，对各种工程机械进行有效的使用，并对各种状态的信息进行采集和传输，同时还促进了信息采集监测软件和硬件可扩展性的提高，通过设计高集成的功能模块和多任务的DSP/BIOS软件，提高控制器的可靠性能和稳定性能，为工程机械远程状态的信息采集提供可靠的基础保障。

[1]李宝珍.在工程机械中远程监控及智能化系统的应用[J].科技与企业,2012(21)：102.

[2]万昌兵.工程机械中远程监控及智能化系统的应用[J].江西建材,2013(1)：227-228.

[3]廖希华.浅谈在工程机械中远程监控及智能化系统的应用[J].东方青年·教师,2013(6)：22.

[4]刘勇.工程机械远程监控系统开发的必要性[J].黑龙江交通科技,2011(9)：325.

[5]池智伟,张颖,郑州.数据压缩在用电信息采集远程通信中的应用[J].电力信息化,2013,11(4)：39-45.

[6]李建高,李树明.基于蓝牙与智能手机的远程信息采集与控制系统[J].微型机与应用,2012,31(17)：92-94.

Research and Application Analysis Engineering Machinery Remote Status Information Acquisition Methods

CHEN Wen-wei
(School of Coal Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037003)

The application of remote state information collection in the engineering machinery monitoring system can provide reliable parameters for the normal operation of the engineering machinery foundation.We must analyze the controlling system of CAN and the information features of the construction site,collect and classify different information,then design and set up the methods and ways of information collection through hybrid configuration approach.According to different information in each piece equipment,the extensibility and compatibility are improved.With modern information technology as the main means,the monitoring systerm of engineering machinery is built on the basis of B/S and C/S.Then the detailed design and development is carried out,and gradually popularized and applied in various industries.

engineering machinery;remote state;information acquisition;method and application

TP806+.3

A

1674-0874(2015)04-0072-03

2014-12-12

陈文伟（1978-），男，山西大同人，助理实验师，研究方向：机械工程。

〔责任编辑 王东〕