起重机智能监控分析系统软硬件设计

1、 引言 传统的起重机从无监控系统发展到有监控，使设备更好的满足运行的需求，增强了安全性，人性化的改进让设备的操作员和维护人员轻松高效的工作。现代社会科技日新月异，计算机、PLC及电子检测技术的迅速发展为传统监控方式的升级提供了便利的条件，为了适应市场的需求，设计此款起重机智能监控分析系统。 2、系统简介 国内传统的起重设备一般采用力矩显示器、光编显示器或触摸屏作为终端来监视设备各机构的运行状况。这种监视系统不仅功能单一、界面简单，而且操作维护人员与设备各机构互动有所局限性。基于这个目的，设计起重机智能监控分析系统，通过光电编码器或传感器等检测手段随时采集起重机各机构运行状态值，计算机通过串行口与PLC通讯获取这些实时数值，再经过内部计算调整通过显示器形象向操作维护人员提供设备各机构运行状况，操作维护人员也可以随时通过操纵计算机向PLC下达指令，这样形成一个智能的处理系统。该系统具有界面形象直观、功能多元化、操作和维护人员通过计算机随时可以查询各机构运行状况或根据需要改变某些机构性能参数。（如下图） PLC与PC机之间实现通道，可使二者互补功能上的不足，PLC用于控制方面既方便又可靠，而PC机在图形显示、数据处理、打印报表以及中文显示等方面有很强的功能。 3、硬件配置 本软件数据的采集取决于硬件，硬件之中PLC系统是当中的核心，它可以独立的完成智能的处理。它的作用是采集起重机运行时各机构状况的实时数据，按其相应的程序做处理，并同时将采集的数据通过串口与监控计算机通讯，其CPU发布指令给输出模块调节各机构运行动作。这里以施耐德MODICON　TSX 57系列PLC为例，采用其专用数据通讯电缆TSX08PRGCAB通过其TER编程端口（链路类型为RS485）与监控计算机标准串口RS232C通讯。外围编码器和传感器等根据各机构需要配置，PLC系统配置如下图所示（仅作参考）： ， 4、软件设计 考虑到软件的重用性，利用面向对向编程的思想，依据需求功能把系统分成几大模块。因此选用Visual C++ 6.0来做软件开发。利用Microsoft Windows提供的MSComm控件实现串口编程。 系统坚持图形用户界面（GUI）设计原则，界面直观、对用户透明：用户接触软件后对界面上对应的功能一目了然、不需要多少培训就可以方便使用本应用系统。 人性化设计：以操作者为中心，站在用户角度考虑。界面设计员应该明白软件中用户是所有处理的核心，不应该有由应用程序来决定处理过程，所以用户界面应当由用户来控制应用如何工作、如何响应，而不是由开发者按自己的意愿把操作流程强加给用户。 在界面设计中应该保持界面的一致性。一致性既包括使用标准的控件,也指使用相同的信息表现方法,如在字体、标签风格、界面布局、图标设计、颜色协调性、术语规范性、显示错误信息等方面确保一致。 5、系统功能 　　 　　1、直观显示侧视图像和当前实时数据。中可观察出图像当前各机构位置和电气柜状况，包括正常（绿）、故障（红）和报警（桔红）；实时数据包括起重机载荷、力矩、风速、各机构运行速度、各机构位置（相对于基准位置）等。 　　2、直观显示俯视图像及相关实时数据。如当前起重机在周围环境的相对位置等。 　　3、各机构编码器工作状况。 　　4、PLC I/O地址状态。 　　5、通过密码进入功能设置页面，进行系列参数设置。诸如保护限位、各机构基准位置、机械性能参数、载荷基准、最大力矩、各类至使起重机报警与停机的参数等。 　　6、在起重机出现故障和报警时，查询故障与报警清单，获取相关信息，对设备进行维修处理。 　　7、记录起重机工作日志和历史故障与报警；打印故障与报警清单和日志。 6、疑难问题 MODICON　Premium　PLC与计算机通讯实现 目前可以选择的通讯方案有低速通讯方式Modbus、Unitelway等，高速通讯方式Ethernet、Fipio、Modbus Plus、Profibus DP等，从总线拓扑结构、系统响应时间、不同操作模式、系统实用性四个方面统筹考虑，这里采用Uni-Telway方式。 Premium共有三种方式连接到Uni-Telway总线： 1） 通过处理器上TER口，提供一个非隔离的RS485串行通道 2） 通过串行通讯模块TSXSCY21601的集成口（channel 0），提供一个隔离的RS485串行通道，TSXSCY21601为Premium系列的模块 3） 通过多协议的PCMCIA卡（TSXSCP114，TSXSCP111，TSXSCP112），此卡安装在Premium的处理器上或TSXSCY21601模块上 三种方式可根据实际情况做相应的决策，监控计算机与PLC是一对一的通讯模式，因此起重机上可采用直接通过处理器上的TER编程接口（RS-485标准）来连接，而计算机的串行口是用的RS-232标准。RS-232采用单端接收器和单端发送器，只用一根信号线来传送信息，并且根据该信号线上电平相对于公共的信号地电平的大小来决定逻辑的“1”（-3～-15V）和“0”（+3～+15V）；RS-485标准是一种以平衡方式传输的标准，即双端发送和双端接收，根据两条传输线之间的电位差值来决定逻辑状态。RS-485电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载和接收器组成。它通过平衡发送器和差动接收器将逻辑电平和电位差之间进行转换（+2V表示“0”，-2V表示“1”）。 选用施耐德公司的PLC与PC通讯电缆TSX08PRGCAB可以很方便的实现两者的通讯。 PLC与计算机之间的通信采用RS-232标准，采用半双工通讯方式，用Microsoft提供的MSComm控件实现通讯编程，首先必须对COM1口进行初始化，其波特率为9600bps，1个起始位，8个数据位，奇校验，1个停止位。 在PLC程序设计中，把有关的数值存到共享表（%MW）里，通过串口使用PLC自身的读写函数READ＿VAR和WRITE＿VAR实现串口读写PLC操作。 6、结束语 起重机智能监控系统在目前的市场行情看来，有很大的需求市场，因为PC与PLC之间互补的作用，有许多传统监控系统不可代替的功能。在其设计过程中，PC与PLC之间通讯是一个难点，不同的PLC有不同的通讯协议，这里我选用MODICON　PLC为例，为的只是一个抛砖引玉的效果。