采装一体机遥操作与远程监控系统.docx

采装一体机遥操作与远程监控系统 摘要：针对采装一体机操作过程复杂、安全性不够和舒适度不足等问题，设计了采装一体机的遥操作与远程监控系统。遥操作采用PLC对遥控器输入参数进行读取和解析，完成机械的现场调试任务；远程监控采用工控机对远程操作器件输入参数进行读取和解析，通过PLC与工控机的数据交互，辅以相应的外部传感器、摄像头、远程Web前端，完成机械工况与工作环境的实时监控。现场检测结果表明，该系统可以实时掌握现场工作环境，避免了危险的发生；简化了采装一体机的操作复杂性，减少了人员调度。 0 引言采装一体机广泛应用于矿山井巷、隧道、地下工程等。其用于大型矿山作业时，主要完成对土壤、岩石、矿石、煤炭等采掘与装车，可以满足煤矿、铁矿、及有色金属矿山的剥离和采装作业。但在原始采装一体机控制中，对操作人员的技术素养有较高的要求；同时，长期重复操作一系列控制动作，不但工作强度大，而且容易让人感到枯燥与疲劳；再者，矿山作业的工作现场噪声大、粉尘大，部分场合存在高温、潮湿、辐射、有害气体，甚至塌方的安全隐患；并且随着施工质量、工作效率的提升，对职业病防护和安全方面的要求也越来越高。采装一体机包括提升、回转、推压、装载和行走5种动作，前4种动作用于采装物料，第5种动作用于移动采装一体机。本文设计的采装一体机控制系统可以通过遥控器或远程操作手柄、踏板结合各种通信设备与主控制器PLC，在原液压系统基础上，引入电液比例控制技术实现这5种动作，无需专业的操作人员即可用遥控器把采装一体机从远处驾驶到工作现场，然后在现场调试完毕后，在远离工作现场的某个舒适驾驶舱内对采装一体机进行远程控制。另外，辅以相应的外部传感器、摄像头、Web前端，可对工况与工作环境进行实时监测。1 采装一体机控制系统总体设计控制系统总体设计包括硬件、软件两大系统。硬件系统即数据源和数据宿的统称，用来完成本控制系统操作指令的下发、转发、接收、执行，并完成机械工况与环境信息采集；软件系统即硬件系统的管理者，用来协调和控制各个独立的硬件，并完成操作指令的解析、通信协议的解析与转换、控制指令的编程、Web前端的设计。(1）硬件系统设计(1)系统采用定制遥控器或远程操作手柄、踏板取代原先的手柄先导阀和行走先导阀；(2)使用远程PC机与远程操作手柄、踏板进行USB串口通信；(3)使用车载端的工控机与远程PC机通过企业路由器进行无线局域网内的通信，配有信号放大器实现信号的稳定与远距离传输；(4)使用车载端的PLC作为主控制器直接获取遥控器指令或通过建立与工控机的连接间接获取远程操作指令，执行预先编写的相应控制程序对采装一体机进行控制；(5)使用电液比例阀直接控制各个先导回路油压、流量；(6)在工作装置的所有关节位置安装转角检测传感器，同时在液压回路安装压力变送器进行实时测压，并将动作信号、压力传输至工控机，由工控机传给远程PC机；(7)在采装一体机表面的合适位置安装环境质量检测传感器与高清摄像头，传感器采集的信息传给工控机，由工控机传给远程PC机，高清摄像头采集的画面可直接通过无线局域网传给远程PC机。硬件系统设计框图如图1所示。由于本设计硬件系统需要较多的硬件设备，要将不同制造商的设备集成到一个系统，通信协议至关重要。硬件系统中建立连接时，如图1中遥控器与PLC之间采用Canopen转Modbus TCP协议，工控机与PLC之间采用Modbus TCP协议，传感器与工控机之间采用Modbus RTU协议，远程PC机与工控机之间采用TCP/IP协议。(2）软件系统设计由于本文要实现的控制过程较为复杂，所以下位机采用PLC的ST（结构文本）语言编程。本文PLC程序主要有遥控器数据解析，遥控器模式与远程操作模式下的比例阀赋值、泵驱动与散热器驱动电机启停、警铃与照明的开关功能。PLC结构化语言编程流程框图如图2所示。编写上位机IPC工控机程序，实现作为Modbus主站的IPC工控机向作为Modbus从站的传感器发送查询帧的功能，以获取传感器的响应数据帧；其次解析远程PC机下发过来的操作指令，通过Modbus TCP消息帧实现与下位机PLC的通信。上位机IPC工控机程序设计框图如图3所示。远程PC机的Web前端的开发，利用Java-Script高级语言编写，其前端界面可以导入采装一体机的三维模型，并结合各传感器实时反馈的数据让操作人员更直观地掌握采装一体机的工况以及现场的工作环境质量。Web前端程序设计框图如图4所示。2 采装一体机控制系统功能的实现本系统具有辅助控制、主控制、机械工况与工作环境质量的监测功能。(1）辅助控制功能辅助控制功能即采用定制遥控器控制采装一体机动作，遥控器操作面板如图5所示。采装一体机在进行现