隨著 Internet 技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，起重設(shè)備的實時監(jiān)控與診斷日益朝網(wǎng)絡(luò)化和無線遠程化發(fā)展，已經(jīng)構(gòu)建了基于數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通道。但對于現(xiàn)場作業(yè)復(fù)雜的工程機械而言，技術(shù)和管理人員往往需要對遠程裝備作業(yè)情況進行直觀了解，以往的遠程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面只包括二維信息，不能實現(xiàn)設(shè)備的遠程 3D 信息化監(jiān)控而基于攝像頭的遠程視頻工況監(jiān)控系統(tǒng)只能監(jiān)控一、兩個最重要的機構(gòu)動作，由于傳輸數(shù)據(jù)量大，使其只能在駕駛室應(yīng)用，不能用作遠程工況視頻監(jiān)控采用 VＲML (Virtual ＲealityModeling Language) 構(gòu)建的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)效率低，著色渲染速度慢，沒有底層控制，并不能滿足架橋機 3D 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的需要。

針對以上情況，本文基于組態(tài)軟件 GENE-SIS64 技術(shù)開發(fā)了一套架橋機 3D 遠程虛擬監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并應(yīng)用 3G 通訊及云服務(wù)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與存儲，3D 遠程監(jiān)控系統(tǒng) 通 過 訪 問 云 服 務(wù) 獲 取 數(shù) 據(jù)，在 GENE-SIS64 軟件中驅(qū)動 3D 模型運動，實現(xiàn)遠程監(jiān)控中心的架橋機工況真實再現(xiàn)，為管理和評判提供直觀依據(jù)。

1架橋機3D遠程監(jiān)控系統(tǒng)介紹

(1)系統(tǒng)功能

架橋機 3D 遠程監(jiān)控系統(tǒng)基于組態(tài)軟件 GENE-SIS64 創(chuàng)建，具有監(jiān)控架橋機工作過程和指定運行參數(shù)能力，能夠?qū)χ匾倪\行參數(shù)和安全狀態(tài)進行記錄并管理，并實時顯示架橋機報警信息。結(jié)合 GENESIS64 獨特的 3D 視圖以及 WIN7 展示技術(shù)，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時驅(qū)動架橋機 3D 模型運動，系統(tǒng)首次實現(xiàn)了設(shè)備遠程 3D 監(jiān)控。

（2）架橋機3D遠程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

架橋機監(jiān)控系統(tǒng)采用的是現(xiàn)場監(jiān)控與 3D 遠程監(jiān)控并存的方案。現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)主要由工控機和PLC 構(gòu)成，工控機采用自主開發(fā)的監(jiān)控軟件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示以及數(shù)據(jù)上傳。PLC 完成系統(tǒng)的控制與保護。系統(tǒng)以西門子 S7 300PLC 作為控制單元，工控機與 PLC 通過以太網(wǎng)進行通訊。PLC 與架橋機各驅(qū)動器以 ProfiBus 通訊協(xié)議進行通訊。此外，對于位移傳感器、角度傳感器、編碼器等通過 CAN 控制器接入工控機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，通過將起重量限制器以 ＲS232 接入工控機來實現(xiàn)起重量及風(fēng)速數(shù)據(jù)的采集。

工控機采集數(shù)據(jù)經(jīng)過解析在工控機上實現(xiàn)架橋機現(xiàn)場監(jiān)控，工控機通過 3G 無線網(wǎng)卡，將本地數(shù)據(jù)上傳云服務(wù)器，3D 遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過訪問云服務(wù)數(shù)據(jù)接口讀取數(shù)據(jù)，并將其存 儲在SQLSEＲVEＲ 數(shù)據(jù)庫中，GENESIS64 通過讀取數(shù)據(jù)庫中的各監(jiān)控項數(shù)據(jù)，驅(qū)動提梁機 3D 模型運動并顯示運行參數(shù)、實時數(shù)據(jù)、報警信息。架橋機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1 如示。

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（3）GENESIS64 與數(shù)據(jù)源連接

系統(tǒng)通過 C#編寫的應(yīng)用程序訪問云服務(wù)數(shù)據(jù)接口獲取數(shù)據(jù)，并將實時數(shù)據(jù)存儲在本地 SQLSEＲVEＲ 數(shù)據(jù)庫中，為建立 GENESIS64 與數(shù)據(jù)庫的連接，需在 GridWorX64 Server 中完成以下設(shè)置:

1) 連接數(shù)據(jù)庫

支持連接 SQL SEＲVEＲ、Oracle、SAP、OLEDB、ODBC 等數(shù)據(jù)庫;

2) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)源包含 SQL 命令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫表中各列的選擇、插入、更新、刪除;

