工程机械远程监控系统应用研究

LelandTic

工程机械应用技术的发展状况的调研分析的基础上，自行研发工程机械远程监控系统中的核心部分，即智能控制系统，满足客户对工程机械远程实时管理的需求。
关键词：工程机械 远程监控 监控系统
0 引言
随着我国公路、铁路及其它公共设施的基础建设规模日趋扩大，及机械化程度越来越高，工程机械在建设领域扮演着越来越重要的作用，但由于工程建设项目战线长、分布广、地域跨度大，管理维护人员不足，工程机械的远程监控成为制造、租赁、使用单位不得不考虑的问题。伴随着网络通讯技术的发展，使得工程机械远程监控成为可能，可以实现对远程工程机械设备的定位跟踪、实时在线监控、远程调试、故障报警及维护、专家诊断等功能，最终实现对工程机械的远程监控。
1 工程机械远程监控系统
该系统是利用计算机检测技术、无线通讯技术、卫星定位技术，全面检测运行中的机械设备的位置和施工进度，并向调度室实时传输检测数据作进一步分析；如果在设备操作过程中出现问题，设备操作人员也能利用工程机械远程监控系统将故障信息传输至调度室，由调度室远程指导修整措施。工程机械远程监控系统在施工现场的应用，有助于优化机械化施工组织设计，大幅提升机具设备的管理水平，在保证工程质量的前提下缩短施工周期，从而提高经济效益。该系统由机械工作状态检测系统、卫星定位信号接收装置、无线数据通讯系统和远程监控中心构成。设备运行状态检测系统需要安装传感器，传感器将设备运行参数通过转换器传输至计算机。远程监控重心也可以实时接收由设备操作人员传输的设备故障等相关问题。在设备上装设卫星定位信号接收装置，接收信号后自动计算该机械所在的经纬度。远程监控中心负责管理整个监控系统，管理者可通过远程指令实时监控并测评机械设备的位置和运行状态，提出扩大经济效益的建议。同时还可以通过检测和分析工程机械的运行状态，对大型工程机械及其配套机械进行优化调度，以提高机械化施工组织水平和机械的生产效率。
2 工程机械远程监控系统发展历史及现状分析
从70年代初发展至今，工程机械监控系统历经四个阶段。
2.1 SDM （传感与诊断系统）是早期的车辆数据记录仪，传感和诊断功能与安全气囊配合使用，基于传感器的输入信号判断能否引爆安全气囊及安全带预紧器。碰撞事故发生前几百毫秒的车辆运行数据可以通过SDM记录下来。
2.2 EDR （车辆事故数据记录器）基于传感与诊断模块发展至今，属专用运行状态监测器。该记录器的监测功能各飞行器上的“黑匣子”极为相似。EDR可记录碰撞事故发生前五秒和引爆安全气囊后300毫秒的车速、发动机转速、节气门角度等参数信息。
2.3 工程机械数据记录仪专门用于记录工程机械的数据参数。该仪器设有标准数据接口，工程机械的前端单元控制系统向该仪器实时传输设备运行参数，工程机械数据记录仪将接收的参数信息储存于内设的存储器上。工程机械数据记录仪与车辆事故数据记录器一样，操作者应该在施工现场直接下载仪器中存储的数据信息来获取机械历史作业参数。
2.4 工程机械远程监控系统以车辆数据记录仪为核心，通过扩展GPRS无线通讯模块与GPS全球定位系统远程监控行车状态。工程机械远程监控系统能够对车辆进行实时跟踪和定位，使操作者和管理者实时掌握车辆运行状态，提高施工作业的安全系数。
当前，全球领先的工程机械公司所设计的机械设备均已装设车载监控系统，该系统内设GPS、GPRS、车载计算机和液晶显示装置，车载监控系统向中央控制系统实时传输机械设备运行时的技术参数、施工进度等信息。但国内工程机械监控系统在某些方面仍存在缺陷：
功能单一：我国对车载监控系统的研究刚刚起步，产品的功能设计过于单一，操作性能一般，无法满足客户对远程测控的需求。
机群化管理水平较差，维护成本高：基于车辆数据记录仪的工程机械车载监控子系统主要通过CAN总线、RS.232/485总线、通用输入输出端口（GPIO）接收相应总线传输来的包含设备运行参数的数据信息，并将其储存在存储器中。管理者定期利用PDA或笔记本电脑等终端设备下载并分析数据参数，以实时监控机械设备的运行状态。该监控系统数据存储空间有限，而且在实际应用过程中需要定期维护，维护成本较高。
可靠性、安全性考虑不足：恶劣的工地环境要求车载监控系统必须具备较强的适应性，以免无关人员随意变更数据参数，存储器能为工程人员提供第一手设备运行参数，以缩短设备维护时间，提高工作效率。但是，国内设备的防护能力、数据安全保密性能和稳定性较差，甚至达不到国标要求。近些年，美国出台了IEEE Std 1616-2004车辆数据记录仪标准，要求设备生产商严格把控设备环境适应性、数据安全、防护等级等方面的质量，以确保安全施工。
工程机械拥有者不能实现远程管理与维护。
以上系统一般由工程机械制造商开发，设备购买者并不能直接使用。
3 工程机械远程监控技术研究
本文的研究目的是为了满足中铁航空港建设集团有限公司对其拥有的工程机械实现远程管理要求，开发工程机械远程监控系统。这套系统应满足设备参数数据采集的基本要求，以协助工程人员实时监控设备运行状态。
