3．1PLC數(shù)據(jù)采集

起重機(jī)械的控制系統(tǒng)本身具有主控PLC，包含了大部分監(jiān)控系統(tǒng)中需要采集的數(shù)據(jù)，可直接使用。但是，為將起重機(jī)控制系統(tǒng)本身與CMS管理系統(tǒng)區(qū)分開，同時(shí)又不破壞原起重機(jī)的PLC程序，需在LCMS中采用一套獨(dú)立的PLC來采集數(shù)據(jù)。LCMS的PLC可通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議或MODBus．RTu協(xié)議與起重機(jī)本地PLC通信來讀取需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)。此外，PLC中還配置了開關(guān)量信號(hào)、4～20mA電流信號(hào)、O～1OV直流電壓信號(hào)和熱電阻信號(hào)的處理模塊，連接安裝在起重機(jī)上用來進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)的傳感器以采集數(shù)據(jù)。

LCMS的PLC控制器一方面會(huì)將采集到的各種信號(hào)經(jīng)處理后傳輸?shù)絎inCC的監(jiān)控畫面上顯示，另一方面會(huì)判斷當(dāng)前的狀態(tài)是否會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警。在控制器中，根據(jù)不同的報(bào)警設(shè)置了不同的報(bào)警觸發(fā)位，一旦該位被置位，WinCC的報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)給出報(bào)警提示。

3．2接口模塊

接口模塊是一種為WinCC和底層數(shù)據(jù)庫提供服務(wù)的中間件，其封裝了對(duì)數(shù)據(jù)庫的CRUD操作及一些業(yè)務(wù)邏輯，為WinCC訪問底層數(shù)據(jù)庫提供了統(tǒng)一的接口。接口模塊的開發(fā)環(huán)境是基于VisualBasic6．0設(shè)

置的。。

3．2．1模塊的結(jié)構(gòu)

模塊的主體是類模塊，包含報(bào)警、回放和數(shù)據(jù)管理等3個(gè)模塊，用于存放一些共享屬性和方法，供類模塊中的方法調(diào)用。數(shù)據(jù)庫的訪問則使用了微軟的ADO應(yīng)用接口。

3．2．2模塊中主要包含的函數(shù)

模塊中主要包含以下函數(shù)。

(1)PrivateSubClass—Initialize()：類模塊初始化，設(shè)置模塊必須的參數(shù)。

(2)PrivateSubClass—Terminate()：類模塊銷毀時(shí)，釋放所占用的資源。

(3)PublicSubOpenSQLServer()：打開數(shù)據(jù)庫連接。

(4)PublicSubCloseSQLServer()：關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接。

(5)PublicSubDBExecuteSQL(SQLStrAsString)：執(zhí)行字符串語句sQL命令；參數(shù)SQLStr為字符串類型。

(6)PublicFunctionDBGetRecordset(SQLStrAsString)AsADODB．Recordset：查找字符串指定的數(shù)據(jù)庫記錄，返回記錄集對(duì)象；參數(shù)SQLStr為字符串類型SQL語句。

(7)PublicFunctionCMSGetAlarmHistory(AlarmDAsString，AlarmTAsString，QTypeAsInte—ger)AsADODB．Recordset：查找符合條件的歷史報(bào)警記錄，返回記錄集對(duì)象；參數(shù)AlarmD為日期字符串。

(8)PublicSubCMSAlarmProcessList(ByValTagIDMAsString)：查詢當(dāng)前的報(bào)警記錄。

(9)PublicSubCMSStartPlaying(ByValSPointerAsInteger)：運(yùn)動(dòng)軌跡回放。

3．2．3模塊的使用

在開發(fā)環(huán)境中將接口模塊編譯成可執(zhí)行文件并運(yùn)行。在WinCC的VBS腳本編輯器中調(diào)用CreateOb-ject方法創(chuàng)建接口模塊的對(duì)象實(shí)例，并通過對(duì)象實(shí)例調(diào)用類的方法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。

3．3起重機(jī)監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

LCMS端主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)控，其軟件采用西門子WinCC開發(fā)，根據(jù)功能分為起重機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、起重機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡回放、報(bào)警管理和視頻監(jiān)控等界面。

