CN102495615A - 一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，包括：用于监控特定一台运架设备的运行状态、通讯接口归一化无缝处理的至少一个现场设备级平台；用于监控管理现场所有大型施工设备、现场WLAN实现群控及数据监测、与总部级平台保持远程实时在线通讯并上传数据接收指令、根据采集的数据和安全规范的要求，判断是否发出警报的项目部级控制平台；用于接收项目部级控制平台的数据，对现场设备进行远程实时在线监控并侧重于管理功能，具备完整运行数据库，提供多种动画与远程实时图像的人机界面的总部级平台。因此本发明主要优点是系统能够实现远程实时图像和实时在线监控并侧重于管理的功能，并不受地域限制。

Description

一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统

技术领域

本发明涉及一种远程监控管理系统，尤其是涉及一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统。

背景技术

远程监控技术是国内外发展迅速的前沿学科，民用工业领域的实时控制远程监控系统处于起步阶段。目前现有的传统案例仍为基于GPRS技术、以测试为主的远程监控系统，不仅受到地域限制，通信带宽也始终是瓶颈，数据传输量有限。如何突破地域限制并传输相对大容量的数据，实施远程实时控制成了现代远程技术应用必须面对的关键问题。

大吨位箱梁运架设备是一种高度机动的起重机械；工作在野外恶劣环境，现场管理困难而且维护保养难以规范。随着铁路建设的发展，使用日益频繁，设备事故时有发生。往往造成机毁人亡的重大后果。设备修复需花费较长时间和大量资金，还会产生负面社会影响。同时这类设备属于技术复杂的现代大型非标施工设备，投资费用高，先进的设备需要先进的维修技术，更需要先进的安全监控管理模式。

发明内容

本发明的主要目的是提供一个完整的远程监控管理系统，第一个要解决的是现有技术所存在的受地域限制的问题；提供了一种不受地域限制，可用于没有电信与手机信号的地方的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统。

本发明第二个要解决的是现有技术所存在的不能实时进行数据传输等的技术问题；提供了一种在广域网内实现实时数据传输，能通过广域网传送图像，并在广域网内实现多点对多点的测控管理的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统。

本发明第三个要解决的是现有技术所存在的不能多路显示实时模拟动画、不能远程干涉实现急停控制等的技术问题；提供了一种终端界面具有多路实时模拟动画显示和完整实时数据库功能；系统具备远程干涉急停控制及远程语音直接监控管理能力的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，其特征为一种全新的运架设备群远程监控管理系统的三层架构体系，包括：

1、用于监控特定一台运架设备的运行状态的、通讯接口归一化无缝处理的至少一个现场设备级平台；

2、用于监控管理现场所有大型施工设备、现场WLAN实现群控及数据监测、与上一层总部级平台保持远程实时在线通讯并上传数据接受指令、并根据所采集数据的分析结果和安全规范标准的要求，判断是否发出警报或进行干预的项目部级控制平台；

3、用于接收项目部级控制平台的远程监控管理数据，对现场设备进行远程实时在线监控并侧重于管理功能，建有并管理所有设备的运行管理数据库，提供多种动画与远程实时图像的人机界面，并可对现场设备实施远程干涉控制的总部级平台。

