矿山和工程机械设备远程监控终端研究

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摘要：随着科学技术的发展，远程监控系统的使用率也越来越高。远程监控终端设备作为远程监控系统的重要组成部分，主要负责对数据参数的采集及数据交换、诊断。近几年，远程监控系统以其成熟化的数据管理模式被广泛地应用到了矿山和工程机械设备中，对提高工业生产能力有着十分重要的意义。

关键词：矿山；工程机械设备；远程监控终端；技术

引言

在实际应用中，基于矿山和工程机械设备的远程监控终端要能够满足多种通信接口的需要，并且要对设备具有良好的兼容性。另外，基于工程设备对远程监控终端的特殊要求，其系统要支持远程的固件升级、数据保存等。同时具备工作效率高、成本消耗低的特点，才能确保远程监控终端发挥出最大的作用。

1远程监控终端的组成及功能

远程监控终端是远程监控系统中重要的组成部分，其主要由GPRS通信模块、GPS定位模块、本地通信模块以及嵌入主板组成（图1）。采集监视功能：①各种泵运行、停止、故障、远程/本地状态，电流，电压；②一次供、回水压力，温度，流量参数；③二次供、回水压力，温度，流量参数；④配电系统参数，总电源三相电压，三相电流，有功功率，无功功率；⑤监测管网末端的温度或压力。控制功能：①通过监控画面可以远程启、停循环泵组；②实现补水泵自动补水；③自动调节一次供水阀；④深井泵自动加水。报警功能：①当循环泵、补水泵、深井泵出现故障时上报到监控中心；②水箱水位、压力、温度等超低超高时报警，并将报警信息上报到监控中心。通信功能：①通过GPRS无线网络向供热公司调度中心传输数据；②通过RJ45接口方式向分中心传输数据；③通过RS485接口与现场仪表通信。GPRS通信模块：将所采集到的各类信息通过实时数据传输到远程监控中心，同时接收远程监控中心的数据内容。GPS定位模块：准确、及时地对各种信号进行定位，如对全球卫星的位置、运作轨迹、时间、速度等进行实时跟踪，确保所接收到数据信息的准确性和及时性。本地通信模块：连接GPRS模块、GPS模块、嵌入主板模块之间的数据传输，协助完成远程监控终端与矿山和工程机械设备之间的数据交换。嵌入主板模块：对工程数据进行存储，并且通过定位对数据进行分析、传输等。远程监控终端还具有以下4个功能特点：①远程监控终端同采集中心收集数据信息，并且具有回放和转发数据的功能；②远程监控终端具有远程控制的功能，可以通过GPRS通信模块接收采集站的各种报警信号，并将接收到的信息及时传送给远程监控中心；③远程监控终端具有对数据的配置及存储功能，对系统内用户的权限进行管理；④远程监控终端控制中心可以向任何一个远程客户端发送控制指令，同时控制中心还具有对各客户端调度及查询功能。

2远程监控终端的技术原理

远程监控终端技术是在传统的监控技术基础之上，结合计算机网络数据输入输出、视频无线传输技术而创新出的一种更高效的远程监控技术。目前该技术被广泛地应用于各行业中。远程监控技术主要的工作原理是结合互联网技术、视频传输技术对设备进行实时监控，从而完成对机械设备的跟踪、监督、控制、诊断、分析、处理、存储、维修功能。远程监控技术是由远程监测和控制两个方面组成的，例如目前我国常用的BS远程监控终端系统，就可以实现数据信息在同一个平台内的转换和处理功能。因此，在对矿山和工程机械设备的应用中，能够同时完成对机械设备数据的传输、处理、诊断、维修功能，大大降低了人工维修工作量，同时也避免了因工作人员技术原因造成的各种问题，大幅度提高了机械设备的工作效率。

3远程监控终端的设计

3.1硬件模块的设计

远程监控终端的硬件设备是系统构成最基本的要素。在设计时，首先要对矿山和工程机械设备的使用需求进行分析，以确定监控终端要实现的功能形态。而后对硬件结构进行设计，其中包括了对电源模块、GPRS通信模块、GPS定位模块、信号测试模块、嵌入主板模块、CPU模块、CAN通信模块、调试模块、充电模块、CPU辅助模块等几大模块进行结构化整合。在硬件设计中，电源模块的设计主要是对监控终端进行过压保护及欠压保护、断电保护，保证供电设备的安全性。而通信模式的设计是为了通过通信协议标准串连口的准确连接来实现数据的传输和接收，从而保证数据信息的实效性。定位模块的设计是为了对设备能够有一个精准的定位，便于及于对设备的位置、运行状态等数据进行采集和反馈，为提高对设备的管理能力有着十分重要的意义。信号检测模块的设计是为了实现对少量外接开关量的模拟量进行数据采集的目的。嵌入主板模块的设计实现了终端数据读写、定位、总线传输及各种接线服务功能。满足了监控终端程序写入、数据采集、通信代码输出等数据处理的需求。CAN通信模块的设计更多的是考虑有效支持数据分布以及实时控制串连通信接口的数据转换。调试接口模块的设计是为了满足对远程监控终端运行时的故障进行诊断和调试，从而保障监控终端运行的安全性。充电模块的设计可以说是一个备用电源，主要用于工程机械设备断电维修后，设备所需的电量支持，该模块主要应用在监控终端休眠时间段中。CPU辅助模块的设计主要是对CPU主板断电后的设备辅助，保持设备的基本功能正常运转，保证设备中数据交换、存储等功能不受影响。

