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摘要：擦窗機是一種高層外墻維護設備，具有型號多、分布廣的特點。針對目前擦窗機在工作過程中存在的監測管理不便、故障處理時間長等問題，根據設備的工作特點，將PLC與GPRS通信模塊連接，利用通信模塊作為客戶端，與服務器進行數據傳輸，使用MODBUS協議解析PLC數據，設計了基于TCP/IP協議的擦窗機遠程監測與診斷系統。系統采用B/S模式架構進行人機交互，實現了對遠程設備的圖形化、數字化監測。本系統對擦窗機設備的安全操作、故障處理具有實際工程意義。
關鍵詞：TCP/IP；PLC設備；擦窗機；遠程監測；WEB開發
0引言
擦窗機作為高空作業機器，對其安全性能有著極高的要求[1]。當設備出現問題時，技術人員需及時趕到現場，不僅不便于故障的及時處理，甚至可能產生更加嚴重的后果。因此，如何有效監測擦窗機狀態成為維持擦窗機工作穩定、安全運行的關鍵問題。設計一種遠程的監診系統，實現對設備的動態監測，不僅便于非專業人士直觀了解擦窗機目前狀態，而且便于專業人士遠程進行設備操作指導，從而排除安全隱患，節省了大量的人力物力，且相較于人工排查而言，也更為準確可靠，極大地節省了成本，提高了工作效率。
1總體設計思路
系統采用B/S模式架構進行人機交互，可以減輕服務器負擔，節省用戶內存，方便進行系統維護。擦窗機的PLC數據通過遠程通信模塊傳輸至云端服務器，將數據解析后存儲至數據庫中以便系統調用，實現PLC與本系統的數據交互。創建數據表以儲存用戶名、賬號密碼、設備地址、設備類型等信息，在服務器中部署WEB項目調用數據庫，使用WEB開發語言進行系統設計，完成擦窗機設備遠程監測網站的開發。
2數據采集方案
數據的遠程采集是通過通信模塊與云端服務器完成網絡通信實現的，是整個遠程監測系統的核心。系統的數據采集流程為：1）利用TCP/IP協議建立客戶端與服務器之間的連接；2）使用MODBUS協議獲取并解析PLC數據，并將解析后的數據存入在服務器創建的數據庫內。
2.1數據傳輸。擦窗機PLC中數據可以通過RS-485串口與遠程通信模塊連接，通過WIFI、GPRS、4G網絡將數據遠程傳輸至云端服務器，本文選用濟南有人物聯網公司的GPRS模塊USR-GPRS232-730進行數據傳輸，模塊與服務器之間采用TCP/IP協議，服務端與客戶端通過建立套接字進行通信[2]，圖1為SOCKET通信流程。這里通信模塊用作客戶端，服務器用作服務端，通過對模塊進行配置，添加服務器IP地址與接收端口，便可將數據傳送至云服務器的指定端口。服務器通信代碼如下：
2.2數據解析。在進行數據解析時采用Modbus通信協議，PLC作為Modbus從站，服務器作為Modbus主站。服務器循環向通信模塊利用MODBUS指令發送獲取數據請求，通訊模塊接收到指令后，將PLC離散輸入寄存器與線圈寄存器的數據發送至遠程服務器[3]，將獲取到的數據通過MODBUS協議解析后儲存至數據庫，系統可通過AJAX技術及HTTP協議發送JSON格式的數據，將獲取到的PLC數據在網站中顯示。圖2為MODBUSRTU指令的格式。
3系統結構設計
系統客戶端是用戶對設備進行遠程監測的直觀頁面，頁面排版應簡潔直觀且具有專業性，以方便不同類型的用戶的使用?？蛻舳酥饕膬蓚€功能為：1）為用戶提供一個友好的人機交互界面；2）與服務器進行網絡通信，完成數據收發[2]。
3.1設備狀態監測。頁面可以展示設備的信息及目前在線/離線、故障/正常等狀態，實現對設備當前動作、限位開關狀態的直觀監測，并可查看與該動作相關的點位信息。當設備出現故障時，點擊故障排除可以顯示該故障的解決辦法。為了清楚觀察主機及吊籃中的狀況，分別在主機與吊籃中安裝攝像頭，將圖像接入網頁中，可實現設備的遠程實景圖像監測，可以控制攝像頭旋轉，方便查看設備內部細節。并且針對不同型號的設備，調節頁面的顯示內容與布置[4]。
3.2設備故障分析。與一些大型工程機械的電氣系統類似，擦窗機電氣系統線路眾多，控制較復雜[5]。其可能的故障形式有：自檢故障，設備無輸入，設備無輸出，限位開關故障，接觸器故障，工作電機或液壓電機故障等。設備出現故障的原因可能是：1）動作旋鈕，限位開關，接觸器或電機損壞。2）觸點至PLC之間接線斷開。3）未滿足設備動作的必要條件。將設備可能出現的故障編入程序中，通過PLC數據點組合判斷，在網站中顯示設備當前出現的故障及解決辦法。
4系統測試
打開擦窗機模擬電控箱，將設備調至正常工作狀態。操作吊籃上升動作改變PLCI/O口的數據值，GPRS通信模塊將變化后的數據發送至指定服務端，在服務端發送MODBUS指令，如’0201000000183C33’，該指令為從MODBUS地址00001開始，讀取36個線圈寄存器的數據，立刻能接收到回復數據’0201030700008DBC’，其中’070000’為36個線圈寄存器的數據，共3個字節，將數據通過MODBUS協議規則解析后存入數據庫內，在網頁中調取數據庫，便可將擦窗機狀態實時顯示在網頁中，90個數據點的采集時間為2s，數據采集間隔為10s，如使用配置更高的服務器，還可進一步提升采集效率。圖3為系統進行數據采集的工作流程圖。
5結論
本文針對目前擦窗機在管理監測中存在的問題，根據擦窗機的特點，設計了基于擦窗機設備的遠程監測與故障診斷系統。通過測試顯示，系統運行狀態穩定，采集數據的速度快、頻率高，滿足對設備的監測要求，最終實現了對擦窗機設備的遠程監測，便于對設備故障的及時處理，縮短了故障時設備的停機時間，提升了經濟效益，為同類大型工程機械設備的遠程監測系統提供了設計思路。
作者:董泊纖 龍麒譚 王偉龍 單位:長安大學