基于GPRS通信的港口机械远程监控管理系统.doc

徐健，张裕露，黄萍萍，周艳红（三一港机上海研究院，上海 200120）基于GPRS通信的港口机械远程监控管理系统Remote Monitoring Management System of Port Machinery based on GPRS Communication息，并通过对这些信息的分析，提出设备的改进建议，并向用户提出前瞻性的维修及保养建议，以期达到提升产品质量及更好地 为客户服务的目的要对这些设备实现远程监控需要处理巨大的信息量以往 的远程RCMS（远程起重机管理系统）多通过工业以太网通过服 务器连接入Internet进行远程监控，基于日前GPRS网络的可靠性 日益完善及应用的越来越广泛，本文介绍了一种使用GPRS终端 设备，通过GPRS网络直接将实时的设备过程数据传至WEB服务 器，用户可在IE浏览器上进行实时数据监控及设备数据处理实现远程RCMS的功能摘要：港口机械设备监控系统有多种实现方式，本文重点介绍使用西门子 S7-300/400系列PLC作为控制器的港机设备中，PLC作为系统控制器将设备运 行的实时参数以数据包的形式周期的发送到网桥模块以至GPRS模块，GPRS 模块利用现有的GSM/GPRS移动通讯网作为通信传输的媒介来实现设备工况 信息的传递，将工况数据实时发送至远程服务器，远程服务接受系统主要由 安装在监控中心的中央监控系统组成。

GPRS模块实时提供每一台设备的最新 工况数据、运行的状况和报警信息，控制中心自动记录这些信息以便事后分 析此种方式因组网和实现简单易行，为类似应用提供了借鉴 关键词：港口机械；GPRS；远程监控Abstract: The monitoring system of port’s machinery equipments hasmany ways to be realized. This paper mainly introduces a new method which chooses the Siemens electric S7-300/400 series PLC as the controller of port equipments. As the system controller, PLC will periodically transmit the real- time parameters to WEB network during the running process of equipments, and to the GPRS module in a way of data package. The GPRS module uses the existing GSM/GPRS communication net as medium to realize the transmission of equipments information. The data is transmitted to remote server in real-time, whose receiving system is mainly composed by the central monitoring system fixed in the monitoring center. GPRS module provides the best newly data about operational state, running conditions and alarm information of each equipment to control center. The control center automatically records these information to be analyzed. This design is easy to realize.Key words: Port machinery; GPRS; Remote monitoring1 系统原理及组成 1.1 通讯基础本系统涉及了两种主流通信总线的协议的转换， Profibus-DP 总线和Can2.0B总线，其中PROFIBUS主站和从站之间采用轮循的 通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。

CAN 控制器局域网，在汽车电子控制装置之间交换信息形成汽车电子 控制网络由于其卓越的性能、极高的可靠性和低廉的价格现已 广泛应用于工业现场控制等众多领域CAN协议是建立在OSI 7层开放互连参考模型基础之上的 但CAN协议只定义了模型的最下面两层:数据链路层和物理层，仅 保证了节点间无差错的数据传输CAN的应用层协议必须由CAN 用户自行定义，或采用一些国际组织制订的标准协议CAN协议 支持两种帧格式，它们的主要区别在标识符的长度，具有11位标 识符的帧称之为标准帧，而含有29位标识符的称为扩展帧本系 统采用Can2.0B扩展帧进行通信1.2 系统原理近年来，我国港口装卸设备取得了飞跃式的进展，港口机械正朝着大型化、高效化、智能化的方向发展，提高港口作业效率 有赖于设备的高效运转及维修时间的缩短部分大型港口机械已 配置设备管理系统，实现了港口企业对于设备的实时监控，而对 于码头设备制造商而言，希望能够更多地了解设备状态及运行信图2 PLC配置图PLC作为港口机械设备总控制器，将设备信息实时传至DP总线网络下的GPRS 终端SYMT上，由SYMT周期性发送给远 程数据解析器，进而进入用户数据库及在 网站上显现出来。

用户可以登录网站通过 设备编号查询设备的详细信息，包括实 时工况数据、历史工况数据、实时故障报 警、历史故障记录，并制作故障诊断知识 库系统结构图如图1所示GSMছተGPRSተተ䙊SYMT (GPRS⁑࣑)䙊ᴽ࣑ಘተฏ㖁DP�CAN⁑࣑䘌㔤ተተѝተS7-300PLC图1 系统结构图 网桥模块协议使用CAN2.0B协议的扩展帧，控制字由PLC程序控制，根据数据的类型分为：周期采样数据，紧急数据，命令数据数据帧详解见表1 控制程序中，PLC作为系统控制器将实时设备运行的参数以数据包的形式周期的发送到网桥模块以至GPRS模块, GPRS模块利用现有的GSM/GPRS移动通讯网作为通信传输的媒 介来实现设备工况信息的传递，将工况数据实时发送至远程服务器，远程服务接受系统主 要由安装在监控中心的中央监控系统组成，也可分为通讯层、核心层和应用层GPRS模块为控制中心实时提供每一台设备的最新工况数据、运行的状况和报警信息，控制中心自动1.3 系统组成1.3.1 PLC配置及程序说明 本系统控制器为西门子PLC:S7-317-2DP，通信总线使用Profibus-DP，GPRS 远 程 终 端 为 公 司 自 有 产 品 S Y M T 2 . 0 B 终 端(内置GPRS模块)，GPRS终端通信方式 Can2.0B，通过profibus转Can模块进行总 线 桥 接 ， 使 G P R S 模 块 作 为 D P 总 线 下 的 一个DP从站，桥接模块选用标准网桥模 块，远程维护中心网站由公司IT部门自主 开发。

