液压动力站的远程监控系统的研究.pdf

De c ．2 O1 4 机床与液压 Hy d r o me c h a t r o n i c s En g i n e e r i n g Vo 1 ．4 2 No．2 4 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 2 4 ． 0 0 3 De v e l o pme nt o f r e m o t e mo n i t o r i ng s y s t e m f o r h y d r a u l i c po we r s t a t i o n j i a h a i WA N G ， ，C h a o y u e HU A N G ， Q i n g z e YU ， J i n g d o n g WE I S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，T o n g fi U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4 ， C h i n a 。 CDHK ，T o n g j i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4 ， C h i n a 1． I nt r o d uc t i o n Ab s t r a c t W it h t h e d e v e l o p me n t o f t h e i n d u s t r i a l t e c h n o l o g y t h e h y d r a u li c p o we r s t a t i o n ar e wi d e ly u s e d i n d if f e r e n t i n d u s t r i e s ． T h e h y dr a u l i c p o we r u n it e s u s u a l l y wor k i n r e mo t e a r e a s，a n d t h e a mb i e n t is v e r y p o or ，s o t h a t t h e ma i n t e n a n c e a n d ma n a g e me n t i s s u e s b e c ome i n c r e a s i n g l y p r o min e n t ．T o s o lv e t h i s p r o b l e m．t h e s e n s o r s a n d l n d r a mo t i o n ML C6 5 c a n b e u s e d t o c o l le c t a n d p r o c e s s t h e i n f o r ma t i o n．t h e wir e l e s s T e c h n o l o g y - GPRS- DT U t o t r a n s f e r r e mo t e d a t a，S QL 2 0 0 5 d a t a b a s e a n d W e b t e c h n o l o g y b a s e d o n B ／ S s t r u c t u r e t o d e s i g n t h e r emo t e mo n it o r i n g s y s 。 t e m o f t h e h y d r a u l i c p o wer s t a t io n ．1 t r e a l iz e d n o t o n ly r e a l - t ime s t a t u s mo n it o r in g，d a t a s t o r a g e a n d qu er y f u n c t ion，b u t a l s o a v is u a l d a t a ma n i p u l a t io n，t i me ly a l a r m a n d wa r n i n g f u n c t i o n s．It i s a g o o d s o l u t ion t o t h e ma i n t e n a n c e， r e g u l a t i o n a n d o t h e r p r o b le ms o f t h e h y d r a u l ic p o we r s t a t io n． Ke y wo r d s Hy d r a u l ic p o we r s t a t i o n，GP RS DT U t e c h n o l o g y，Re mo t e mo n i t o r i n g，We b t e c h n olo g y Hy d r a u l i c p o we r s t a t i o n i s a h y d r a ul i c p o we r s o ur c e s y s t e m ，whi c h i s ma i n l y ma d e up o f mo t o r s， p u mp s，h y d r a u l i c v a l v e s，a c c e s s o rie s s u c h a s fil t e r s， c o o l e r s ， b a t t e r i e s a n d o t h e r c o mp o n e n t s ． W i t h t h e d e v e l o p me n t o f i nd u s t r y，h y d r a u l i c p o we r s t a t i o n p r o v i d e s s o s mo o t h， s t r o n g a n d e a s y t o c o n t r o l p o we r e t c ． S o t h a t i t h a s g o t i n c r e a s i n g l y p r o mi n e n t ， a nd wi d e l y us e d i n h e a v y ma c h i n e r y，a g ric u l t u r a l ma c h i n c ry ，f o r e s t r y ma c h i n e r y，a u t o mo b i l e，s h i p b u i l d i n g i n d us t ry ，a e r o s pa c e i n du s t r y， mi n i ng ma c h i n e ry ， a nd r o a d ma c h i n e r y 『 1 ] ．