在上述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，所述运架设备群远程监控管理系统的总体架构包括：

1、基于企业集团级的总部级平台：多VPN组网方式；广域网实时数据传输；远程运架设备群实时在线监控管理模式；

2、项目部级控制平台：现场非WIFI传输WLAN组网、可传送视频；

3、现场设备级平台：采用无缝连接技术的设备接口标准归一化处理；

在上述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，所述的现场设备级平台包括：

1、运架设备状态传感器：用于检测运架设备的运行状态，监视设备处于何种工况和状态；

2、信号处理转换器：用于不同通讯协议间的解析转换；

3、控制传输设备：用于执行逻辑指令；

4、设备电源：提供系统设备的供电；

5、设备视频数传电台：通过无线天线接入现场WLAN。

在上述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，所述的项目部级控制平台包括：

1、项目部视频数传电台：通过无线天线接入现场WLAN；

2、项目部级显示装置：现场设备监控画面显示、与上层总部级交互画面；

3、数据分析装置：通过WLAN进行数据采集并与现场设备及上层总部级进行数据交换、实时图像编辑压缩；

4、报警装置：采用声光电多媒体形式报警；

5、Internet接入：通过ADSL或FTTX光纤接入VPN专网。

在上述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，所述的总部级平台包括：

1、Internet接入：通过光纤多VPN专用隧道与远程设备交换数据；

2、至少一个总部监控显示装置：用于显示广域网内各工地设备群的运行状态数据、远程实时图像、本地动画模拟；

3、总部控制装置：由软件与硬件接口共同组成，用于远程设备维护、远程语音交互以及远程设备进程终止；

4、远程终端服务器：系统数据处理中心，接收处理远程监控管理系统所有设备的数据信息，远程网络发布，并进行显示、报警、存储和查询；

5、数据库：监控数据的管理、存档与查询；

6、短信DTU装置：故障报警短信自动编辑、自动群发功能。

在上述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，所述的现场设备采用非视距传输方式的WLAN。

在上述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，所述的总部级平台采用总部级广域网进行数据传输，所述的总部级广域网采用了基于internet的多VPN组网传输方式。

本发明创造性的提出了一种运架设备群远程监控管理系统。

一、该系统总体架构设计体现在：(1)三级分层监控结构；(2)管理终端。

基于多VPN组网的远程企业集团级、包含移动设备的现场项目级、采用无缝连接技术的现场设备级的三级分层监控结构，完成运架设备群远程监控管理系统的总体架构设计：1.建立能传送图像的、多点对多点的远程运架设备群测控管理广域网；2.运架设备远程测控管理软件的自适应流量控制算法；3.具有实时图像传输及多路模拟动画显示、远程干涉急停控制、完备实时数据库功能的管理终端；4.总部级到远程各个下层级的语音直接监控管理通道。

二、运架设备远程测控管理网络的建立(广域网数据传输的实时性)体现在：(1)多端口VPN组网；(2)远程测控管理的实时性与安全性。

远程监控管理通过Interent方式实现，而不是通过电话线拨号登陆方式直接与设备相连，从而改善了以往远程监控管理通过Modem造成的成本费用高、工作效率低、可用性不高以及传输速率低的现象。

(1)使用VPN虚拟专用网络组网

通过公用因特网建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。能传送经过用户自己压缩的图像信号、并实现现场项目级管理站之间通过广域网的多点对多点的数据共享。

(2)远程测控管理的实时性问题

通过Internet网进行远程测控管理的实时性问题是一个技术难点。新系统采用了一些措施来提高数据传输的实时性：1.简化数据；2.设备端数据压缩；3.轮询传送；4.采用数据交换技术，提供数据智能缓冲；5.提高远程终端的传输速率。

(3)加强远程测控管理网络的安全性

由于Internet网是一个公众网，存在着非硬件方面的安全问题，因此在设计时将网络安全性考虑放到第一位。本测控管理系统在应用层软件中设计了身份鉴别窗口，同时加入防火墙。

三、设备层接口技术体现在：(1)接口归一化；(2)无缝处理。

运架设备型号众多，不同型号设备电气系统的性能结构差异极大。这样给监控系统的现场组网带来了相当的难度。因而在系统设计里，我们解决了以下关键技术：(1)硬件接口标准化归一处理：将现场不同设备的硬件数据接口经过转换形成目前我们项目级网络采用的标准。(2)软件接口无缝处理：设计成模块形式；原则上不破坏原有系统的软件。(3)传感器层ZigBee网：对于少数难以兼容的设备，可通过I/O接口与附加检测点ZigBee组网来实现设备层接口信号上传。

四、大吨位箱梁运架设备实时数据库的建立体现在：(1)实时性问题；(2)数据管理。

在工业控制领域，数据库的实时性是必须考虑的；为了提高传送数据的实时性，本系统宁可牺牲部分其它功能；本系统实时数据库的主要工作量是在远程终端服务器上完成的。

该实时数据库是建立在OPC(OLC for Process Control)与ODBC(OpenDatabase Connectivity)的基础之上。OPC是现场设备级和过程管理级进行信息交互的开放的接口标准和技术规范，支持分布式或异构环境下应用程序之间软件的无缝集成和互操作。开发基于Web的远程监控管理系统的关键一点是如何将实时在线生产和检测的重要数据上传到网上，供合法用户浏览，同时又能保证测控管理网的安全。数据库的连接方式就显得格外重要。因此，选择了基于ODBC的互联方式。

