行車無線通信體系改革分析范文

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本文作者：曹志剛單位：上海交通大學(xué)自動(dòng)化系

行車又稱行吊，廣泛用于港口、車間、工地，是裝卸作業(yè)的重要設(shè)備。應(yīng)生產(chǎn)單位要求，對原有系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。目前，國內(nèi)行車通信系統(tǒng)基本上都是引進(jìn)國外成熟技術(shù)，如德國樂可、英國得邏輯等，滿足連續(xù)化生產(chǎn)，有自動(dòng)化程度高、上下工序間的數(shù)據(jù)信息傳輸要求準(zhǔn)確及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，而國內(nèi)尚無類似可靠的產(chǎn)品，可以說，行車定位及通信系統(tǒng)被國外廠家長期壟斷，造成產(chǎn)品價(jià)格居高不下，進(jìn)而使得維修成本昂貴。因此，有必要研發(fā)一套集成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收，同時(shí)能夠進(jìn)行無線轉(zhuǎn)發(fā)的通信系統(tǒng)。

1原系統(tǒng)分析

原有系統(tǒng)從1998年使用至今，曾發(fā)生過11次較大的設(shè)備故障，穩(wěn)定性差，數(shù)據(jù)頻繁丟失，通信有延時(shí)，對正常作業(yè)帶來嚴(yán)重影響。而且由于該設(shè)備為科研性質(zhì)的非成熟產(chǎn)品，故障后也不易修復(fù)，其中的一塊芯片廠家已停止生產(chǎn)，主從站備件已無法訂購。另外，原設(shè)備采用數(shù)碼管，顯示信息不全面，給操作工的作業(yè)也帶來一定麻煩。原有系統(tǒng)使用IO模塊處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，資源節(jié)點(diǎn)有限。

2改造設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)可簡單分為地面局和車上局以及無線設(shè)備三部分。系統(tǒng)圖如圖1所示。

2．1地面局基本方案

地面局與主原料計(jì)算機(jī)建立高效可靠的TCP連接，為了同時(shí)完成從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)并通過無線設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的要求，自主研發(fā)了一塊帶有網(wǎng)絡(luò)支持，串口通信支持的控制板。控制板經(jīng)過數(shù)據(jù)完整性判斷后將數(shù)據(jù)送至無線AP，由于無需經(jīng)過PIO設(shè)備，速度上和技術(shù)上比原有設(shè)備有較大提高。在設(shè)計(jì)上，力求穩(wěn)定抗干擾，各種必備接口齊全，采用先進(jìn)的以太網(wǎng)芯片，結(jié)合功能強(qiáng)大的cygnal單片機(jī)，達(dá)到取代PIO模塊，以及工控機(jī)及其繁瑣的軟件系統(tǒng)的目的。該控制板先與現(xiàn)場主原料計(jì)算機(jī)建立TCP連接，每次獲得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)后傳給無線設(shè)備。地面局如圖2所示。

2．2車上局基本方案

車上局?jǐn)M采用8．4寸的TFT液晶屏，256色顯示，對于作業(yè)數(shù)據(jù)顯示來說已經(jīng)綽綽有余。控制板接收無線設(shè)備收到的信號(hào)，然后控制液晶屏輸出。畫面上顯示槽號(hào)、行車號(hào)、稱重值，操作工按照上面的數(shù)字操作即可，并且可以通過液晶面板下方的按鈕來切換不同槽號(hào)的顯示。此外，該畫面上顯示的所有內(nèi)容與廢鋼指令室里終端計(jì)算機(jī)上顯示的畫面內(nèi)容一致，終端畫面的更改能立即反映到行車顯示器上。外殼采用符合IP65等級的設(shè)計(jì)，力求抗振性強(qiáng)。車上局如圖3所示。

2．3無線部分基本方案

無線設(shè)備包括無線AP及無線接收設(shè)備兩個(gè)部分，各個(gè)組件均符合802．11b標(biāo)準(zhǔn)，頻率范圍2．4～2．4835GHz，對周圍其他設(shè)備干擾小，輻射范圍完全限制在廠房周圍，也符合我國無線電管理規(guī)定和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，安全可靠。其中AP部分為DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum，直序擴(kuò)頻)，最高帶寬11Mbit/s，天線采用12dbi全向天線。車上局天線為8dbi全向。

3軟件設(shè)計(jì)

3．1地面局部分

負(fù)責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)從主原料計(jì)算機(jī)獲取報(bào)文，然后判斷數(shù)據(jù)完整性并加上校驗(yàn)碼，最后發(fā)送至無線AP。地面局軟件流程圖如圖4所示。

