１進行架橋機狀態監測的必要性

隨著高速鐵路與高速公路建設在我國的快速推進，架橋機的使用日益頻繁，架橋機傾覆事故時有發生，架橋機脫軌、傾覆，往往造成機毀人亡的重大后果。國家標準《起重機械安 全監控管理系統》（２０１１年５月征求意見稿）中也提出了“對起重機械工作過程進行監控，并能夠對重要運行參數和安全狀態進行記錄管理”的具體要求。因此，為保障架橋機安全運行，有必要對架橋機的作業狀態實施有效的監控，一方面可以將造成事故的隱患消除在萌生階段，另一方面可以對設備運行過程中影響安全性的重要特征參數進行長期監測，發現規律，為設備安全運行及再制造提供基礎資料。

本文以ＴＬＪ９００型架橋機為監測對象，設計了一套基于ＧＰＲＳ無線網絡的遠程監測系統。本系統主要由機載可編程控制器（ＰＬＣ）、無線傳輸模塊ＧＰＲＳＤＴＵ以及遠程監控中心的服務器等組成，通過無線傳輸終端ＧＰＲＳＤＴＵ將ＰＬＣ采集的數據傳送到遠程監控中心，從而可實現對架橋機遠程監測。

２系統監測內容及測點分布

根據國家標準《起重機械安全監控管理系統》（２０１１年５月征求意見稿）中針對架橋機的水平傳感器、垂直傳感器、水平度、支腿垂直度的具體要求，架橋機安全監控管理系統以應變作為監測內容在架橋機的前支腿左和前支腿右、后支腿左和后支腿右、主梁左和主梁右等部位布置了６個應變傳感器，用于監測應變值是否超出正常值或左右出現明顯不對稱現象，以此判斷架橋機結構或起升機構是否出現異常；以傾角作為監測內容在前支腿布置了１個傾角傳感器，用于監測前支腿是否垂直。

３架橋機監測系統的設計

3.１總體方案

本系統主要由三部分組成：ＰＬＣ、無線傳輸模塊ＧＰＲＳＤＴＵ和遠程監控中心，其結構示意圖如圖１所示。其中ＰＬＣ安裝于架橋機控制柜中，主要由電源模塊、ＣＰＵ模塊、 接口模塊、數字量輸入模塊、模擬量輸入模塊和數字量輸出模塊等組成，在對架橋機架梁、 過孔等作業實現控制的同時，將控制過程中所涉及到的相關狀態及安全信息記錄下來，并通過ＲＳ－２３２接口傳送給ＧＰＲＳＤＴＵ模塊，經由ＧＰＲＳ網絡透明傳輸至遠程監控中心。

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3.２硬件設計

（1）ＰＬＣ測控系統

    機載ＰＬＣ選用西門子Ｓ７－３００系列可編程邏輯控制器，在整個架橋過程中它主要負責主梁、前支腿、后支腿、輔助支腿、行走支腿、變頻器、前吊、后吊、前天車、后天車、前卷揚、后卷揚等架橋機各部分的監控，同時將狀態信息發送給無線傳輸模 塊ＧＰＲＳＤＴＵ。圖２為ＰＬＣ的組成框圖，ＰＬＣ系統由１個主站和２個從站聯網構成，共擴展了８個數字量輸入模塊（ＳＭ３２１）、１個模擬量輸入模塊（ＳＭ３３１）和６個數字量輸出模塊（ＳＭ３２２）。其中數字量輸入模塊和數字量輸出模塊用于實現架橋機各機構的監控， 模擬量輸入模塊主要用于采集架橋機鋼結構應變和支腿傾角的模擬量信號。應變傳感器橋路輸出信號的動態范圍只有１０ｍＶ／Ｖ左右，需配置應變放大模塊用于將微弱信號變換到適于ＰＬＣ的標準輸入信號范圍。主站與從站通過擴展通訊模塊（ＥＴ２００Ｍ，ＣＰ３４２－ ５）完成通訊過程，ＣＰＵ模塊（ＣＰＵ３１５－２ＤＰ）負責匯集、處理所有的數字量信號和模擬量信號，并通過ＲＳ－２３２接口與無線傳輸模塊ＧＰＲＳＤＴＵ相連。