3．3．1起重機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控

起重機(jī)需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)量通常較大，將其全部顯示在同一個(gè)界面上顯然不太合適。因此，將狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面分為總體監(jiān)控界面和分部監(jiān)控界面兩部分，其中：總體監(jiān)控界面中只顯示起重機(jī)最重要的數(shù)據(jù)；分部監(jiān)控界面則根據(jù)起重機(jī)的特性，按照功起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)構(gòu)設(shè)計(jì)有大車監(jiān)控、小車監(jiān)控、起升監(jiān)控和鉤移監(jiān)控界面，所有監(jiān)控的信號(hào)和數(shù)據(jù)都會(huì)在這些界面上顯示出來。LCMS中的PLC負(fù)責(zé)采集起重機(jī)上所有需要監(jiān)控的信號(hào)和數(shù)據(jù)，是起重機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的數(shù)據(jù)源。為將PLC采集到的數(shù)據(jù)顯示在界面上，必須在WinCC內(nèi)建立通信變量，變量地址與PLC的內(nèi)部地址對(duì)應(yīng)。由于起重機(jī)會(huì)同時(shí)包含多個(gè)相同的部件，因此若需要?jiǎng)?chuàng)建的變量相同，則可以利用結(jié)構(gòu)變量簡(jiǎn)化工作量。此外，為保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，選用工業(yè)以太網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)。

3．3．2起重機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡回放

運(yùn)動(dòng)軌跡回放是指將人工選定時(shí)間段內(nèi)的起重機(jī)狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地還原出來。這些數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)庫，當(dāng)起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)起重機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)會(huì)以較高的頻率存人數(shù)據(jù)庫。運(yùn)動(dòng)軌跡回放界面的功能主要包含獲取數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)和回放數(shù)據(jù)等3部分。

(1)獲取數(shù)據(jù)：以起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間為條件查詢狀態(tài)數(shù)據(jù)，將得到的記錄集通過數(shù)據(jù)表格控件在界面上顯示出來，每一行數(shù)據(jù)代表某一個(gè)時(shí)刻所有記錄點(diǎn)的數(shù)據(jù)集合。

(2)保存數(shù)據(jù)：創(chuàng)建EXCEL對(duì)象，將之前顯示在表格控件中的數(shù)據(jù)按行依次寫入EXCEL對(duì)象的表單中，最后保存為EXCEL文件。每執(zhí)行一次軌跡回放，都將分別在本地和RCMS端生成一個(gè)數(shù)據(jù)文件。

(3)回放數(shù)據(jù)：從生成的數(shù)據(jù)文件列表中選取一個(gè)數(shù)據(jù)文檔，讀取文檔中的起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、記錄數(shù)目和每天記錄的具體數(shù)值，將其存放到一個(gè)2維數(shù)組中(其中：列表示每個(gè)不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的變量；行表示不同的時(shí)間點(diǎn))。回放時(shí)，根據(jù)采集的頻率將2維數(shù)組中的數(shù)據(jù)按行寫入對(duì)應(yīng)的變量。界面上，通過將圖像的幾何屬性鏈接到變量實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果，圖像的幾何屬性隨著變量數(shù)值的變化而變化，能夠還原所選時(shí)間段內(nèi)起重機(jī)運(yùn)行的軌跡；同時(shí)，對(duì)于一些數(shù)值型的屬性(如電流)，使用圖表控件顯示其波形。

3．3．3報(bào)警管理

報(bào)警列表分為當(dāng)前報(bào)警列表和歷史報(bào)警列表，其中：當(dāng)前報(bào)警列表只顯示當(dāng)前存在的報(bào)警信息；歷史報(bào)警列表包含之前所有發(fā)生過的報(bào)警信息。當(dāng)前報(bào)警列表的刷新由事件觸發(fā)，當(dāng)PLC報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

將報(bào)警相關(guān)信息記錄到當(dāng)前報(bào)警和歷史報(bào)警的數(shù)據(jù)表中；當(dāng)PLC報(bào)警信號(hào)消失時(shí)，當(dāng)前報(bào)警數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)的記錄將被刪除，同時(shí)更新歷史報(bào)警數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)記錄的狀態(tài)。RCMS端的數(shù)據(jù)庫將會(huì)同步本地的當(dāng)前報(bào)警和歷史報(bào)警記錄。當(dāng)本地更新當(dāng)前報(bào)警和歷史報(bào)警時(shí)，將會(huì)把記錄同步到RCMS端。