3．2車上局部分

即時(shí)顯示當(dāng)前槽內(nèi)的各任務(wù)數(shù)值及稱量值。車上局軟件流程圖如圖5所示。

4XCOM通信

XCOM是自主開發(fā)的一款實(shí)現(xiàn)MessageQueuing技術(shù)的產(chǎn)品，用來在分布式應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)信息交換(InformationExchange)的一種中間件，通過它可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。XCOM作為通信中間件，對上層的應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一的編程接口。對用戶來說，即使不具備Ethernet和TCP/IP的知識(shí)，只要掌握了簡單的API接口，就可以和對方的應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了。

4．1XCOM特點(diǎn)

1)可配置的并發(fā)方式

XCOM3可根據(jù)應(yīng)用需要，配置不同的并發(fā)方式。比如多進(jìn)程或多線程等，以滿足更大應(yīng)用的需要。

2)可靠性

XCOM3實(shí)現(xiàn)底層應(yīng)答機(jī)制，用戶可以根據(jù)要求對需要應(yīng)答的電文進(jìn)行配置，這樣可以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和接收。

3)采用跨平臺(tái)的設(shè)計(jì)

能夠適應(yīng)目前流行的各種操作系統(tǒng):AIX，HP－UX，LINUX和Win32等平臺(tái)。

4)簡單的API應(yīng)用調(diào)用

提供了豐富的C/C++、Java和數(shù)據(jù)庫的接口，應(yīng)用通過這些接口可以直接和XCOM通信。

5)模塊化的設(shè)計(jì)

處理流程實(shí)現(xiàn)模塊化，模塊之間是松耦合的，模塊間通過消息進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這樣易于升級和維護(hù)。

6)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及管理

提供實(shí)時(shí)管理監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及消息的功能。通過管理配置工具，系統(tǒng)管理員可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障及系統(tǒng)運(yùn)行的異常情況。通過系統(tǒng)提供的相關(guān)工具進(jìn)行處理，可以在運(yùn)行過程中對結(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)進(jìn)行控制，可以打開或關(guān)閉某些結(jié)點(diǎn)，可以改變某些結(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系。通過管理配置工具，可以實(shí)現(xiàn)對消息的管理。

7)可伸縮的管理配置工具

提供Browser管理配置工具，該管理配置工具是可伸縮的。通過配置，管理配置工具可實(shí)現(xiàn)對結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的虛擬網(wǎng)絡(luò)上的任一結(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理監(jiān)控。

8)完善的日志機(jī)制

日志機(jī)制采用分級制，不同的日志級別對系統(tǒng)運(yùn)行過程記錄的詳細(xì)程度不同，通過這些日志可對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，也可對系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行審計(jì)。

9)動(dòng)態(tài)加載電文協(xié)議

新的電文協(xié)議可以動(dòng)態(tài)加載，這樣可實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)充性。

4．2發(fā)送流程

XCOM啟動(dòng)時(shí)，將相關(guān)配置信息載入內(nèi)存中，當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)送電文時(shí)，XCOM根據(jù)電文號(hào)(MessageId)，找到相關(guān)電文號(hào)所對應(yīng)的代號(hào)(HostDC)，再將電文發(fā)送出去。XCOM發(fā)送流程圖如圖6所示。

4．3接收流程

XCOM啟動(dòng)時(shí)，將相關(guān)配置信息載入內(nèi)存中，當(dāng)應(yīng)用程序接收到電文時(shí)，XCOM根據(jù)電文號(hào)(Message-Id)，找到相關(guān)電文號(hào)所對應(yīng)的進(jìn)程名(RelevantPro-cessName)，如果該進(jìn)程名不為0，則將接收到的數(shù)據(jù)按照一定格式傳送給該進(jìn)程名的進(jìn)程;否則XCOM根據(jù)電文號(hào)(MessageId)，找到相關(guān)電文號(hào)所對應(yīng)的接收通道號(hào)(IncomingChannelNumber);如果該接收通道號(hào)不為0，則將接收到的電文按照一定格式放入一塊內(nèi)存中，應(yīng)用XCOM提供的API接口由應(yīng)用程序來取走該數(shù)據(jù)。XCOM接收流程圖如圖7所示。

4．4C/C++編程

1)發(fā)送電文2)接收電文

5結(jié)束語

1)系統(tǒng)的投運(yùn)不僅降低了故障率，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行，而且減少了維修費(fèi)用，為企業(yè)節(jié)省設(shè)備維修費(fèi)。

2)行車無線通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了接收、處理、轉(zhuǎn)發(fā)，顯示計(jì)算機(jī)主原料計(jì)算數(shù)據(jù)，并達(dá)到了穩(wěn)定、高速、方便和快捷等要求。

3)相關(guān)技術(shù)改造的應(yīng)用可在龍門吊、塔吊等吊車上推廣，既有廣闊的技術(shù)前景，又有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。