范喜斌

(1.礦山采掘裝備及智能制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024； 2.太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024)

0 引言

隨著WK-35礦用挖掘機(jī)市場占有率的逐漸增加，設(shè)備數(shù)量越來越多，突顯出了現(xiàn)有設(shè)計(jì)調(diào)試人員及維修人員數(shù)量無法滿足現(xiàn)場需要的問題，并且由于礦用挖掘機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，加之各礦山設(shè)備維護(hù)人員沒有掌握相關(guān)的新產(chǎn)品維修技術(shù)，使得用戶對(duì)廠家技術(shù)人員有了更多的協(xié)助維護(hù)要求。為了增加WK-35礦用挖掘機(jī)用戶對(duì)產(chǎn)品的信任，體現(xiàn)該產(chǎn)品現(xiàn)場服務(wù)專業(yè)、快速、及時(shí)的特點(diǎn)，迫切需要應(yīng)用先進(jìn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的調(diào)試、監(jiān)控及維護(hù)工作。

1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)主要有以下4種方案：

(1) 無線數(shù)傳電臺(tái)方案：該方案優(yōu)點(diǎn)是一次性投入，無過多運(yùn)行成本，但通訊速率過低，通訊距離短。

(2) 電話撥號(hào)方案：該方案優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低廉、網(wǎng)絡(luò)形成簡便，但連接不穩(wěn)定容易受到干擾，只能實(shí)現(xiàn)簡單查看，無法真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互。

(3) 毫米微波方案：該方案優(yōu)點(diǎn)是通訊速度快、可靠性高，但是通訊距離短，造價(jià)偏高。

(4) VPN虛擬專線方案：該方案優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)交互速度快、可靠性高、安全性有保障，但造價(jià)比前三種方案高。

綜合以上4種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，在優(yōu)先考慮數(shù)據(jù)交互傳輸速度快、安全性高及傳輸距離遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上，WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)選擇采用基于互聯(lián)網(wǎng)的VPN虛擬專線方案。VPN虛擬專線可以通過特殊加密的通訊協(xié)議，將連接在Internet上的位于不同位置的兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備終端及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)之間建立一條專有的通訊線路，但是它并不需要真正地去鋪設(shè)光纜之類的物理線路。

2 基于互聯(lián)網(wǎng)的VPN虛擬專線原理

VPN虛擬專線是通過安全的基于CDMA的Internet連接對(duì)遠(yuǎn)程分布的SIMATIC站進(jìn)行訪問； 遠(yuǎn)程的SIMATIC站通過Ethernet接口和無線的VPN傳輸介質(zhì)通道連接到中心服務(wù)站。中心服務(wù)站通過此連接可以實(shí)現(xiàn)如下的所有數(shù)據(jù)交互傳輸功能：程序的在線監(jiān)控、標(biāo)準(zhǔn)的診斷功能、上載和下載程序、HMI的顯示控制等?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的VPN虛擬專線拓?fù)涫疽鈭D如圖1所示。

3 WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)軟、硬件配置

針對(duì)WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)移動(dòng)的特性，需要在挖掘機(jī)端安裝能夠連通互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的無線收發(fā)終端設(shè)備，所以VPN方案的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)硬件分為兩部分：一部分是由遠(yuǎn)程WK-35挖掘機(jī)設(shè)備端的SIMATIC控制站上的DLAN120、EIC-RC10、sim卡、CP443-1及數(shù)據(jù)采集控制模塊組成,該部分負(fù)責(zé)設(shè)備端的數(shù)據(jù)采集整理，實(shí)時(shí)打包發(fā)送數(shù)據(jù)包及接收遠(yuǎn)程服務(wù)器的控制指令；另一部分是裝有DLAN-移動(dòng)控制臺(tái)軟件的中心服務(wù)站，其通過DLAN-移動(dòng)控制臺(tái)軟件與遠(yuǎn)程WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)控制終端之間建立了VPN通道，實(shí)時(shí)接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)包和發(fā)送控制指令。具體硬件及軟件配置見表1。

4 WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)環(huán)境配置

環(huán)境配置主要是為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)進(jìn)行VPN通訊連接而對(duì)相關(guān)組成硬件設(shè)備進(jìn)行的參數(shù)設(shè)置，它包括CP443-1、DLAN120、EIC-RC10三部分的參數(shù)設(shè)置。