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（2）監控中心服務器

監控中心服務器一般不具有靜態ＩＰ地址，而是以ＡＤＳＬ方式接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。由于服務器與無線傳輸模塊ＧＰＲＳＤＴＵ之間的無線通信由無線傳輸模塊ＧＰＲＳＤＴＵ主動發起建立，為了實現無線傳輸模塊ＧＰＲＳＤＴＵ與“動態ＩＰ”之間的通信連接， 需要借助于花生殼軟件所提供的動態域名解析服務。“花生殼”是一種在互聯網上人人可以注冊使用的動態域名解析服務客戶端軟件，在安裝有花生殼軟件的服務器上按照Ｏｒａｙ護照成功登錄之后，護照下所有激活花生殼服務的域名將與服務器的動態ＩＰ綁定，從而完成“ＤＴＵＳＩＭ卡號碼—花生殼域名—服務器動態ＩＰ”這種信息中轉方式的通信。

監控中心服務器可以實時接收并顯示架橋機的所有狀態信息， 并完成超限報警功能。

(3) 無線傳輸模塊GPRS DTU

本系統采用CAIMORE的CM3160P GPRS DTU，其為一款采用移動ＧＰＲ Ｓ網絡、帶RS-232接口、工業級設計、能夠實現TCP/UDP透明數據傳輸的無線設備。使用之前需要進入配置界面，對DTU進行配置。配置項目包括：服務器地址及端口、DTU串口通信協議、工作參數及服務器的花生殼域名等。

3.3 軟件設計

（1）監測中心軟件結構

監測中心軟件系統以VisualC#.net為開發平臺，實現服務器設置、DTU設置、傳感器設置、 數據通信、DTU狀態顯示、數據實時顯示、數據超限報警、數據存儲、歷史數據查詢等９個模塊的功能，其結構如圖３所示。其中服務器設置模塊包括工作模式選擇和偵聽端口設置；DTU設置模塊主要是對GPRS DTU的參數設置、啟停操作等；傳感器設置模塊主要是對６個應變傳感器和１個傾角傳感器的靈敏度、動態范圍等參數設置；數據通信模塊負責完成服務器與DTU之間的命令、狀態和數據的GPRS傳輸；DTU狀態顯示模塊包括用戶ID號、 登錄時間、用戶電話號碼（DTU SIM號）、動態IP等信息；數據實時顯示模塊實現架橋機各個組成部件的狀態信息以及應變傳感器和傾角傳感器的實時曲線顯示；超限報警模塊負責在應變和傾角傳感器的狀態超出設置范圍時鳴笛方式報警；數據存儲模塊完成數據入庫存儲； 歷史數據查詢模塊是指用戶可以根據數據名稱和采集時間來調閱該架橋機在所有施工過程中記錄的人工操作和設備狀態的詳細資料。

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（2）監測中心數據通信方式

監測中心軟件采用基于TCP/IP協 議 中 的Socket實現服務器端的數據通信，具體過程如圖４所示。首先創建服務器套接字（Socket），然后對服務器套接字進行信息綁定（Bind）， 并開始監聽連接（Listen），等待接受來自客戶端的連接請求（Ac-cept ），如果客戶端（DTU） 有連接請求就開始數據傳輸（Send/Receive），傳輸完畢后關閉套接字（Close-Socket）。

4．系統測試結果

圖５為架橋機狀態監測系統主顯示界面，左側為架橋機各機構導航欄，雙擊任意機構可查看該機構當前具體的操作和狀態信息；下側為模擬量信息顯示欄， 通過勾選不同機構， 可以查看和比較前支腿（左、右）、后支腿（左、右）和主梁（左、右）等機構同一時刻的受力和傾角偏斜情況。

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測試結果表明，通過GPRS網絡對架橋機各個工況下安全狀態進行監測及超限報警的技術方案可行，通過該系統，專業管理人員可以隨時、隨地接入Internet，實時查看架橋機整個工作過程的人工操作與結構狀態信息，必要時，可對數據作進一步分析，為實現架橋機故障的遠程診斷與維護提供技術保障。

5．總結

本系統通過GPRS網絡，將PLC采集的數據高速、可靠、及時地上傳到遠程監控中心， 實現了架橋機安全狀態的遠程監測，實驗結果證明了系統軟、硬件設計的合理性。該系統不僅實現了架橋機遠程監測和信息化管理，而且為實現架橋機遠程故障診斷、提高架橋機管理水平、優化架橋機施工組織打下了良好的基礎。此外，本系統通用性好，只需對監控中心管理程序稍做修改，即可應用于其他遠程監控系統，具有非常廣闊的應用前景。