3) 設(shè)置刷新周期

運用時間觸發(fā)器，可使數(shù)據(jù)刷新周期達到毫秒級，但較短的刷新周期將占用較多系統(tǒng)資源，影響系統(tǒng)性能。綜合考慮，本系統(tǒng)刷新周期設(shè)為 300 ms。

   如前所述，配置 GENESIS64 各組件可在數(shù)據(jù)瀏覽器中讀取數(shù)據(jù)庫各監(jiān)控項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)瀏覽器提供了連接數(shù)據(jù)源的工具，可連接的數(shù)據(jù)源包括 OPC UA 標簽、全局別名、仿真數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫。GENESIS64 通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口 (數(shù)據(jù)瀏覽器) 讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)依次經(jīng)過應(yīng)用服務(wù)器、運行時架構(gòu) FrameWorX，到達客戶端各組件顯示輸出或驅(qū)動 3D 模型運動，GENESIS64數(shù)據(jù)流程如圖2 所示。其中應(yīng)用服務(wù)器包括 Alarm-WorX64 Server ＆Logger、TrendWorX64 Logger、Unified Data Manager; 客戶端組件包括 GraphWorX64、AlarmWorX64 Viewer、TrendWorX64 Viewer、Earth-WorX64; FrameWorX 負責(zé)組件間數(shù)據(jù)交換，也有數(shù)據(jù)聚集、數(shù)據(jù)預(yù)取、數(shù)據(jù)橋接、數(shù)據(jù)通道等優(yōu)化加速功能。

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2．架橋機3D遠程監(jiān)控系統(tǒng)-GENESIS64 組態(tài)設(shè)計

根據(jù)架橋機安全監(jiān)控功能需求，將系統(tǒng)設(shè)計為不同的功能模塊，主要的功能模塊有主界面、報警信息、趨勢曲線、地理信息，各組態(tài)界面通過功能按鈕實現(xiàn)切換。

（1）主界面

架橋機3D 遠程監(jiān)控系統(tǒng)主畫面在 Graph-WorX64 中制作完成，GraphWorX64 是 GENESIS64重要的組件，系統(tǒng)的其他功能模塊都添加在該組件中。在 GraphWorX64 中，主界面包括3D可視化及2D信息。

1) 3D 可視化

GENESIS 64 支持3D視圖，是其相較于傳統(tǒng)的組態(tài)軟件而言最大的特點。GraphWorX64 支持3D 動態(tài)效果，支持 3D 模型的位移、旋轉(zhuǎn)、隱藏、甚至碰撞等效果，三維的組態(tài)畫面非常適合于機械設(shè)備的動作監(jiān)控，架橋機動作過程可直觀地在畫面上展示。在架橋機 3D 遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，提梁機作業(yè)的整個動作包括運梁車喂梁、前起升機構(gòu)馱梁、落梁與整車過孔等，都可在3D視圖中顯示。在3D視圖中應(yīng)用 Camera view 功能可獲得客制化的視野，為用戶提供豐富的視角。

2) 2D 信息

GraphWorX64 支持 2D 畫面的制作。在 Graph-WorX64 中預(yù)置了許多功能，大多數(shù)情況下用戶都不需要腳本。主界面 2D 信息包括面板信息及設(shè)備狀態(tài)信息。點擊 3D 視圖中的架橋機模型，主界面出現(xiàn)面板提示信息，其主要包括設(shè)備運行參數(shù)信息 (包括行走模式、速度模式、環(huán)境信息等);設(shè)備狀態(tài)信息主要包括各起升機構(gòu)狀態(tài)及控制器狀態(tài) (包括各鉗盤狀態(tài)、上升下降限位狀態(tài)、各控制器狀態(tài))。當(dāng)控制器狀態(tài)異常時，其前的狀態(tài)圖標將顯示為紅色; 狀態(tài)正常時，狀態(tài)圖標為綠色。

（2）報警信息

1) 報警配置

報警配置是在 AlarmWorX64 Server 中完成的，其報警類型主要分為 5 種: 數(shù)字量報警、模擬量報警、偏差報警、變化率報警、觸發(fā)報警。

AlarmWorX64 Server 提供延遲設(shè)置，通過設(shè)置時間延遲，當(dāng)報警條件在延遲時間后仍滿足時才觸發(fā)報警，這對監(jiān)控項瞬時波動的場合很有工程意義。對于架橋機起重量 100% 報警，起升機構(gòu)在提梁過程中由于機械振動引起瞬時過載，可能觸發(fā)起重量 100% 報警引起誤判，當(dāng)通過設(shè)置延遲時間后，只有延遲時間過后報警條件依然滿足時才顯示，避免了系統(tǒng)因瞬時過載引起的誤判。另外，AlarmWorX64 Server 也提供緩沖區(qū)設(shè)置，可減少因傳感器信號波動引起的誤判，其原理如圖 3 所示。通過設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)即圖中點畫線，當(dāng)傳感器信號波動時，只有當(dāng)信號超過緩沖區(qū)上限時才出現(xiàn)報警提示，有效避免因信號波動引起的誤報。