3.2工作模式的设计

在远程监控终端硬件结构设计完成后，要对终端的工作模式进行设计，监控终端的工作模式设计是整个监控终端的关键环节。矿山和机械设备在生产作业中，经常会出现工作状态异常、停机、检修情况，需要对监控终端的工作模式和休眠模式下终端的工作流程进行科学的设计和规划。在工程机械设备的正常运作下，需要时刻保证其对数据信息的采集、处理及分析能力不受影响。因此，在工作模式中要设计标准化工作模式，标准化工作模式主要负责数据信息的采集和处理。某工程企业在对远程监控终端进行工作模式设计时，为了最大限度提高矿山和工程机械设备的工作效率，该企业采用了标准工作模式设计，该设计最大的优点就在于使用率高，通电即可激活使用，大大节省了设备预启动时间。同时，设计该模式的优点还在于当设备处于停机或维修状态下时，标准工作下的休眠模式设计，可以对无数据生产状态下的设备终端进行监控。另外，远程监控终端在判断了设备处于允许休眠设计状态下时，将自动关闭GPS定模块，同时断开网络连接开关，使设备进入完全休眠状态，保证监控终端所传输的设备信息准确性。

3.3通信协议的设计

通信协议是保证远程监控终端数据传输准时性及准确性的关键，在工作模式设计完成后，要根据矿山和工程机械设备的需求，设计出合理的通信协议，提高对PLC等设备数据信息采集处理的能力。目前我国基于矿山主和工程机械设备远程监控终端最常用的通信协议是数据传输—应答模式设计。该种模式采用的工作流程主要是先由远程监控终端向客户端发送数据请求，然后由客户终端对所采集到的PLC数据信息进行加密处理，并返回到远程监控终端中。

3.4软件设计

硬件完成后，要进行软件的设计。软件设备也称为程序设计，是确保实现远程监控终端数据采集、传输、分析、处理功能的重要因素。程序的设计不仅要能够驱动终端设备最底层的硬件，还要根据工程机械设备的工作流程和工作状态设计出运作模式。同时要根据矿山和工程机械设备实际工作中对数据信息的需求及协议的监控需求，设计出以代码形式来展现的监控流程，从而实现对设备的远程监控功能。设备依据现代工程机械设备发展需求，CPU嵌入式ARMCOPTEX-M3系统处理器LPC1778是目前远程监控终端应用电广泛的系统。其具有结构简单、系统集成率高、内核轻薄、功率低、损耗小等优点。而采用支持Cortex-M3/M1/M0等内核处理器，则具有任务处理速度快、初始化速度化、时间与任务同步处理等功能。此外，该程序还具有在μCOS-Ⅱ操作系统下开发的主函数主要进行了系统硬件初始化的特点，同时具备操作系统初始化、初始任务的创建以及多任务处理的开启功能。

4远程监控终端的重要性

远程监控终端被广泛地应用在各行业中，尤其是近年来，远程监控终端被大量地用于矿山和工程机械设备生产中。在矿山作业中，大多生产环境较为复杂，机械设备较为繁重，为了保证机械设备运行的稳定性，保障矿山生产的安全性，采用远程监控终端对其进行监控是十分必要的。通过远程监控终端传输的数据参数，管理人员可以清楚分析出机械设备工作的状态，便于及时对设备的运行模式进行调整。同时，通过远程监控终端传输的数据，可以控制工程工期，确保工程在规定时间内保质保量完成。其次，远程监控终端技术是矿山和工程机械设备生产发展的必然趋势，这主是要因为工程机械设备在远程监控终端技术支持下，能够快速将设备的运行数据传送到监控中心，实现了对工程机械设备实时监控的功能，避免因设备故障无法得到及时处理而造成的损失。

5结语

远程监控终端对提高矿山和工程机械设备的工作效率有着十分重要的作用。因此，要从远程监控终端的技术形式着手，对监控终端的设计、功能进行分析，实现其对工程机械设备的运行监督目的，确保机械运行的稳定性。

参考文献

［1］刘志华.基于矿山和工程机械设备的远程监控终端［J］.机械工程与自动化，2019（4）：81-83.

［2］尉建龙.基于WK系列挖掘机的远程监控系统设计与实现［J］.机械工程与自动化，2019（3）：47-48.

作者：祝鹏远 单位：呼伦贝尔蒙西煤业有限公司