I n t h i s i n d u s t ry， t h e r e a r e s o m e p r o b l e ms s t i l l n o t s o l v e d，e ． g． t h e t i me o f ma i n t a i n i s v e r y l o n g，t h e wo r ki n g s t a t u s o f h y d r a u l i c p o we r u n i t c a n n o t b e g o t i n t i me，t h e c o s t o f ma i n t e na n c e a n d ma n a g e me n t o f t he ma c h i n e i s v e ry h i g h． S o t h e Rec e i v ed2 01 40 72 2 J i a h a i WANG，P h D． 十C h a o y u e HUANG， E ma i l Hu a ng c h a o y u e 8 8 1 6 3．c o n d e ma n d o f t he c o mp a n y f o r r e mo t e r e a l 。。 t i me mo mt o 。。 r i n g o f t h e h y d r a u l i c p o we r s t a t i o n i s g r o wi n g． Re mo t e mo n i t o rin g t e c h n o l o g y h a s e x p e r i e n c e d t hr e e d e v e l o p me n t s t a g e s ，f r o m t h e o r i g i n a l a n a l o g t o d i g i t a l s u r v e i l l a n c e mo n i t o r i n g，a n d t h e n t o t h e c u r r e n t l y p o p u l a r n e t wo r k v i d e o s u r v e i l l a n c e mo n i t o r i n g [ 2 ] ．A t t h e s a me t i me t h e d e v e l o p me n t o f r e m o t e mo n i t o r i n g t e c h n o l o gy ha s a c hi e v e d a l o t a t h o me a n d a br o a d． Gr e a t c h a n g e s a bo a r d h a v e b e e n ma d e i n m a n y a r e a s [ 3 ]f r o m J a n u a r y 1 9 9 7，t h e f i r s t s e s s i o n o f t h e “I nt e r ne t b a s e d r e mo t e mo n i t o r i n g d i a g n o s t i c wo r k c o n f e r e n c e” t o “i n t e l l i g e n t e a r l y wa r n i n g a n d r e mo t e mo n i t o r i n g t e c h n o l o g y i n t h e fie l d o f t h e p r o d uc t i o n pr o c e s s s t u d y” b y Fr e n c h ALARM ． I n Chi n a ，T o n g j i U n i v e r s i t y，T s i n g h u a U n i v e r s i t y，Xi ’ a n J i a o t o n g Un i v e r s i t y ，Hu a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y， Ha r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y， N a n j i n g U n i v e r s i t y a n d o t h e r c o l l e g e s a n d u n i v e r s i t i e s h a v e ma de s o me a d v a n c e d r e s e a r c h，e ．g ． a r e mo t e s e r v i c e s y s t e m for ma n u f a c t u r i ng c o mp a n i e s i s d e s i g n e d b y T o n g j i U n i v e r s i t y [ 4] ．B a s e d o n t h e l a r g e p o we r s t a t i o n e q u i p me n t a r e mo t e o n l i ne mo n i t o r i n g a n d d i a g n o s t i c s y s t e ms i s d e s i g n e d b y Ts i n g h u a Un i Hy d r o me c h a t r o ni c s En g i n e e r i n g v e r s i t y [ 5 ] ．T h r o u g h t h o s e s t u d y a n d r e s e a r c h e x p e r i e nc e a t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l b a s i s i s p r o v i d e d f o r t h e d e v e l o pme n t o f r e mo t e mo n i t o r i n g s y s t e m for h y d r a u l i c p o we r s t a t i o n． 2． S y s t e m d e s i g n a nd i mpl e me n t a t i o n 2． 