引 言

重鋪機(jī)組用于公路的大面積連續(xù)翻修作業(yè)，具有就地加熱、翻松（銑刨）、復(fù)拌、攤鋪、整平功能，可一次成型新路面，舊路瀝青混合料 100% 就地再生利用，具有節(jié)約資源、減少環(huán)境污染、作業(yè)時(shí)不封閉交通、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益非常顯著等特點(diǎn)[1]。但若想保證重鋪機(jī)組的參數(shù)精確并提高生產(chǎn)效率， 對(duì)其進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)控是必要的，以便及時(shí)掌握重鋪機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和各種參數(shù)的變化[2]。

本文采用ZigBee 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。隨著通信技術(shù)快速發(fā)展，短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)已經(jīng)成為通信技術(shù)中的一大熱點(diǎn)。以無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）、藍(lán)牙（Blue-Tooth）技術(shù)、WiFi 以及ZigBee 技術(shù)等為代表的各種熱點(diǎn)技術(shù)相繼出現(xiàn) [3-6]。作為一種新興的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，ZigBee 具有低功耗、低成本、使用便捷等顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家庭自動(dòng)化、智能農(nóng)業(yè)和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景[7]。此外， 本文采用GPRS 技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。GPRS 網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高，永久在線(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，而且這必將成為工業(yè)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)[7]。

1 總體方案設(shè)計(jì)

重鋪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)如圖 1 所示，系統(tǒng) 所需的組件如表 1所列。施工對(duì)象為由五輛重型鋪路車(chē)組成的 機(jī)組，分別為 1# 加熱機(jī)、2# 加熱機(jī)、3# 加熱機(jī)、銑刨機(jī)和 復(fù)拌機(jī)。每輛重型車(chē)上都安裝有觸摸屏。4 個(gè) CIO100 模塊分別安裝在三臺(tái)加熱器和一臺(tái)復(fù)拌機(jī)上，將一個(gè)從MAC310 模塊安裝在銑刨機(jī)上，通過(guò)串口連接分別取讀五臺(tái)機(jī)器的數(shù)據(jù)。同時(shí)每臺(tái)機(jī)器上安裝一個(gè)ZigBee 模塊，分別與 4 臺(tái) CIO110 和 MAC310 的串口相連。由于三臺(tái)加熱機(jī)移動(dòng)特性明顯，所以主ZigBee 放在位置相對(duì)固定的銑刨機(jī)上，便于搭建機(jī)組近距離局域網(wǎng)。同時(shí)銑刨機(jī)上還安裝GPRS 和GPS 模塊，分別與另一塊主MAC310 模塊的串口相連。因此 4 臺(tái)CIO100 上的數(shù)據(jù)通過(guò) ZigBee 模塊發(fā)送給從MAC310 模塊，從MAC310 模塊通過(guò)串口把數(shù)據(jù)發(fā)送給主MAC310 模塊，主MAC310 把五臺(tái)機(jī)器的數(shù)據(jù)和GPS 記錄的機(jī)組位置信息通過(guò)GPRS 設(shè)備發(fā)送至云服務(wù)器，最后通過(guò)DView 界面顯示。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 主控設(shè)計(jì)

主控由銑刨機(jī)、MAC310 模塊、GPS 模塊、GPRS 模塊、ZigBee 模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。由于系統(tǒng)需要 4 個(gè)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而每個(gè)MAC310 主控器有 3 個(gè)串口，故需要兩個(gè)MAC310 模塊。

2.1.1 MAC310 主控器 MAC310 是大連理工計(jì)算機(jī)控制工程有限公司自主研發(fā) 的冗余主控器的一個(gè)型號(hào)，該型號(hào)冗余主控器具備 2 路以太 網(wǎng)、3 路 RS 485 接口、4 路 DO（晶體管），其中 2 路高速脈沖 最大可達(dá) 300 kHz，5 路 IO 中斷具備以太網(wǎng)、串口、設(shè)備等 多種冗余架構(gòu)，內(nèi)部資源豐富，適用于復(fù)雜冗余系統(tǒng)的主控。 MAC310 控制器獲取的終端變量以及存放地址見(jiàn)表 2 所列。

