煤层气车载钻机远程监控系统设计.pdf

工矿自动化 In d ustryan d Min eAutomation 第45卷第6期 2019年6月 Vol. 45 No. 6 Jun 92019 文章编号1671-251X201906-0105-04DOI10. 13272/j. issn . 1671-251x. 2019030036 煤层气车载钻机远程监控系统设计 赵良12 1.中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077 2. Sc hool of Con struc tion Mac hin ery, Chan gan Un iv ersity, Xian 710064 , Chin a AbstractIn v iew of problems of poor un iv ersality, in c on v en ien t in stallation an d weak an ti-in terferen c e ability of c ommun ic ation existed in c urren t remote mon itorin g system of d rillin g rig, a remote mon itorin g system for c oalbed methan e truc k-moun ted d rillin g rig was d esign ed . The system c on sists of v ehic le termin al, bac k-en d serv er an d mon itorin g an d man agemen t plat. The v ehic le termin al c ollec ts real time run n in g status d ata of d rillin g rig through CAN bus, an d upload s the d ata to the bac k-en d serv er through TCP/IP protoc ol. The mon itorin g an d man agemen t plat ad opts B/S arc hitec ture to ac c ess the bac k-en d serv er d ata through HTTP protoc ol an d d isplays run n in g status of d rillin g rig. The applic ation results v erify effec tiv en ess of the system. Key words c oalbed methan e min in g； truc k-moun ted d rillin g rig; remote mon itorin g； v ehic le termin al; bac k-en d serv er]mon itorin gan d man agemen tplat 0引言 煤层气车载钻机作为煤层气开采的重要设备之 一，其结构组成复杂，工作环境恶劣，信息化水平较 低，导致钻机现场施工人员与制造商沟通信息不对 等，技术人员无法异地读取钻机钻进数据，造成钻机 维修周期长、维护成本高，影响钻机施工效率和质 量。利用数字化、网络化思想设计远程监控系统，对 于实时掌握钻机运行状态、提升钻机服务效率具有 重大意义。目前，已有远程监控系统应用于旋挖钻 机、石油钻机、井下钻机等 T,但存在通用性不强、 安装不便、通信抗干扰能力弱等问题。本文设计了 一种煤层气车载钻机远程监控系统，可实现钻机实 时数据采集、远程数据查看、历史数据存储与回放功 能，从而指导现场施工人员正确维护钻机，为钻机性 能优化改进提供参考依据。 收稿日期收稿日期019-03-12；修回日期修回日期2019-05-27 ;责任编辑责任编辑盛男. 基金项目基金项目国家重点研发计划资助项目2018YFC0808203. 作者简介作者简介赵良1986 ，男，男，陕西合阳人，博士研究生，助，助理研究员，主要从事钻探技术装备电控系统研发工作,E-mail; zhaolian g c c tegxian .c om 引用格式引用格式赵良煤层气车载钻机远程监控系统设计工矿自动化，019,456 105-108. ZHAO Lian g9Design ofremote mon itorin g system for c oalbed methan e truc k-moun ted d rilin g rig J9In d ustry an d Min e Automation 2019 456105-108. 106 工矿自动化 2019年第45卷 1系统总体结构 煤层气车载钻机远程监控系统由车载终端、后 器和监控管理 ，如图1所示。车载 端安装于钻机电控系统控制箱内部，车载终端与 机电控系统控制箱之 CAN总线通信，采 集钻机发动机状态、压力、温度、倾角等数据，当车载 端出现严重错误时，可自动关闭并脱离CAN总 线，以保证CAN通信 节点 影响W 车载终端采集的数据通过TCP/IP协议发 器， 器 与 控 理 之 HTTP协议， 通 算机或移动终端，使用 固定IP 访问监控管理 ，查 器 据「8）。 监控管理平台 图1煤层气车载钻机远程监控系统组成 Fig. 1 Composition of remote mon itorin g system for c oalbed methan e truc k-moun ted d rillin g rig 2车载终端车载终端 2. 