1 ． Sy s t e m de s i g n T h e ma i n de s i g n p r o c e s s o f r e mo t e mo n i t o r i n g s y s t e m o f h y d r a u l i c p o we r s t a t i o n s i s a s f o l l o wfir s t l y，c o l l e c t i ng t h e s i g na l f r o m fl o w v a l v e s，p r o p o rti o n a l v a l v e s ， p r e s s u r e v a l v e s a n d o t h e r c o mp o n e n t s o f e x i s t i n g h y d r a ul i c p o we r s t a t i o n，i n c l u di n g t e mp e r a t ur e，p r e s s u r e，di s p l a c e me n t a n d o t h e r s i g n a l ，whi c h s ho ul d b e p r o c e s s e d b y A／D c o nv e r s i o n a f t e r t r a ns ． mi t r e d b y t h e F i e l d bu s．a n d t h e n t h i s s i g na l wi l 1 b e i ni t i a l l y d i s p o s e d v i a t h e fie l d PC． S e c o nd l y，u s i n g t he GP RS wi r e l e s s c o mmu ni c a t i o n t e c hn o l o g y t o t r a n s mi t t h i s d a t a r e mo t e l y a nd t a ki ng a d v a n t a g e o f W e b S e r v e r t e c h n o l o g y t o v i s ua l i z e t r a n s mi t t e d da t a． a n d t h e f a u l t c a n be a na l y z e d a n d d i a g n o s e d i n a r e mo t e s e r v e r o r mo bi l e s e r v e r ． S o t h e s t a t u s o f wo r ki n g a n d c o mp o ne n t s o f hy d r a u l i c p o we r s t a t i o n wi l l b e r e c e i v e d i n r e a l t i me。a n d f a u l t a l a r m c a n be a l s o t i me ． 1 y d i s p o s e d， wh i c h i mpr o v e ma i n t e n a n c e e ffic i e n c y a n d r e d u c e ma i n t e n a n c e c o s t s ．Th e o v e r a l l s c h e me i s s h o wn i n Fi g u r e 1 ． M o b l I e d e v i c e Fi g ur e 1 ．Th e ov e r a l l s ch e me 2． 2． S ys t e m i m pl e m e nt a t i o n d l 1 1 a l Ac c o r d i n g t o t h e t e c hn i c a l c o n fig u r a t i o n o f h y d r a u l i c p o we r s t a t i o ns a n d t he d e ma n d s o f r e mo t e mo n i t o r i n g s y s t e ms ，r e mo t e mo n i t o r i n g s y s t e m o f h y d r a u l i c p o we r s t a t i o n c a n b e di v i d e d i n t o f o u r pa ns da t a a c q ui s i t i o n mo d u l e， t h e l o c a l mo n i t o r i n g mo d u l e， GPRS c o mmu ni c a t i o n mo du l e a nd t h e r e mo t e mo n i t o r i n g s t a t i o n，t h e s t r u c t u r e o f s y s t e m f u n c t i o n s i s fol l o we d i n Fi g u r e 2． Hyd r a ul i e I nf o r ma t i o n c o 1 l e c t i o n Lo c a 1 m orn t o r l n g GPRS ／ GS M Mod u 1 e He a d q ua r t e r s S e n s o r Fi e l d b us a n d A／ D t r a n s f e r l nd r a M o t i on M CL65 Lo c a l S e r ve r S t or a g e a r t d a n a i r s i s Da t a Vl s u a I L oc a l Pe r i p he r a l s l L _ 1 l 1．．．．．．．．．．．．．．．．．．一 I ／ 0 i n t e r f a c a GPRS DTU Re m o t e s e r v e r Pe r i p he r a l e q u l pmen t Fi g ur e 2． F un c t i o n s t r uc t u r e 2． 3． I n f o r m a t i o n c o l l e c t i o n s t at i o n Da t a a c q u i s i t i o n s t a t i o n i n c l u d e s s e ns o r s．fie l d b u s，A／D mo du l e．a s we l l a s P LC／MCU．Th e ma i n t r a n s d u c e r s i g n a l o f Hy d r a u l i c p o we r s t a t i o n s c o n t a i n 4～ 2 O m A， 0～ 5 V， 0～1 0 V， 0～1 V a n a l o g s i g n a l s e t c ．