謝海建

(華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450015)

0 引言

受“3060目標(biāo)”的影響，中國(guó)政府將大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電，這為風(fēng)電吊裝行業(yè)提供了巨大的發(fā)展前景。華電鄭州機(jī)械院成功研發(fā)了自升式、全自立、無附著式FZQ1650型高塔架風(fēng)電塔機(jī)，能有效滿足2 MW～4 MW、180 m高度的風(fēng)機(jī)安裝需求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)塔機(jī)安裝風(fēng)機(jī)的空白。風(fēng)電塔機(jī)具有噸位大、拆裝頻繁及流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)吊裝隊(duì)伍多為小型安裝施工隊(duì)，專業(yè)素質(zhì)低。因此，風(fēng)電塔機(jī)在使用中需要解決設(shè)備的安全監(jiān)管問題和故障處理時(shí)效性差的問題。

隨著AI技術(shù)的發(fā)展，基于振動(dòng)和視頻的監(jiān)測(cè)對(duì)設(shè)備健康方面的監(jiān)視日漸成熟，但數(shù)據(jù)傳輸量大、時(shí)延低，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸層要求很高。5G作為新一代的信息通信技術(shù)，可有效滿足增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)和超高可靠低時(shí)延通信三大應(yīng)用場(chǎng)景的信息傳輸需求。將5G、物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)械，可提升起重機(jī)的安全監(jiān)管、故障分析及處理能力。

1 云監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

搭建基于云平臺(tái)的風(fēng)電塔機(jī)大數(shù)據(jù)中心，對(duì)采集的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)皆破脚_(tái)，通過分步計(jì)算、對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行快速整合，可實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的加速處理和實(shí)時(shí)分析。云監(jiān)控平臺(tái)虛擬化三層架構(gòu)如圖1所示。

圖1 云監(jiān)控平臺(tái)虛擬化三層架構(gòu)

為了滿足網(wǎng)絡(luò)開放互聯(lián)、信息共享和隨處可見的要求，風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)控系統(tǒng)選用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)模式。在B/S模式中，用戶客服端不需要其他軟件和配置，直接在瀏覽器上通過URL就能遠(yuǎn)程訪問監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并能實(shí)現(xiàn)同服務(wù)器的應(yīng)答交互；B/S網(wǎng)絡(luò)模式將整個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)文件與業(yè)務(wù)程序置于Web服務(wù)器層，因此，只需配備一臺(tái)能滿足系統(tǒng)安全且穩(wěn)定運(yùn)行的服務(wù)器，瀏覽器層用戶只需要擁有一臺(tái)可聯(lián)網(wǎng)PC機(jī)或移動(dòng)的設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)功能。風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)控系統(tǒng)B/S架構(gòu)如圖2所示。

圖2 風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)控系統(tǒng)B/S架構(gòu)

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能需求分析

不同種類的起重機(jī)在結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格與參數(shù)上各有差異，但根據(jù)GB/T 28264-2017 《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》文件要求，結(jié)合自身產(chǎn)品特點(diǎn)和實(shí)際需求，風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)主要具備以下功能：

(1)系統(tǒng)能對(duì)起重機(jī)關(guān)鍵部件，如減速箱、鋼絲繩卷筒、電機(jī)、變頻器、力矩限制器、空氣開關(guān)及限位開關(guān)等的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與采集，風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表1所示。

表1 風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

(2)系統(tǒng)能對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和歷史回溯。

(3)系統(tǒng)可遠(yuǎn)程診斷分析設(shè)備故障，特別是對(duì)變頻器故障、減速機(jī)振動(dòng)進(jìn)行故障分析。

2.2 云監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

風(fēng)電塔機(jī)云平臺(tái)監(jiān)控及診斷分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路如下：通過5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，將風(fēng)電塔式起重機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存入到阿里云服務(wù)器中，并通過在云上布置Web服務(wù)器，將狀態(tài)參數(shù)特征信息推送到瀏覽器端并以數(shù)值、圖表、曲線等形式在網(wǎng)頁上呈現(xiàn)。授權(quán)用戶登入監(jiān)控系統(tǒng)頁面，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及診斷，隨時(shí)掌握起重設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)工況。風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

由圖3可以看出，風(fēng)電塔機(jī)云監(jiān)控系統(tǒng)主要分為如下3個(gè)部分：

(1)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)的采集包含兩部分：視頻攝像機(jī)和減速機(jī)振動(dòng)傳感器通過Internet網(wǎng)建立起5G網(wǎng)關(guān)的連接；PLC做為現(xiàn)地控制器，也可視為邊緣計(jì)算器，對(duì)風(fēng)電塔機(jī)需要監(jiān)測(cè)的部位進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、特征提取，將數(shù)據(jù)通過Internet網(wǎng)建立起同5G DTU模塊的連接。