该系统包括两个组件，即车载监控系统（包括设备工作状态检测系统、无线数据通讯系统和卫星定位信号接收装置）、远程监控系统（包括监控中心、智能服务系统）。
设备出厂时内设以微控制器为核心的车载监控系统。微控制器包括总线接口、实时时钟、随机存储器、内置只读存储器和A，D转换器、看门狗和处理器组成。车载监控系统设备提供多路数据采集器与工程车辆的各类传感器联接，实时采集传感器控制器数据，通过无线通讯网络将数据传送至服务器中心。
远程监控系统自行研发，主要由监控中心和多种类型的车载监控系统组成，监控中心由硬件和智能服务系统组成。其原理为：智能服务系统将指令传输至车载监控系统，该系统利用GSM/GPRS将机械设备的运行参数和所在的方位传回调度室，由智能服务系统对参数作进一步处理后标示在电子地图上，然后综合分析所有参数信息，按用户需求制作管理图表，协助用户准确决策，远程监控机械设备。
3.1 监控中心硬件结构及设置。基于计算机、GPRS、GPS技术，构建一个强大的网络信息交互平台，使GPS数字化、GPRS网络化，数字化显示数据参数，以缩短监控管理的信息识别时间，提高工作效率。为了实现上述监控中心服务系统功能，监控中心系统硬件结构如下图所示：
3.2 智能服务系统功能设计。智能服务系统专用于对工程机械、物流及服务车辆进行信息化管理的软硬件支撑系统。该系统集GSM/GPRS通讯系统、GIS地理信息系统、计算机及网络技术、基于SQL的信息管理系统于一体，将网控管理中心、计算机技术、移动通讯网络和车载监控系统有机整合，实时监控机械设备的位置及其运行时的数据参数。以功能特点为依据，可将智能服务系统划分为WEB服务器软件、数据服务器软件和数据库三部分。数据传输功能通过GSM及以太网实现。软件结构参见下图3：
WEB服务器软件完成工程机械管理、用户管理、运行数据和操作管理功能，数据处理软件负责数据接收、解析和命令发送。
3.2.1 接入功能
该系统必须满足与不同的车载监控系统实现无缝对接，通过必要的接口和不同工程机械厂商的内部管理系统实现连接，通过对相关信息整合，更好地实现对工程机械的管理。
3.2.2 工程机械数据采集与分析
远程智能服务系统的一项基本功能就是数据的采集与分析。该系统能够实时传输GPS定位信息，同时采集设备运行参数，如运行时间、发动机转速、压力和制动气压、液压油温度、故障代码和耗油量等。根据运行要求可适当调整系统参数，中心数据库负责存储设备参数。设备上装设的GPS终端能够直接联通原有监控器，可直接通过监控器获取设备参数，无需添加传感器。监控中心通过虚拟仪表实时监控设备运行参数，方便使用。自动记录机械设备当前所处地详细位置、行驶轨迹。
系统在日常使用过程中，会积累大量的历史数据，这些数据都是来自设备最原始、最真实的第一手数据，对设备管理和技术人员是难得的材料，为了充分利用这些数据，设计了强大的数据分析功能，除了简单的数据列表，还包括曲线统计分析和各种下载功能。主要是对车辆的地理位置分布，故障车辆统计，工作时间，历史数据信息的统计和分析，实现对车辆的时时监控，动态分析，深度统计。（见下图）
3.2.3 工程机械远程检测与诊断
工程机械由于使用环境恶劣，故障率较高，产品发生故障是很常见的问题。通过智能服务系统，在监控中心增设一套专家系统专门用于故障诊断，远程监测机械运行参数，如突发故障，工程人员可参照设备参数及时排查故障并进行维护，延长机械设备的寿命。
3.2.4 报警和远程监控功能
当机械违规运行或突发故障时，终端设备会将预警信号传输至监控中心，预警信息主要包括：
①跨区作业报警。②非法启动报警。③缺电报警。④参数报警。⑤提供二级锁车功能。锁车包括一级锁车（锁定机械的运行功能，但不锁其行走功能）、二级锁车（为了防盗，锁定机械的运行和行走功能，发动机熄火，禁止启动）。一级锁车就是在不影响机械正常行走的前提下只锁定机械的运行状态，使机械设备及时躲避可能发生的危险。
根据实时数据，监控系统可自动对数据进行分析、整理，自动发出安全警报（越界报警、超载报警等），对工程机械进行远程断油断电操作。
该工程机械远程监控系统基本满足客户需求，目前在研发和试用阶段，很多方面有待进一步优化，还未达到实际运行要求，但远程监控技术武装工程机械，提高产品的科技含量和竞争力，使用户实现对工程机械的远程管理和维护是提高经济效益的必然选择，未来必定会有更多的专家学者投入该领域的研究中，使工程机械的远程管理和维护更加符合现实需求。
参考文献：
[1]邓晖.GPS车辆定位跟踪系统的电子地图的建立[J].工程勘察，2000（04）.
[2]张雪冬.GPS车辆监控调度系统中高速数据传终端的设计[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（01）.
[3]吴卫国，李玉河，吴国祥.工程机械远程监控器的研制[J].工程机械，2007（5）：7-11.
[4]黎莲花，李智，陶佑伍.基于GPRS的工程机械远程无线监控系统设计[J].仪器仪表与分析监测，2005（01）.
[5]韩冰，李芬华.GPRS技术在数据采集与监控系统中的应用[J].电子技术.2003.29（8）26-19.