；0 ～ 1 0 k Hz fre q ue n c y s i g na l s o r a l l k i n d s o f c o u n t e r s i g na l s ．Cu r r e n t s i g n a l s．v o l t a g e a n d t e mp e r a t u r e s i g n a l s ， d i s p l a c e me n t s i g n a l ， wo r k pr e s s ur e a n d o t h e r s i g n a l t r a n s mi t t e d b y s e n s o r s ． Us e Pr o f i l ． BUS R， I L PB BK DP ／V1 i n Bo s c h Re x r o t h t o t r a ns f e r t he s e s i g n a l s，t o r e d u c e o n s i t e e l e c t r o ma g n e t i c i n t e ffe r e n c e a n d i mp r o v e t h e s t a b i l i t y o f s t e a d y s i g n a l t h r o u g h A／D a na l o g t o di g i t a l t r a n s i t i o n ， a n d t h e n c o l l e c t t h e s e s i g n a l s u s i n g D A Q d a t a a c q u i s i t i o n c a r d ．F i g u r e 3 i s t h e p r i n c i p l e o f c o l 一 1 e t e d i n for ma t o n． M O i l l t o r i n Fi g u r e 3．Pr i n c i p l e o f c o l l e c t e d i nf o r ma t i o n 2． 4． Lo c a l mon i t or i ng s t a t i o n L o c a l mo n i t o r i n g s t a t i o n ma i n l y c o mp o s e s o f t h e fi e l d c o mp u t e r ，t h e l o c a l d a t a b a s e a n d l o c a l p e r i p h e r a 1 s ． By u s i n g Bo s c h Re x r o t h I n d r a wo r k En g i n e e r i ng 嚣 J i a - h a i WANG，e t a l De v e l o p me n t o f r e mo t e mo n i t o r i n g s y s t e m f o r h y d r a u l i c p o we r s t a t i o n s o ftwa r e a n d S T l a n g u a g e，wh i c h a r e un i fie d p r o g r a m mi n g s t a n d a r d s l a n g u a g e a c c o r d i n g wi t h I EC6 1 1 31 3， p r o g r a m di r e c t l y o n I nd r a Mo t i o n MCL 6 5 c o n t r o l l e r t o c o nt r o l c o mpo ne n t s a n d t h e e n g i ne e rin g s y s t e m ， t h r o u g h I n d r a Mo t i o n MCL 65 c o n t r o l l e r ， s o me f u nc t i o ns c a n b e a c h i e v e d，e ． g． a n a l a r m s i g na l c a n b e p r o v i d e d，a n d t h e r e a l t i me d a t a s i g n a l s c a n a l s o b e s t o r e d i n t h e c o n t r o l l e r ． Us i n g t h e mo d ul e i n I n d r a wo r k En g i n e e r i n g f u r t h e r v i s u a l i z a t i o n i n t e r f a c e c a n be a l s o p r o v i d e d，s u c h a s c h a rts，s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f d a t a ma p e t c ． L o c a l d a t a b a s e a l s o s t o r e s a n d b a c k up s t h e d a t a wh i c h i s c o l l e c t e d i n t h e fie l d．Lo c a l p e r i p h e r a l s ma i n l y p r o v i d e p r i n t i n g s e r v i c e s d a t a． 2． 5．GPRS t r a ns m i t m o du l e 2． 5． 1． GPRS t e c h no l o g y Ge n e r a l p a c k e t r a d i o s e r v i c e GP RSi s a n e w b e a r e r s e r v i c e．wh i c h i s d e v e l o p e d o n t he b a s e o f e x ． i s t i n g GS M di g i t a l mo b i l e c o mmu ni c a t i o n s y s t e m ． I t h a s i nc r e a s e d t h r e e ma i n c o mp o n e n t s i n t he s u b s y s ． t e m n e t wo r k， wh i c h a r e t h e s e r v i ng GPRS s u p po rt n o d e S G S N ，t h e G a t e w a y G P R S S u p p o r t N o d e G GS N a n d t h e P a c k e t Co n t r o l Un i t P CU ． At t h e s a me t i me t he s o f t wa r e i s u p g r a d e d r a p i d l y， t h e r e f o r e，GS M n e t wo r k h a s s t e a d i l y u pg r a d e d t o 2G e r a a n d wi l l s t a b l e t r a n s i t t o 4 G e r a ．