机械设备远程监控方案DOC.docx
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机械设备远程监控方案DOC
施工机械设备远程监控方案
一、需求分析
1、设备远程控制的必要性
1）目前设备管理的难点
伴随油建公司业务的不断扩展，施工大型机械设备的应用率不断提高，同时设备分布越来越分散，但是大型设备的管理也越来越难；其一是设备动态达不能及时准确掌握.二是设备状况不能及时诊断分析维护.三是零星设备成为管理盲区.四是设备油耗得不到准确的控制。
2）设备远程控制管理将提升公司管理的一台阶
由于公司机械设备数量不断增加，也迫使机械设备的管理不断升级，然而传统的人到现场进行管理、维护已经远远不能满足公司的要求，高昂的人工成本、维护成本逐步成为公司发展的压力、甚至成为公司的发展瓶颈，因此采用设备的远程监控管理需求尤为迫切。
2、方案实现的基本功能
1）实现公司对分布在全国的工程机械设备运行数据的采集和上传，变量监控、参数设置、故障报警以及控制器程序的更新和升级。
2）提供数据库存储保存历史数据。
3）提供监控管理平台（B/S结构）供管理人员浏览控制器数据、设置现场网络设备参数。
4）提供趋势数据及业务数据报表.
5）设备故障报警，实时报警,可定义报警条件，支持超油耗报警、设备强制保养报警（更换机油、空气滤芯、材机油滤芯）。
6）基于GIS的状态监控（编辑、处理、分析）.
7）监控中心支持上800台设备的接入
8）提供远程控制台便于技术人员远程调试
9）提供数据库及通信协议访问接口
10）支持数据订阅功能，过滤冗余数据.可大大减少垃圾流量,降低运营费用.
11）可管理>800台的设备接入，并可通过升级扩展实现更多机械设备接入监控系统。
12）多种网络组网，克服地理障碍，保证通讯顺畅
系统可提供支持多种通讯网络形式的智能终端，保证分布广泛的设备采用多种网络完成远程通信。
13）支持不同品牌、不同型号的多种设备的统一接入
14）基于机型的变量管理，保证产品的兼容性、可升级性
可定义现场机械设备控制器变量。
针对不同控制器类型和编程程序，均可采用变量定义的方式实现采集所需变量的要求
15）多级用户权限安全管理
该系统是一个多用户管理系统。
系统提供多级用户权限供不同管理者使用不同资源，保证系统安全性，如超级管理员,设备管理员,生产调度员，设备监控员。
二、总体方案论证
2。
1系统组成
本系统由监测中心、通信平台、监测设备三部分组成。
1）监测中心:
由服务器、GPRS数据传输模块等组成.
2）通信平台:
中国移动公司的GPRS专网。
3）监测设备：
电源模块、采集模块、GPRS传输模块、转换器、转速传感器、电流电压互感器、温度传感器、压力传感器等。
4）
【示意图待画】
2。
2基于B/S模式的油田机械设备远程监控系统
针对油田机械设备数量多且分布范围由几十至上百平方公里,分布比较零散的特点，我司选择B/S架构作为通信的基本模式。
✧B/S模式即浏览器／服务器结构最大特点是：
用户可以通过WWW浏览器去访问Internet上的文本、数据、图像等信息，大量的数据实际存放在数据库服务器中。
客户端除了WWW浏览器，一般无须任何用户程序。
✧B/S结构具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理；业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能;维护简单方便,只需要改变网页，即可实现所有用户的同步更新;开发简单，共享性强等优点。
✧机械设备远程监控系统主要是通过对运行参数的实时检测,采用轮询-应答的通信方式,解决各种工作参数的远程传输问题,实现实时报警、实时数据采集的功能。
通过无线方式传送给设备监控中心数据库服务器，并以B/S模式,使生产管理的各个部门能够及时掌握油井工作状态,缩短设备故障处理时间，提高工作效率.油井远程测控系统可以免去人工巡井减轻工人劳动强度,并且提高了设备监控与采油数据的实时性,甚至准确性。
保证了抽油机的安全运行。
2。
3GPRS为通信平台
针对施工现场90%可电话通讯的情况,我司选择GPRS网络作为通信平台。
基于GPRS的机械设备远程监测系统充分发挥了通用分组无线业务（GPRS）数据传输的优势,只需要一次性投资远程监控终端,日常的网络管理及维护均由移动公司负责，因此具有覆盖面广、数据传送可靠、营运费用低等优点,是一种相当经济的远程监控方案。
需要注意的是,使用时要考虑当地GPRS业务的使用状况,如果有个别地方GPRS连通性差的时候还可利用GPRS模块短消息功能传送数据。
这样只要有移动公司信号的地方,都可使用该系统.
网络
优缺点
特征
祥解
网络覆盖广
GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输
GPRS
优点
数据传送可靠
信号安全性
图像传输
营运费用低
1。
按流量收费
缺点
与GPRS信号
GPRS信号无覆盖的地方不能通信
2.4采集终端硬件实现方案
【硬件设计示意图】
✧GPRS模块采用NI9205。
NI无线数据采集（Wi-FiDAQ）设备通过结合IEEE802。
11无线或以太网通信、直接的传感器连接以及灵活的NILabVIEW软件，实现着对电气、物理、机械和声音信号的远程监控。
✓每通道的数据读写速率超过50kS/s，并具有高达24位的分辨率
✓通过NILabVIEW和直接的传感器连接，简化远程监控
✓受到保护的数据经128位AES加密，具有最高的商用安全性标准
✓将无线测量无缝集成至现有系统
✧采集到的数据通过嵌入到ROM存储器的TCP/IP协议栈打包处理，再由GPRS模块将数据传输至GPRS网络，STM32F103x6模块内含2个串口：
一个与GPRS模块相连，另一个与上位机相连，采集到的数据可以通过上位机观察是否正确，现场工作人员也可以通过手持PDA连入GPRS网络，通过接收来自系统GPRS模块发送出来的数据实时监测油井现场工作参数.