五、总部级远程监控管理终端大屏幕人机界面的设计。

作为最终提供给管理使用者的工作平台，远程监控管理终端的大屏幕人机界面最能体现本项目的技术特点、设计风格及实用价值；它的应用功能强大，界面友好且易用。

总部级远程监控管理终端大屏幕人机界面的设计体现在：(1)能同时显示各个工地运架设备的模拟动态工作过程；(2)每一种监测参数以图形报表形式显示；(3)现场关键位置人员配备是否到位；(4)实时图像与动态模拟交替显示；(5)监控管理终端具有自动流量管理功能，可择时传送实时图像；(6)可通过监控管理终端对任一现场实施停机控制；(7)监控管理数据的快速查询。

因此，本发明具有如下优点：1.不受地域限制，可用于没有电信与手机信号的地方；2.在广域网内实现实时数据和图像传输，并通过广域网实现连续在线的测控管理；3.终端界面具有多路实时模拟动画显示和完整实时数据库功能；4.具备远程干涉急停控制及远程语音直接监控管理能力。

附图说明

附图1是本发明的总体架构结构示意图。

附图2是本发明的现场设备级平台结构原理图。

附图3是本发明的项目部级控制平台结构原理图。

附图4是本发明的总部级平台结构原理图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图1所示：一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，包括：

1.如图2所示，用于监控特定一台运架设备的运行状态的、通讯接口归一化无缝处理的至少一个现场设备级平台，该现场设备级平台采用无缝连接技术的设备接口标准归一化处理，包括：

(1)运架设备状态传感器：用于检测运架设备的运行状态，监视设备处于何种工况和状态；

(2)信号处理转换器：用于不同通讯协议间的解析转换；

(3)控制传输设备：用于执行逻辑指令；

(4)设备电源：提供系统设备的供电；

(5)设备视频数传电台：通过无线天线接入现场WLAN。

现场设备级平台是远程监控系统最基础的网络平台，从现场设备级网络构成来说，每一台大吨位箱梁运架设备就是一个现场级网络。也是其上级项目部网络的一个子网，现场设备级平台负责把特定一台运架设备的所有监控管理数据处理打包后传送到项目部级设备平台，并接收项目部级及总部级下传的控制信号，完成远程停机等控制功能。

2.如图3所示，用于监控管理现场所有大型施工设备、现场WLAN实现群控及数据监测、与上一层总部级平台保持远程实时在线通讯并上传数据接受指令、并根据所采集数据的分析结果和安全规范标准的要求，判断是否发出警报或进行干预的项目部级控制平台，该项目部级控制平台的现场非WIFI传输WLAN组网(不受视距传输限制)、可传送视频，包括：

(1)项目部视频数传电台：通过无线天线接入现场WLAN；

(2)项目部级显示装置：现场设备监控画面显示、与上层总部级交互画面；

(3)数据分析装置：通过WLAN进行数据采集并与现场设备及上层总部级进行数据交换、实时图像编辑压缩；

(4)报警装置：采用声光电多媒体形式报警；

(5)Internet接入：主要通过ADSL或FTTX光纤接入VPN专网。

该层网络在整个系统中起着承上启下的作用，它将项目现场所有运架设备与项目部瘦服务器组网后直接连接Internet。相关辅助设备包括控制传输节点设备、有线/无线路由设备、通讯天线(室内、室外)等。项目部级终端平台也设置有完整的人机界面，对项目部范围内设备数据进行分析整理和记录。根据分析的数据结果和安全规范标准的要求，在现场设备处于危险工况或运行参数异常时报警，提醒有关项目管理人员及时处置。在项目部级监控终端形成完整的项目部安全运行数据库。项目部级设备平台之间数据也可以对等交换。

现场设备级平台负责把特定一台运架设备的所有监控管理数据处理打包后传送到项目部级设备平台，并接收项目部级及总部级下传的控制信号，完成远程停机等控制功能。现场设备级终端的标准接口与施工设备电气系统实现无缝连接，收集施工设备在施工过程中的数据并预处理；所有现场设备通过无线局域网WLAN连接工地现场的瘦服务器，实现工地项目级的集中监控管理平台。