F o r t h e f i r s t t i me GPRS f u l l y r e a l i z e d mo bi l e I NTERNET f u n c t i o n b y a l l o wi ng i n t e r c o mmu n i c a t i o n o f t he e x i s t i n g I NTER． NET a n d n e w GPRS n e t wo r k．Th a t i s ．whe n t he u s e r c o nn e c t t h e i n t e r n e t v i a a g a t e wa y GGS N o f GPRS s y s t e m ， GGS N wi l l p r o v i d e c o r r e s p o nd i n g d y na mi c a d d r e s s， r o u t i ng， DNS， s e c u r i t y， a c c o u nt i ng a n d o t h e r s i n t e me t f un c t i o n s ． Th e mo b i l e c l i e n t c a n g e t GPRS s e rvi c e s，a s l o n g a s i t c a n p a s s t h r o u g h t h r e e s t a g e s。a t t a c h e d t o t h e GPRS n e t wo r k，a c t i v a t e Pa c k e t Da t a P r o t o c o l P DPc o n t e x t e s t a b l i s h T CP ／ UD P l i n k． Th e o r e t i c a l d a t a t r a ns f e r s p e e d o f GPRS ha s b e e n r e a c h e d 1 7 1 ． 2 Kb ／s a n d GP RS mo bi l e n e t wo r k s i s wo r l d wi d e， wi t h o u t a n y g e o g r a p h i c a l r e s t r i c t i o n s ． T ha t ’ s wh y GPRS i s us e d i n t hi s s y s t e m． 2． 5． 2． GPRS DTU GP RS DTU i s r e s p o n s i bl e for r e c e i v i n g a n d s e n di ng d a t a a n d i t i s t he k e y mo d u l e o f GP RS wi r e l e s s c o mmu n i c a t i o ns ． Hy d r a u l i c p o we r s t a t i o n a d o p t s I n d r a l Mo rio n MLC6 5 c o n t r o l l e r o f Bo s c h Re x r o t h． I n o r d e r t o b e t t e r ma t c h t he PL C c o n t r o l l e r，GP RS DTU n e e d s t o b e d e s i g n e d．GPRS DTU c o n t a i n s h a r d wa r e a nd s o f t wa r e．GPRS DTU h a r d wa r e j s d e s i g n e d b y S T ARM9 2 6 E J ． S a n d S i e me n s MC 5 5．wh i c h i s t r i ． b a n d w i r e l e s s mo d u l e ． T h e ARM9 2 6 E J S p r o c e s s o r l e a t u r e s a J a z e l l e t e c h n o l o g y e n h a n c e d 3 2 _ h i t RI S C C P U， fl e x i b l e s i z e i n s t r u c t i o n a n d d a t a c a c h e s ，t i g h t l y c o u p l e d me mo r y T C M i n t e r f a c e s a n d me mo ry ma n a g e me n t u n i t MMU ．I t a l s o p r o v i d e s s e p a r a t e i n s t r u e t i 0 n a n d d a t a AMBA AHBT M i n t e r r a c e s wh i c h a r e s ui t a b l e f o r Mu hi l a y e r AHB b a s e d s y s t e ms ．Th e ARM9 2 6 E J ． S p r o c e s s o r i mp l e me n t s t h e A RMv 5 T E J i ns t r uc t i o n s e t wh i c h i n c l u d e s a n e n h a nc e d 1 6 x 3 2 b i t mu l t i p l i e r c a p a b l e o f s i n g l e c y c l e MAC o p e r a t i o n s a n d 1 6 一 b i t fix e d po i n t DS P i n s t r u c t i o n s t o e n h a n c e pe rfo r ma nc e o f ma n y s i g na l pr o c e s s i n g a p p l i c a t i o n s a