1 硬件设计 车载终端由微处理器、电源、SD卡存储模块、 CAN总线通信 、GPRS通信模块、GPS定 [ 块及传感器信号采集A/D ，如图2所 示o微处理器选用 ARM7TDMI微控制器 LPC2368FBD100,其具有 512 kB 的高速 Flash 存 储器，内部集成2路CAN控制器，配合CAN收发 器TJA1050,可提 动发送和接收性能，降低电 磁辐射。为提高CAN总线节点抗干扰能力，在 CAN控制器和CAN收发器之间采用光耦6N137 进行隔离。考虑到钻机施工 处于信号弱区 ， 车载 端 集 据 时 传 而丢失，通过微控制器内部SPI总线CS,CLK， DataInDataOut4线进行数据通信，并利用SD卡存 储模块临时存 据；SPI总线接口 隔离 器ADuM1411,可同时实现4线信号隔离，不仅提 了传输速率和瞬 制能力，还减少了接口 量，提高了车载终端数据存储的稳定性（「10）。 GPRS通信 MC35无线通信 ，其支持 TCP/IP协议，可直接与In tern et互通，实现车载终 端与后台服务器之间数据传输。GPS定位模块选 ATK-NEO-6M ，通 收定 信号 确定钻机位置， 自带 益LNA芯片和 陶瓷天线， 力强， IPX接口用寸 有源天线，环境适 力强。 图2车载终端硬件结构 Fig.2 Hard warestruc tureofv ehic letermin al 2. 2 软件设计 车载终端 程初始化完成后接收CAN 总线报文，并将报文存 SD卡存 ，同时 自动 GPRS通信 部Flash空间，再将SD 卡存 部数据发 空间足够的Flash中， 当GPRS信号正常时，车载终端将Flash内数据发 器。 CAN总线通信基于CAN2. 0B及CANopen协 议，数据帧发送格 制报文（1）。部分 CAN总线报文 析见表1报文统一采用8个 字节的标准帧，开关量 发送，模拟量以2 节 （高字节 、低字节 ）发送， 制报文转 换为十进制测量值，测量值与精度相乘后获得实 际值 表1部分CAN总线报文及解析 Table1 Part of CAN bus messages an d an alysis D报文参数量值精度实际值 3003 油量返回值 816 303 1304 油量测量值 1043 0. 01 10.43 71 06油温返回值1 559 66 0E油温测量值3 6860. 01 C 36.86 C AB 05发动机转速1 4511 r/min1451r/min 104 B0 00冷却液温度 176 0. 1 C 17.6 C 2B00 机油压力 43 0. 01 MPa 0.43 MPa 8C 0A电瓶电2 7000. 01 V27.00 V 0504 桅杆倾角返回值1 029 202 B411 桅杆倾角测量值4 5320. 0145. 32 A200 底盘倾角返回值 162 B122底盘角量值 8 8810. 01 88.81 3 监控管理平台监控管理平台 监控管理平台软件采用B/S架构，主要由浏览 器.Web 器和数据 器 通过浏 2019年第6期赵良煤层气车载钻机远程监控系统设计・107・ 览器登录监控管理平台，利用服务器实现数据处理 、业务处理 面存储管理等功能，信息资 源共享程 ，易于维护和升级12 o 控管理平台 功能如图3所示。 图3监控管理平台功能 Fig.3 Fun c tion ofmon itorin gan d man agemen tplat 1设备管理首页数据显示钻机钻进主要参 数,分为报警显示、状态显示 据显示3 域； 部数据显示钻机 所有参数的 据，方便 后期 诊断 特定时 据 曲线 分析, 据导出，为数据回查 机后期优化 提 据；根据车载终端GPS定 发送的数 图 4 控 理 面 In terfac eofmon itorin gan d man agemen tplat Fig.4 现场应用结果表明， 车载钻机远程监控 系统 车 载 机 参 实 时发 控 理 ，监控管理 隔30 s 据，基本湿 进监控需求；监控管理平台显示数据与钻机 显 示数据吻合。 5结语 煤层气车载钻机远程监控系统利用CAN总线 和In tern et通信方式传 据，克服了 据异 据，基于百度地图能清晰查看目前钻机位置。 2 终端管理绑定或解除车载终端。 3 账号管理修改 信息，对 信息 进行身份确 绑定，实现分级管理。 4 角色管理实现各角色的权限分配，设置管 理员与 号访 限。 5 系统设置修改数据刷新时间，如当钻机处 于长时间停机状态时，减少数据传 率；自定 端名称。 6 系统日志实时记录账号登录时间、IP及操 作，并能实现 导出。 4系统应用 煤层气车载钻机远程监控系统在 ZMK5530TZJ100型车载钻机上进行了应用13。总 线发送数据782个字节，车载终端 收1 〔 据约15 s。为保证数据不被 、 ， 据 查看的实时性和有效性，车载终端发 据间隔设 为30 s。钻机运行24 h 线远程监控，用户登录 ，监控管理 面如图4所示。 地查询困难的缺点，保证了通信的稳定性；采用B/S 架构实现了数据存储、查询、分析、显示等。该系统 的应用缩短了钻机故障处理时间和维修周期，降低 了 机维 。 参考文献References 1 王兴刚，李来平.GPS远程监控系统在旋挖钻机上的 应用［J.探矿工程岩土钻掘工程，2008,35 10 30-32. 108 工矿自动化 2019年第45卷 WANG Xin ggan g, LI Laipin g. 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