2.1.1 MAC310 主控器

MAC310 是大連理工計(jì)算機(jī)控制工程有限公司自主研發(fā) 的冗余主控器的一個(gè)型號(hào)，該型號(hào)冗余主控器具備 2 路以太 網(wǎng)、3 路 RS 485 接口、4 路 DO（晶體管），其中 2 路高速脈沖 最大可達(dá) 300 kHz，5 路 IO 中斷具備以太網(wǎng)、串口、設(shè)備等 多種冗余架構(gòu)，內(nèi)部資源豐富，適用于復(fù)雜冗余系統(tǒng)的主控。 MAC310 控制器獲取的終端變量以及存放地址見(jiàn)表 2 所列。

2.1.2 GPS 模塊

本系統(tǒng)使用 DF-1007GPS 模塊可以獲取當(dāng)前位置的經(jīng)緯 度坐標(biāo)，并通過(guò)串口實(shí)時(shí)上報(bào)給控制器。該模塊配置時(shí) DUT 工作模式選擇“AT 模式”，GPS 模式選擇“串口上報(bào)模式”， 上報(bào)周期為“5 秒”。此外，控制器通過(guò)串口自由通訊指令（SC_ AFC）發(fā)送報(bào)文給設(shè)備后，才能收到相應(yīng)的響應(yīng)報(bào)文，但由 于該 GPS 模塊具有定期串口上報(bào)功能，所以不需要組拼發(fā)送 報(bào)文。收到正確的報(bào)文信息是“$GPRMC，225530.000，A， 3637.26040，N，11700.56340，E，0.000，97.17，220512，，， D*57”。轉(zhuǎn)換公式及示例見(jiàn)表 3 所列。

2.1.3 GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸

將 GPRS DTU 模塊通過(guò) RS 485 串口與電腦串口相連， RS 485 串口正極接模塊A 端子，RS 485 串口負(fù)極接模塊B 端子。GPRS 的配置界面如圖 3 所示。模塊配置的波特率與控制器所連串口一致，服務(wù)器端口配置為 11000 ；注冊(cè)包格式（心跳包格式）為 16 進(jìn)制的數(shù)據(jù)，且應(yīng)與DViel 的 TCP 主動(dòng)連接DTU 的模塊ID 保持一致[8]。

2.2 終端設(shè)計(jì)

終端由鋪路車(chē)（加熱機(jī)或復(fù)拌機(jī)）、ZigBee 模塊、CIO110 模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

2.2.1 CIO110 控制器

CIO110 控制器是大連理工計(jì)算機(jī)控制工程有限公司自主研發(fā)的一種可編程控制器。CIO110 控制器具有 4 K 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和 38 K 的程序存儲(chǔ)空間及11 路普通輸入點(diǎn)數(shù)和 8 路普通輸出點(diǎn)數(shù)。支持IO 擴(kuò)展功能，體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，通過(guò)統(tǒng)一編程控制完成各種自動(dòng)化控制，單獨(dú)使用時(shí)可用于單機(jī)及小型自動(dòng)控制中，滿(mǎn)足中等點(diǎn)數(shù)、功能簡(jiǎn)單、成本超低的低端市場(chǎng)需求。CIO110 控制器獲取的終端變量以及存放地址見(jiàn)表 4 和表 5 所列。

2.2.2 ZigBee 模塊

利用ZigBee 無(wú)線(xiàn)技術(shù)使得信息獲取更快捷，同時(shí)也避免了布線(xiàn)的困擾 [9]。ZigBee 模塊配置為一主多從，即一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)（Coordinator），多個(gè)從節(jié)點(diǎn)（Router）。另外要配置唯一的PAN ID（網(wǎng)絡(luò) ID）和頻道。而且配置的波特率要與所連的PLC 控制器一致，并選擇透明傳輸方式。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，本系統(tǒng)使用的ZigBee DTK 模塊具有最大 650 m 的可視傳輸距離，在空曠的室外環(huán)境完全滿(mǎn)足對(duì)距離的要求。