(2)數(shù)據(jù)的5G傳輸。利用5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電塔式起重機(jī)和阿里云服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)無線連接。將中國(guó)移動(dòng)或者中國(guó)聯(lián)通的SIM卡裝至風(fēng)電塔機(jī)DTU模塊的卡槽，并安裝好GPRS天線，信號(hào)穩(wěn)定后DTU模塊就已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)。DTU模塊發(fā)送無線數(shù)據(jù)被5G基站接收，并最終傳輸至阿里大數(shù)據(jù)服務(wù)中心。

(3)云存儲(chǔ)、監(jiān)測(cè)及故障分析。風(fēng)電塔機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫布置在云服務(wù)器上，數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作，項(xiàng)目存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)概括為以下三類：①風(fēng)電塔式起重機(jī)各個(gè)部位的狀態(tài)參數(shù)；②管理用戶登入數(shù)據(jù)；③歷史預(yù)警信息數(shù)據(jù)和故障診斷信息等。同時(shí)歷史數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，需要設(shè)定存儲(chǔ)周期，定期清除過期數(shù)據(jù)及對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。

3 云端接收數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)

OPC規(guī)范定義了一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，目的是作為通信驅(qū)動(dòng)接口，允許標(biāo)準(zhǔn)化的讀取和寫入自動(dòng)化設(shè)備上的當(dāng)前數(shù)據(jù)。因此，只要控制用的軟件或設(shè)備支持OPC，OPC就可以成為各類設(shè)備之間進(jìn)行通信的公用接口。OPC與Active X/COM/DCOM的通訊機(jī)制一致，是一種客戶/服務(wù)器模式，一個(gè)客戶端可以訪問多個(gè)服務(wù)器，即從多個(gè)設(shè)備(服務(wù)器)中獲取數(shù)據(jù)。

3.1 云端接收數(shù)據(jù)與處理程序

在5G DTU模塊內(nèi)部，已將各個(gè)傳感器的地址和數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，作為一個(gè)OPC組態(tài)對(duì)象進(jìn)行封裝。因此，在風(fēng)電塔機(jī)云端服務(wù)中心，用VB語言開發(fā)OPC客戶端，就可以方便地連接多個(gè)風(fēng)電塔機(jī)，獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。VB程序處理思路：連接OPC Server服務(wù)器，建立OPC組，添加OPC標(biāo)簽，同步讀寫，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，斷開OPC連接，然后封裝成OPC類模塊。OPC客戶機(jī)程序流程如圖4所示。

圖4 OPC客戶機(jī)程序流程

3.2 云端數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

風(fēng)電塔機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫布置在云服務(wù)器上。用VB開發(fā)OPC客戶端，直接讀取5G DTU模塊內(nèi)部OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，利用VB語句定時(shí)讀取寫入SQL數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)。ADO是一種程序?qū)ο?，用于表示用戶?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和所包含的數(shù)據(jù)。在VB編輯器中，利用ADO以及ADO的附加組件來創(chuàng)建或修改表和查詢、訪問外部SQL數(shù)據(jù)庫。

VB用ADO連接SQL Server數(shù)據(jù)庫，主要代碼如下：

Public Const conn As String ="Provider =SQLOLEDB.1;Password =sa;UserID =sa;Initial Catalog =StudentFiles;Data Source =localhost"

Public Const CONNECT_LOOP_MAX =10′一次執(zhí)行connect操作，可以訪問數(shù)據(jù)庫的次數(shù)

Private IsConnect As Boolean′標(biāo)記數(shù)據(jù)庫是否連接

Private Connect_Num As Integer′標(biāo)記執(zhí)行Connect()函數(shù)后訪問數(shù)據(jù)的次數(shù)

Private cnn As ADDODB.Connection′連接數(shù)據(jù)庫的Connect對(duì)象

Private re As ADDODB.Recordset′保存結(jié)果集的Recordset對(duì)象

//連接數(shù)據(jù)庫

Private Sub Connect()

′如果連接標(biāo)記為真，則返回。

IF IsConnect =True Then

Exit Sub

End If

Set cnn =New ADODB.Connection′關(guān)鍵new用于創(chuàng)建新對(duì)象cnn

cnn.ConnectionString =conn

cnn.Open

4 結(jié)束語

起重機(jī)遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)對(duì)于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)來說是一種增值服務(wù)，目前傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已發(fā)展到了瓶頸期。作為起重機(jī)廠家，要更加關(guān)注如何為用戶提供更好的服務(wù)和技術(shù)支持，這有利于用戶設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。同時(shí)也可以為今后產(chǎn)品的升級(jí)改造，甚至新產(chǎn)品的開發(fā)提供實(shí)際的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)支持。利用5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將客戶端、數(shù)據(jù)服務(wù)器及Web服務(wù)器布置在阿里云主機(jī)上，去除了硬件購置成本和日常維護(hù)費(fèi)用，對(duì)于中小起重機(jī)廠家具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。