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行车无线通信体系改革分析

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本文作者:曹志刚单位:上海交通大学自动化系

行车又称行吊,广泛用于港口、车间、工地,是装卸作业的重要设备。应生产单位要求,对原有系统进行设计改造。目前,国内行车通信系统基本上都是引进国外成熟技术,如德国乐可、英国得逻辑等,满足连续化生产,有自动化程度高、上下工序间的数据信息传输要求准确及时等优点,而国内尚无类似可靠的产品,可以说,行车定位及通信系统被国外厂家长期垄断,造成产品价格居高不下,进而使得维修成本昂贵。因此,有必要研发一套集成网络数据接收,同时能够进行无线转发的通信系统。

1原系统分析

原有系统从1998年使用至今,曾发生过11次较大的设备故障,稳定性差,数据频繁丢失,通信有延时,对正常作业带来严重影响。而且由于该设备为科研性质的非成熟产品,故障后也不易修复,其中的一块芯片厂家已停止生产,主从站备件已无法订购。另外,原设备采用数码管,显示信息不全面,给操作工的作业也带来一定麻烦。原有系统使用IO模块处理网络数据,资源节点有限。

2改造设计方案

整个系统可简单分为地面局和车上局以及无线设备三部分。系统图如图1所示。

2.1地面局基本方案

地面局与主原料计算机建立高效可靠的TCP连接,为了同时完成从现有网络接收数据并通过无线设备发送数据的要求,自主研发了一块带有网络支持,串口通信支持的控制板。控制板经过数据完整性判断后将数据送至无线AP,由于无需经过PIO设备,速度上和技术上比原有设备有较大提高。在设计上,力求稳定抗干扰,各种必备接口齐全,采用先进的以太网芯片,结合功能强大的cygnal单片机,达到取代PIO模块,以及工控机及其繁琐的软件系统的目的。该控制板先与现场主原料计算机建立TCP连接,每次获得网络数据后传给无线设备。地面局如图2所示。

2.2车上局基本方案

车上局拟采用8.4寸的TFT液晶屏,256色显示,对于作业数据显示来说已经绰绰有余。控制板接收无线设备收到的信号,然后控制液晶屏输出。画面上显示槽号、行车号、称重值,操作工按照上面的数字操作即可,并且可以通过液晶面板下方的按钮来切换不同槽号的显示。此外,该画面上显示的所有内容与废钢指令室里终端计算机上显示的画面内容一致,终端画面的更改能立即反映到行车显示器上。外壳采用符合IP65等级的设计,力求抗振性强。车上局如图3所示。

2.3无线部分基本方案

无线设备包括无线AP及无线接收设备两个部分,各个组件均符合802.11b标准,频率范围2.4~2.4835GHz,对周围其他设备干扰小,辐射范围完全限制在厂房周围,也符合我国无线电管理规定和技术标准,安全可靠。其中AP部分为DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum,直序扩频),最高带宽11Mbit/s,天线采用12dbi全向天线。车上局天线为8dbi全向。

3软件设计

3.1地面局部分

负责通过网络从主原料计算机获取报文,然后判断数据完整性并加上校验码,最后发送至无线AP。地面局软件流程图如图4所示。

3.2车上局部分

即时显示当前槽内的各任务数值及称量值。车上局软件流程图如图5所示。

4XCOM通信

XCOM是自主开发的一款实现MessageQueuing技术的产品,用来在分布式应用中实现信息交换(InformationExchange)的一种中间件,通过它可以实现网络上计算机之间的数据通信。XCOM作为通信中间件,对上层的应用程序提供了统一的编程接口。对用户来说,即使不具备Ethernet和TCP/IP的知识,只要掌握了简单的API接口,就可以和对方的应用程序进行数据通信了。

4.1XCOM特点

1)可配置的并发方式

XCOM3可根据应用需要,配置不同的并发方式。比如多进程或多线程等,以满足更大应用的需要。

2)可靠性

XCOM3实现底层应答机制,用户可以根据要求对需要应答的电文进行配置,这样可以保证数据的可靠传输和接收。

3)采用跨平台的设计

能够适应目前流行的各种操作系统:AIX,HP-UX,LINUX和Win32等平台。

4)简单的API应用调用

提供了丰富的C/C++、Java和数据库的接口,应用通过这些接口可以直接和XCOM通信。

5)模块化的设计

处理流程实现模块化,模块之间是松耦合的,模块间通过消息进行数据交互,这样易于升级和维护。

6)实时的网络监控及管理

提供实时管理监控网络状态及消息的功能。通过管理配置工具,系统管理员可以及时地发现网络故障及系统运行的异常情况。通过系统提供的相关工具进行处理,可以在运行过程中对结点的通信状态进行控制,可以打开或关闭某些结点,可以改变某些结点的连接关系。通过管理配置工具,可以实现对消息的管理。

7)可伸缩的管理配置工具

提供Browser管理配置工具,该管理配置工具是可伸缩的。通过配置,管理配置工具可实现对结点构成的虚拟网络上的任一结点进行管理监控。

8)完善的日志机制

日志机制采用分级制,不同的日志级别对系统运行过程记录的详细程度不同,通过这些日志可对系统的运行状态进行监控,也可对系统的运行情况进行审计。

9)动态加载电文协议

新的电文协议可以动态加载,这样可实现功能扩充性。

4.2发送流程

XCOM启动时,将相关配置信息载入内存中,当应用程序发送电文时,XCOM根据电文号(MessageId),找到相关电文号所对应的代号(HostDC),再将电文发送出去。XCOM发送流程图如图6所示。

4.3接收流程

XCOM启动时,将相关配置信息载入内存中,当应用程序接收到电文时,XCOM根据电文号(Message-Id),找到相关电文号所对应的进程名(RelevantPro-cessName),如果该进程名不为0,则将接收到的数据按照一定格式传送给该进程名的进程;否则XCOM根据电文号(MessageId),找到相关电文号所对应的接收通道号(IncomingChannelNumber);如果该接收通道号不为0,则将接收到的电文按照一定格式放入一块内存中,应用XCOM提供的API接口由应用程序来取走该数据。XCOM接收流程图如图7所示。

4.4C/C++编程

1)发送电文2)接收电文

5结束语

1)系统的投运不仅降低了故障率,保证了生产的正常运行,而且减少了维修费用,为企业节省设备维修费。

2)行车无线通信控制系统实现了接收、处理、转发,显示计算机主原料计算数据,并达到了稳定、高速、方便和快捷等要求。

3)相关技术改造的应用可在龙门吊、塔吊等吊车上推广,既有广阔的技术前景,又有显著的经济效益。

行车无线通信体系改革分析责任编辑:陈老师    阅读:人次