2.3 云端設(shè)計(jì)

2.3.1 服務(wù)器配置

系統(tǒng)使用Windows Server 2008 或Windows Server 2012， 而后者用戶(hù)交互較友好。配置 I2S 服務(wù)器，需要進(jìn)行身份驗(yàn)證并允許 32 位程序（64 位服務(wù)器）。

本項(xiàng)目使用騰訊云服務(wù)器，配置信息（可升級(jí)）為單核、2 G 內(nèi)存、50 G 云系統(tǒng)盤(pán)、10 G 云數(shù)據(jù)盤(pán)與Windows Server 2012。

2.3.2 服務(wù)器軟件的安裝

該系統(tǒng)需要服務(wù)器安裝的軟件有 DView 和 MicrosoftSQL Server 2012。

2.3.3 DViewHMI界面

該 系 統(tǒng) 使 用 DView 組 態(tài) 軟件 的 DView HMI 界 面。DView 軟 件 由 DView（DView 編 輯 器 ）、 DXP（DCCE Exchange Platform，大工計(jì)控?cái)?shù)據(jù)交互平臺(tái)）、HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面組態(tài)軟件）、DBMonitor（歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)）、OPC（OPC 服務(wù)器）、CamServer（視頻服務(wù)器） 等部分組成，是具有設(shè)備管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理、視頻管理及數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能的監(jiān)控管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

DView工程的操作過(guò)程如下：

（1）設(shè)備拓?fù)鋱D拖拽 TCP 主動(dòng)連接DTU 和 DTU 從模塊EPA 協(xié)議 。

（2）設(shè)備變量的命名規(guī)則要做到統(tǒng)一與直觀。

（3）登錄操作。不同用戶(hù)有各自相應(yīng)的權(quán)限。

（4）地圖定位信息。DView 的地圖控件使用國(guó)內(nèi)知名地 圖軟件——百度地圖 API（JavaScript 版）開(kāi)發(fā)制作。由于百 度地圖將 GPS 經(jīng)緯度坐標(biāo)做了加密處理，故由 GPS 模塊采集 的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后才能應(yīng)用到百度地圖上，這里 采用百度地圖公開(kāi)的 GPS 轉(zhuǎn)換函數(shù)。

（5）數(shù)據(jù)監(jiān)視界面。將位變量和字變量分別綁定到開(kāi)關(guān)（或 指示燈）和文本標(biāo)簽（或儀表盤(pán)等）上。根據(jù)技術(shù)協(xié)議，盡量 貼合甲方觸摸屏顯示效果。

（6）數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的處理。設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)通過(guò) DView 的 歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。但由于網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定或 者干擾，可能會(huì)使設(shè)備下線(xiàn)。所以數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)于設(shè)備 下線(xiàn)時(shí)是無(wú)用的，應(yīng)當(dāng)剔除。本項(xiàng)目使用 SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù) 的觸發(fā)器功能，刪除無(wú)效數(shù)據(jù)，盡量保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性。

3 結(jié)果與分析

現(xiàn)場(chǎng)及安裝情況和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控畫(huà)面分別如圖 5 和圖 6 所示。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠?qū)χ劁仚C(jī)組的參數(shù)進(jìn)行精確監(jiān)控， 同時(shí)能夠準(zhǔn)確快速的定位重鋪機(jī)組的位置，且實(shí)時(shí)性較好。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)重鋪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控的具體實(shí)踐，敘述了重鋪 機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。該監(jiān)控系統(tǒng)自投入以 來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，提高了生產(chǎn)效率，對(duì)重鋪機(jī) 組的安全高效運(yùn)行起到了重要的作用。另外，該系統(tǒng)還可應(yīng) 用于工業(yè)控制、家庭自動(dòng)化、智能農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng) 用前景。