具体参数如下：DP总线通信波特率： 1.5M/s；G P R S 通 信 频 段 ： E G S M 9 0 0 / GSM1800/GSM1900 MHz；最 大 发 射 功 率 ： 2 W ( E G S M ) /1W(GSM)； CANbus通信波特率：250K/s 本系统的PLC配置如图2所示1.3.2 网桥配置及说明表1 CAN2.0B数据帧IB2标识码字节1ID.28ID.27ID.26ID.25ID.24ID.23ID.22ID.21IB4标识码字节3ID.12ID.11ID.10ID.9ID.8ID.7ID.6ID.5IB6RX数据1接收字节1IB8RX数据3接收字节3IB10RX数据5接收字节5IB12RX数据7接收字节7IB13RX数据8接收字节8IB11RX数据6接收字节6IB9RX数据4接收字节4IB7RX数据2接收字节2IB5标识码字节4ID.4ID.3ID.2ID.1ID0---IB3标识码字节2ID.20ID.19ID.18ID.17ID.16ID.15ID.14ID.13PROFIBUS 输入区名称位76543210IB1桢格式SFFFF=1RTR00DLC.3DLC.2DLC.1DLC.0ProfiBusCanBus本信息、主机配置信息、起升变频器型号、起升电机型号、小车变频器型号、小车电机型号、俯仰变频器型号、俯仰电机型号、 大车变频器型号、大车电机型号及吊具型号。

电子产品配置信息 包括SYMT编号，SYMT序列号，硬件版本，软件版本控制器 型号，控制器序列号，软件版本控制器型号及序列号由装机时填写质量信息：当前质保段， 整机工作小时数，起升工作小时数，小车工作小时数，大车工作 小时数等有主机档案，可为设备的保养、维修以及设备的性能 做全面的把握，有利于提升设备的利用，数据统计也为厂家未来 的设计提供有效的运行数据2）实时监控 包括监控设备实时工况信息、单机故障监控、信元周期的设置，其中实时工况数据包含设备的重要工况参数、运行状态参 数、实时故障监控，用户在设备应用时可实时远程监控设备的运 行，及历史故障的发生机处理情况其中包括起升、小车、大 车、俯仰各大机构的详细运行参数，更好地提高设备维护水平3）故障诊断 用户在遇到设备故障时，可通过故障诊断功能，输入设备的故障情况，搜索后便可得到故障诊断的内容在出厂前，厂家根 据历史经验，填写好初始诊断内容之后用户也可以自行添加故障诊断方案GSM-SMS GPRS数据服务器前端设备通信 服务器用户 数据库信息数据库局域网防火墙远程监控服务中心 应用层Internet 远程浏览及监控图3 远程服务结构图记录这些信息以便事后分析。

1.3.3 GPRS数据接收端说明及配置 中央监控系统将收到的数据及其它数据还原后，根据服务器之前建立的每单个数据库，更新当前设备的状态信息，用户可利 用自己的权限上网进行设备信息的收发、查询等工作，直观地掌 握设备的动态信息远程服务配置如图3所示1.3.4 港口机械设备的通信数据服务 港口起重机设备在运行过程中，定期向远程控制中心发送工况数据，如当前载重、当前风速、起升机构主要参数、小车机构 主要参数、俯仰机构主要参数，并及时上传新增的报警数据，在 远程服务平台登记报警记录，以备后续数据处理及分析实时报警订阅功能，设备在运行中，如发生比较重要的 故障及报警，本系统可及时发送短信息，信息内容包括故障内容 及发生故障时刻的即时参数，方便服务人员及码头管理人员进行及时处理提高设备的应用水平及智能化水平3系统实验成果通过实验可以得出，在设备上使用本系统可以达到以下效果:（1）完善的业务管理流程 实现从登记—>测试—>入库—>销售—>停用的一体化管理流程，提升员工的工作效率，节约人力成本2）高效的售后服务管理 保养提醒：可网站实时保养提醒，并可根据客户需要，进行保养短信自动提醒，从而提高服务质量。

短信配置：可智能短信发送，具备群发功能，提高售后服务的管理效率3）精准的设备远程工况监控 实时工况、电气部件工作状态、起重作业状态监控，使公司人员及客户能远程掌握设备的运行状况实时故障、报警提示， 历史工况、起重状况、故障、报警等数据永久保存，实现设备至销售日起，所有运行情况都有记录并有故障原因分析及故障检2系统实现在远程监控网站中可由用户利用权限登录远程维护平台，实时对设备进行监控，监控的内容有：（1）主机档案；（2）实时 监控；（3）安装调试；（4）故障诊断；（4）知识库管理1）主机档案可由配置对话框添加及修改产品配置信息，包括设备整机基修指南，提高售后服务人员的故障检修及排除效率，加强客户的满意度4）完善的设备作业情况统计 能记录设备一天/一月的上电。