✧继电器用于控制电机电源，当有异常时，中心计算机立即向终端发出控制命令，使MCU可以通过GPRS模块接收到控制指令并控制继电器使得电机停机。
✧监测现场通讯实现：
1）本设计利用TCP/IP协议来对GPRS数据进行打包和解包。
由于本系统只对油田设备工作参数进行传递，此类参数具有间断性、突发性、发送频繁并且少量等特点,因此根据需要，对TCP/IP协议结构进行了简化。
2）由于GPRS是基于IP协议的，数据包在主机与GPRS服务器间的传输，使用的是基于IP的分组，故所有的数据报文都要基于IP包。
在中国移动的接入网关CM2NET中，一般使用PPP协议与GPRS终端进行协商通信。
✧通讯链接要求
✓独具的链路检测、自动修复技术,无需人工干预，为监控系统提供可靠的网络联接.
✓联接管理技术，可以按照用户的需求在网络任何一方发起连接或者断开连接，并可实现按需连接、自动断线、手动激活等功能，节约网络资源，减少运行费用.
2。
5典型参数的采集过程
用户通过无线测控主机软件设定中国移动GPRS网络所涉及的无线通讯参数和系统数据采集参数，无线测控主机按照设定的参数控制外围设备进行数据采集,并通过GPRS等无线网络将其传输到监控中心，再以Web浏览方式提供给互联网用户,从而实现对抽油机采油过程的全面、实时监控。
1）测控主机工作过程
测控主机安装在抽油机电机的控制柜内,通过抽油机电机供电。
该设备通过无线或者有线的方式连接转速传感器、油耗传感器，温度传感器、电流电压传感器、压力传感器等，数据一方面打包处理后上传到上位机,另一方面也可以在本机显示。
通过该主机对本系统以及各传感器的参数进行设置。
2）示功图数据无线远程采集过程
无线示功仪将载荷和位移传感器集成在一起,用加速度传感器测位移。
该设备安装在方卡子和悬绳器之间,采集到载荷、位移、冲程、冲次、工作时率等参数后，以无线方式和RTU通信，把数据合包到无线测控主机;通过GPRS模块发送到监控中心服务器，服务器端软件对数据进行传输错误校验和口令校验,然后进行解释并存入数据库.
3）电参数采集处理过程
电参数模块安装在控制柜内，通过电流电压互感器将电信号以有线方式传输到采集终端,采集终端通过GPRS无线数传模块上网,把数据按照规定的格式打包上传给后台的前置机或监控中心服务器。
4）压力温度采集处理过程
采集终端的数据上传是按数据包的形式在网上传输,采集数据在上传之前经过两次打包，即首先是ModbusRTU协议打包，其次用TCP/IP打包.后台计算机接收数据也要有对应的解包过程。
5）报警信息处理过程
服务器系统管理程序能对各采集终端网络的GPRS通讯状态时实显示,出现故障报警提示；对各采集的数据出现异常及时报警提示。
2.6系统配置清单
序号
设备
数量
型号
单价（元）
客户报价（总价、项报价）
元
1
2
GPRS发射、接收模块
50
3
GPRS专网收费
4
工控机
50
5
ARM
50
6
7
NI采集卡（64通道）
20
6024E
10000
8
电源模块
9
转速传感器、温度传感器、油耗传感器等
10
摄像头
11
服务器
四、监控中心软件设计
1）编程平台
✧中心软件的设计语言采用LabVIEW图形化开发平台,它支持多核处理器可实现多线程（数据采集、数据存盘、数据分析）并行操作，提高运行效率.LabVIEW可以利用WinSock实现Socke套接字与Internet通信.C++语言应用灵活，对低层操作有很大的优越性,且对网络编程有很大的支持.LabVIEW库提供了CasyncSocket这样一个套接字库，用它实现Socket编程稳定可靠方便快捷。
2）服务器接收软件设计
✧采用NILabVIEW编程软件编写监控中心数据接收软件.该软件的主要功能是实现接收和发送UDP或TCP协议的IP数据包,以实现GPRS终端的IP协议通信。
✧由于本系统将对多个油井参数进行监控，所以在软件设计时应对每个油井开设一个线程,每个线程监听不同端口并独立接收、处理数据。
数据处理包括将接收到的各个参数存储到数据库中，同时在主界面上用曲线实时地显示出来。
✧监测中心不需要GPRS模块,通过宽带、ISDN、ADSL上网即可，且使用固定IP，可以使用UNIX或Windows服务器。
3）监控中心web页面设计
✧采用NILabVIEW软件编制人机交换画面。
包括登录、数据及示功图显示、参数设置及显示、数据查询、报警显示和报表生成等页面。
✧报警与停机。
故障报警包括当前故障信息和历史故障信息。
该系统对每个参数设置了警戒线，一旦超过该警戒线，计算机将立刻报警：
其中包括电压过压、欠压、电流过流、漏油、盗油报警等状况。
对于此类报警，监控中心会向终端设备发送控制命令以停止设备的工作
✧报表打印.该系统可对录入数据库的数据产生报表并打印。
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