2) 報警顯示

報警顯示在 AlarmWorX64 Viewer 中實現(xiàn)，包括實時報警和歷史報警。AlarmWorX64 Viewer 能顯示報警標簽名、報警類型、報警時間及報警描述等。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)報警信號時，系統(tǒng)將產(chǎn)生報警提示，同時可以查找歷史報警記錄。AlarmWorX64Viewer 支持生成歷史報警報表，支持歷史報警打印。

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（3）趨勢曲線

趨勢曲線由 TrendWorX64 組件實現(xiàn)，趨勢曲線配置是在 TrendWorX64 Logger 中完成的，在TrendWorX64 Logger 中主要完成以下設(shè)置:

1）設(shè)置數(shù)據(jù)采樣頻率和標簽刷新周期上述2 項將顯著影響 TrendWorX64 Logger 以及數(shù)據(jù)庫所占資源，影響系統(tǒng)性能，需根據(jù)實際情況考慮。

2) 設(shè)置數(shù)據(jù)收集開始及結(jié)束時刻可以設(shè)置時間點或布爾表達式以確定 TrendWorX64 Logger 何時開始記錄收集數(shù)據(jù)或停止數(shù)據(jù)收集。

3) 設(shè)置數(shù)據(jù)庫表管理策略包括 Trend-WorX64 Logger 設(shè)置數(shù)據(jù)庫表的數(shù)量及表的大小以及何時創(chuàng)建新表，數(shù)據(jù)庫優(yōu)化、負載平衡等。

4) 配置標簽 指定標簽數(shù)據(jù)源，將數(shù)據(jù)項與TrendWorX64 Logger 建立聯(lián)系。

GENESIS64 通過訪問云服務(wù)器獲取設(shè)備運行參數(shù)，在 TrendWorX64 Viewer 中實時顯示。Trend-WorX64 Viewer 具有豐富的細節(jié)設(shè)置，而且支持2D及3D效果。

（4）地理信息

地理信息模塊由 EarthWorX64 組件實現(xiàn)的，現(xiàn)場通過 GPS 定位裝置獲取架橋機地理位置參數(shù)將其上傳云服務(wù)器，架橋機 3D 遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過訪問云服務(wù)器，獲得設(shè)備當(dāng)前位置的經(jīng)緯度值，在EarthWorX64 地圖中實現(xiàn)設(shè)備地理信息標注顯示。在 EarthWorX64 中也能實現(xiàn)地圖導(dǎo)航，包括平移、縮放; EarthWorX64 支持多種地圖模式，用戶可輕松切換，具體包括街拍模式、航拍模式、俯瞰模式; 在俯瞰模式下地圖上顯示街區(qū)建筑物等三維圖像，具有傾斜視角，可以旋轉(zhuǎn)視角。

在 EarthWorX64 添加智能圖釘，不僅能實現(xiàn)設(shè)備的地理標注、設(shè)備狀態(tài)顯示、還能實現(xiàn)報警提示。當(dāng)設(shè)備故障時，智能圖釘不停閃爍，給出報警提示，智能圖釘包含信息面板，

信息面板中包括設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、累次工作時間等。對信息面板添加消隱、收縮、觸發(fā)等動作，增強了界面的動態(tài)交互性。

3.架橋機3D遠程監(jiān)控系統(tǒng)總結(jié)

架橋機由于其工藝和結(jié)構(gòu)特點，其使用上存在隱患，架橋機 3D 遠程監(jiān)控系統(tǒng)對于保障生產(chǎn)安全和方便生產(chǎn)管理具有重要意義，相對國內(nèi)同類監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下特點:

1) 將 GENESIS64 應(yīng)用到起重設(shè)備遠程監(jiān)控領(lǐng)域，通過施工場景及架橋機 3D 模型的構(gòu)建，利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)驅(qū)動三維模型運動，實現(xiàn)了架橋機 3D 遠程虛擬監(jiān)控。

2) 系統(tǒng)將 HMI/SCADA 系統(tǒng)、三維 (3D) 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和 GIS SCADA 統(tǒng)一在一個平臺。

目前，該系統(tǒng)已投入使用，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運行正常，應(yīng)用 GENESIS64 構(gòu)建起重設(shè)備3D 遠程虛擬監(jiān)控系統(tǒng)是一個新的嘗試，其技術(shù)路線值得推廣。