4.1 CP443-1的參數(shù)設(shè)置

使用STEP7編程軟件對(duì)遠(yuǎn)程的SIMATIC站進(jìn)行硬件組態(tài)，在‘硬件’界面內(nèi)插入CP443-1以太網(wǎng)通訊模塊，在CP443-1模塊上雙擊，會(huì)彈出CP443-1屬性對(duì)話框，在對(duì)話框中單擊‘屬性’按鈕，會(huì)彈出具體屬性對(duì)話框，在對(duì)話框中相應(yīng)的選項(xiàng)中填入正確的IP地址、子網(wǎng)掩碼、路由設(shè)置，將組態(tài)編譯保存，下載到PLC控制器CPU中，CP443-1的設(shè)置完成。

表1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)硬件/軟件配置

4.2 DLAN120的參數(shù)設(shè)置

用網(wǎng)線將PC機(jī)和DLAN120連接，在IE瀏覽器地址欄中輸入http://10.254.254.253：1000(:1000為端口號(hào)) 并回車會(huì)彈出登錄對(duì)話框，在登錄對(duì)話框中正確填寫用戶名和密碼，則進(jìn)入了參數(shù)設(shè)置界面，在‘內(nèi)網(wǎng)接口配置’中設(shè)置DLAN120的LAN地址，要與CP443-1的IP地址設(shè)在一個(gè)網(wǎng)段中。在‘外網(wǎng)配置’中線路類型選以太網(wǎng)并設(shè)置外網(wǎng)IP地址，但外網(wǎng)IP地址不能與內(nèi)網(wǎng)的地址設(shè)置在一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，單擊‘保存’并退出該界面。

4.3 EIC-RC10的參數(shù)設(shè)置

用網(wǎng)線將PC機(jī)和無線路由器連接，在IE瀏覽器的地址欄輸入192.168.1.254并回車，就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)頁配置界面，只需將DMZ主機(jī)與DLAN120的外網(wǎng)地址修改為一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)不同地址即可，然后‘單擊保存’并退出該界面。

將sim卡插入EIC-RC10無線路由器的卡托中，并用網(wǎng)線按圖2進(jìn)行連接，通過sim無線流量上網(wǎng)功能即可與中心服務(wù)站在Internet上建立一VPN通道，這樣使中心服務(wù)站與遠(yuǎn)程SIMATIC控制站相當(dāng)于在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

5 WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)工作流程如圖3所示，在中心服務(wù)站上輸入網(wǎng)址及正確的登錄名和密碼，就能通過VPN通道與遠(yuǎn)程WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)的SIMATIC站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，對(duì)電鏟當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及出現(xiàn)的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)分析診斷，給現(xiàn)場維護(hù)人員快速提供準(zhǔn)確的解決方案，或直接在線修改電鏟遠(yuǎn)程站程序解決故障。

圖2 遠(yuǎn)程站的連接示意圖

圖3 WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)工作流程

監(jiān)控記錄并直觀顯示W(wǎng)K-35電動(dòng)挖掘機(jī)的工作狀態(tài)是該數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)的一個(gè)重要功能，因其狀態(tài)不斷地在發(fā)生變化，所以要求實(shí)時(shí)讀取變化中的數(shù)據(jù)，中心服務(wù)站能夠?qū)鬏敂?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示和存儲(chǔ)。在后臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)整理分析后，形成數(shù)據(jù)分析報(bào)表， 設(shè)備工程師及決策人員會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)分析報(bào)表對(duì)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)檢修維護(hù)。中心服務(wù)站上‘行走機(jī)構(gòu)監(jiān)控界面’如圖4所示。

圖4 行走機(jī)構(gòu)監(jiān)控界面

6 結(jié)語

國內(nèi)外露天礦山及其采掘設(shè)備都在盡可能地朝著集成化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，這是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢(shì)。如何通過設(shè)備集成化、自動(dòng)化提高設(shè)備的利用率，減少設(shè)備故障時(shí)間和維修時(shí)間，從而提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益依舊是一個(gè)重要課題。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)已成功應(yīng)用在江銅露天銅礦的WK-35電動(dòng)挖掘機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的效果,減少了現(xiàn)場駐留人員數(shù)量，不需要隨著設(shè)備的增加而增加相關(guān)維護(hù)人員，同時(shí)也為礦山設(shè)備的自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷提供了參考。