3．3．4起重機(jī)視頻監(jiān)控

以M0XA視頻編碼器為例，通過其提供的SDKActiveX控件可將視頻監(jiān)控畫面嵌入到WinCC中。畫面打開時(shí)必須初始化控件的以下屬性。

(1)HttpPort：Http的端口，通常是80。

(2)VideoProtocol：設(shè)置連接協(xié)議，可以是UDP／TCP／HTTP／Multicast。

(3)CHIndex：選擇顯示的視頻通道。

(4)StreamingType：設(shè)置編碼類型，可以是MPEG4／MJPEG／H．264。

(5)ServerIP：編碼器的IP地址。此外，開發(fā)時(shí)需要用到的方法主要有以下幾種。

(1)Connect：連接到編碼器。

(2)Disconnect：斷開編碼器連接。

(3)SendCameraCommand：發(fā)送控制命令給攝像機(jī)，支持左移、右移、上移、下移、放大及縮小等指令。

3．4管理功能設(shè)計(jì)

RCMS端主要用于起重機(jī)群的管理，包含報(bào)警管理、運(yùn)動(dòng)軌跡回放管理、起重機(jī)運(yùn)行維護(hù)管理、起重機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，側(cè)重于數(shù)據(jù)的查詢和報(bào)表。管理功能的數(shù)據(jù)源存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫中，其中：報(bào)警和運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)據(jù)由所有LCMS的數(shù)據(jù)庫通過事件觸發(fā)同步；運(yùn)行維護(hù)的數(shù)據(jù)需要本地輸入。以西門子PLC為例，運(yùn)用PRODAVE提供的接口進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)RCMS與PLC的數(shù)據(jù)通信[9]。PRO—

DAVE主要提供以下API。

(1)LoadConnection—ex6：用于建立連接，初始化參數(shù)和適配器。

(2)UnloadConnection—ex6：關(guān)閉連接，必須在退出應(yīng)用前調(diào)用。

(3)db—read—ex6：讀取背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。

(4)db—write—ex6：向背景數(shù)據(jù)塊中寫人數(shù)據(jù)。

(5)field—read—ex6：讀取I，Q，M等區(qū)域中的數(shù)據(jù)。

(6)field—write—ex6：向I，Q，M等區(qū)域中寫人數(shù)據(jù)。

3．5WEB應(yīng)用

服務(wù)器為接入到本系統(tǒng)的intranet用戶提供WEB應(yīng)用，主要功能是在線數(shù)據(jù)查詢、分析和報(bào)表。WEB應(yīng)用的架構(gòu)屬于輕量級(jí)JAVAEE，采用MVC架構(gòu)模式使表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和實(shí)體之間的代碼分離[1。。。其基于STRUTS2和HIBERNATE框架，前者是較為成熟的MVC框架，核心是采用攔截器來處理請(qǐng)求；后者是著名的ORM框架，可使用對(duì)象編程思維來操縱數(shù)據(jù)庫口¨]。在請(qǐng)求方式上，運(yùn)用AJAX使頁面能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)請(qǐng)求，具體采用JQUERY+JSON實(shí)現(xiàn)。JQUERY是AJAX的一個(gè)框架，其實(shí)際上是一個(gè)輕量級(jí)的JavaScript庫。要實(shí)現(xiàn)異步請(qǐng)求就需要使用JQUERY中的．a(chǎn)jax()函數(shù)，該函數(shù)將請(qǐng)求通過GET或POST方式發(fā)送至服務(wù)器，STRUTS2的攔截器攔截到ACTION后執(zhí)行相應(yīng)的SERVICE，SERV-ICE通過DAO層對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫。當(dāng)請(qǐng)求成功后，$．a(chǎn)jax()會(huì)回調(diào)一個(gè)包含STRUTS2返回?cái)?shù)據(jù)的函數(shù)，可以把返回?cái)?shù)據(jù)顯示在頁面上。JSON是一種”KEY／VALUE”形式的數(shù)據(jù)格式，其優(yōu)點(diǎn)是相比XML更小、更快、更容易解析。須注意，在STRUTS2中只有引入JSON的插件包才能使STRUTS2支持JSON。

4結(jié)語

將ADO，SQL及控件等技術(shù)應(yīng)用到WinCC的平臺(tái)上開發(fā)了起重機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，并結(jié)合PLC控制、信息技術(shù)、視頻技術(shù)及相關(guān)組件的應(yīng)用構(gòu)建了一個(gè)綜合性的起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了大型起重機(jī)的監(jiān)控與管理。系統(tǒng)在架構(gòu)上結(jié)合了自動(dòng)化技術(shù)和信息化技術(shù)，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將底層的過程數(shù)據(jù)融人到了企業(yè)的生產(chǎn)管理中，對(duì)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平具有積極作用。該系統(tǒng)的架構(gòu)不局限于起重機(jī)監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用，同樣適用于其他類型設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)。