引 言

重鋪機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)時不封閉交通、經(jīng)濟和社會效益非常顯著等特點[1]。但若想保證重鋪機組的參數(shù)精確并提高生產(chǎn)效率， 對其進行在線監(jiān)控是必要的，以便及時掌握重鋪機組的運行狀態(tài)和各種參數(shù)的變化[2]。

本文采用ZigBee 無線通信技術。隨著通信技術快速發(fā)展，短距離無線通信技術已經(jīng)成為通信技術中的一大熱點。以無線局域網(wǎng)（WLAN）、藍牙（Blue-Tooth）技術、WiFi 以及ZigBee 技術等為代表的各種熱點技術相繼出現(xiàn) [3-6]。作為一種新興的短距離無線通信技術，ZigBee 具有低功耗、低成本、使用便捷等顯著的技術優(yōu)勢，廣泛應用于工業(yè)控制、家庭自動化、智能農(nóng)業(yè)和遠程控制等領域，具有廣闊的應用前景[7]。此外， 本文采用GPRS 技術進行遠程數(shù)據(jù)傳輸。GPRS 網(wǎng)絡具有網(wǎng)絡覆蓋率高，永久在線等優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應用于各個行業(yè)，而且這必將成為工業(yè)控制及遠程監(jiān)控等領域的發(fā)展趨勢[7]。

1 總體方案設計

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

2 系統(tǒng)結構

2.1 主控設計

主控由銑刨機、MAC310 模塊、GPS 模塊、GPRS 模塊、ZigBee 模塊組成，其結構如圖 2 所示。由于系統(tǒng)需要 4 個串口進行數(shù)據(jù)傳輸，而每個MAC310 主控器有 3 個串口，故需要兩個MAC310 模塊。

2.1.1 MAC310 主控器 MAC310 是大連理工計算機控制工程有限公司自主研發(fā) 的冗余主控器的一個型號，該型號冗余主控器具備 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 300 kHz，5 路 IO 中斷具備以太網(wǎng)、串口、設備等 多種冗余架構，內(nèi)部資源豐富，適用于復雜冗余系統(tǒng)的主控。 MAC310 控制器獲取的終端變量以及存放地址見表 2 所列。

2.1.1 MAC310 主控器

MAC310 是大連理工計算機控制工程有限公司自主研發(fā) 的冗余主控器的一個型號，該型號冗余主控器具備 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 300 kHz，5 路 IO 中斷具備以太網(wǎng)、串口、設備等 多種冗余架構，內(nèi)部資源豐富，適用于復雜冗余系統(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 模塊可以獲取當前位置的經(jīng)緯 度坐標，并通過串口實時上報給控制器。該模塊配置時 DUT 工作模式選擇“AT 模式”，GPS 模式選擇“串口上報模式”， 上報周期為“5 秒”。此外，控制器通過串口自由通訊指令（SC_ AFC）發(fā)送報文給設備后，才能收到相應的響應報文，但由 于該 GPS 模塊具有定期串口上報功能，所以不需要組拼發(fā)送 報文。收到正確的報文信息是“$GPRMC，225530.000，A， 3637.26040，N，11700.56340，E，0.000，97.17，220512，，， D*57”。轉換公式及示例見表 3 所列。

2.1.3 GPRS 遠程數(shù)據(jù)傳輸

將 GPRS DTU 模塊通過 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，服務器端口配置為 11000 ；注冊包格式（心跳包格式）為 16 進制的數(shù)據(jù)，且應與DViel 的 TCP 主動連接DTU 的模塊ID 保持一致[8]。

2.2 終端設計

終端由鋪路車（加熱機或復拌機）、ZigBee 模塊、CIO110 模塊組成，其結構如圖 4 所示。

2.2.1 CIO110 控制器

CIO110 控制器是大連理工計算機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)存儲空間和 38 K 的程序存儲空間及11 路普通輸入點數(shù)和 8 路普通輸出點數(shù)。支持IO 擴展功能，體積小巧，結構緊湊，安裝方便，通過統(tǒng)一編程控制完成各種自動化控制，單獨使用時可用于單機及小型自動控制中，滿足中等點數(shù)、功能簡單、成本超低的低端市場需求。CIO110 控制器獲取的終端變量以及存放地址見表 4 和表 5 所列。

2.2.2 ZigBee 模塊

利用ZigBee 無線技術使得信息獲取更快捷，同時也避免了布線的困擾 [9]。ZigBee 模塊配置為一主多從，即一個網(wǎng)絡只能有一個主節(jié)點（Coordinator），多個從節(jié)點（Router）。另外要配置唯一的PAN ID（網(wǎng)絡 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)實際測試，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)境完全滿足對距離的要求。

2.3 云端設計

2.3.1 服務器配置

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

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

2.3.2 服務器軟件的安裝

該系統(tǒng)需要服務器安裝的軟件有 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，大工計控數(shù)據(jù)交互平臺）、HMI（Human Machine Interface，人機界面組態(tài)軟件）、DBMonitor（歷史數(shù)據(jù)庫服務）、OPC（OPC 服務器）、CamServer（視頻服務器） 等部分組成，是具有設備管理、實時數(shù)據(jù)管理、視頻管理及數(shù)據(jù)庫管理等功能的監(jiān)控管理系統(tǒng)開發(fā)平臺。

DView工程的操作過程如下：

（1）設備拓撲圖拖拽 TCP 主動連接DTU 和 DTU 從模塊EPA 協(xié)議 。

（2）設備變量的命名規(guī)則要做到統(tǒng)一與直觀。

（3）登錄操作。不同用戶有各自相應的權限。

（4）地圖定位信息。DView 的地圖控件使用國內(nèi)知名地 圖軟件——百度地圖 API（JavaScript 版）開發(fā)制作。由于百 度地圖將 GPS 經(jīng)緯度坐標做了加密處理，故由 GPS 模塊采集 的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)需要經(jīng)過轉化后才能應用到百度地圖上，這里 采用百度地圖公開的 GPS 轉換函數(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關（或 指示燈）和文本標簽（或儀表盤等）上。根據(jù)技術協(xié)議，盡量 貼合甲方觸摸屏顯示效果。

（6）數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的處理。設備的歷史數(shù)據(jù)通過 DView 的 歷史數(shù)據(jù)服務器直接存儲到數(shù)據(jù)庫中。但由于網(wǎng)絡的不穩(wěn)定或 者干擾，可能會使設備下線。所以數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)于設備 下線時是無用的，應當剔除。本項目使用 SQL Server 數(shù)據(jù)庫 的觸發(fā)器功能，刪除無效數(shù)據(jù)，盡量保持數(shù)據(jù)的正確性。

3 結果與分析

現(xiàn)場及安裝情況和系統(tǒng)的網(wǎng)絡監(jiān)控畫面分別如圖 5 和圖 6 所示。經(jīng)測試，該系統(tǒng)能夠對重鋪機組的參數(shù)進行精確監(jiān)控， 同時能夠準確快速的定位重鋪機組的位置，且實時性較好。

4 結 語

本文通過對重鋪機組遠程監(jiān)控的具體實踐，敘述了重鋪 機組遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)過程。該監(jiān)控系統(tǒng)自投入以 來，運行穩(wěn)定，檢測數(shù)據(jù)準確，提高了生產(chǎn)效率，對重鋪機 組的安全高效運行起到了重要的作用。另外，該系統(tǒng)還可應 用于工業(yè)控制、家庭自動化、智能農(nóng)業(yè)等領域，具有廣闊的應 用前景。