3.如图4所示，用于接收项目部级控制平台的远程监控管理数据，对现场设备进行远程实时在线监控并侧重于管理功能，建有并管理所有设备的运行管理数据库，提供多种动画与远程实时图像的人机界面，并可对现场设备实施远程干涉控制的总部级平台，该平台采用多VPN组网方式；广域网实时数据传输(无地域限制、与运营商信号无关)；远程运架设备群实时在线监控管理模式，包括：

(1)Internet接入：通过光纤多VPN专用隧道与远程设备交换数据；

(2)至少一个总部监控显示装置：用于显示广域网(全国范围)内各工地设备群的运行状态数据、远程实时图像、本地动画模拟；

(3)总部控制装置：由软件与硬件接口共同组成，用于远程设备维护、远程语音交互以及远程设备进程终止；

(4)远程终端服务器：系统数据处理中心，接收处理远程监控管理系统所有设备的数据信息，远程网络发布，并进行显示、报警、存储和查询；

(5)数据库：监控数据的管理、存档与查询。

(6)短信DTU装置：故障报警短信自动编辑、自动群发功能。

Internet接入采用基于internet的VPN传输方式。即项目级监控管理平台采用无线或有线的方式通过Internet互联网与远程的集团总部监控管理调度中心组成VPN虚拟局域网。图4中，在现场级、项目部级和总部级三级网络结构中，总部级网络平台处于最顶端，企业集团所有施工中的大吨位箱梁运架设备数据都汇总到这里。总部级平台一般设在专用的监控控制指挥中心，由远程集中监控终端服务器对各施工现场的数据进一步处理，并在监控终端大屏幕上实时模拟各现场设备的施工状况；监控终端可以与各现场终端交换数据，也可对现场终端发出专用指令，进行语音交流，实现管理级与现场级的“立体”安全监控；同时在远程监控终端形成集团级安全运行数据库。

总部级平台构成与下面两级有很大不同，对设备的性能要求很高，必须保证汇总的大量数据能可靠传输和处理。总部级设备主要包括：中心路由器、终端服务器、大屏幕LCD显示器等设备。

实时/模拟监控画面采用八画面分割，在屏幕上形成八个子画面监控显示区域；实时/模拟画面显示的具体内容，是根据现场设备级平台的配置情况，显示运架设备现场施工的实时视频图像或模拟的实景动画。

每个显示区域内对应本单位在全国范围内正在施工的一个工地。如可在第一个监控显示区域中，标题栏内容定为项目施工地点“某某工地”，而标题栏下面的实时/模拟画面，则显示的是某某工地上正在施工的一台大吨位箱梁架设设备(架桥机)的实景动画。

实景动画以循环方式动态显示此工地所有管理下的大吨位箱梁运架设备，实现对一个施工现场所有设备的快速浏览。在八个监控画面区域内点击，就进入对应的项目部(施工现场)的实时/模拟画面，如在左上“某某工地”区域内点击，切换到“某某工地”监控画面。“大吨位远程监控”系统能实现总部、项目部、运架设备控制室在人机监控界面上的数据同步。

还可在架桥机监控主画面中：左上显示区域定为设备实时视频图像，由运架设备上安装的摄像机提供视频信号；右上显示区域定为设备模拟实景动画，能根据设备实际工况模拟相应动作。左下定为设备运行参数表，参数表以设备部件划分。每个部件列表中显示该部件重要的参数名称、当前设备参数值及设备工况标志。

按照以上说明，本发明完成的功能分为：现场设备级、项目部级、集团总部级三级网络硬件平台。构成一个设备数量众多、地域分布极广、任意组合的“大吨位远程监控”系统。

集团总部监控管理调度中心大屏幕上同步实时显示各现场施工设备的各种安全数据；进行报警存档处理，并在监控管理终端大显示屏幕上实时模拟现场设备的各种施工状况，还可以对重点监控管理对象如架桥机进行实时图像远程监视，集团总部监控管理调度中心可以与各现场终端交换数据，进行语音交流，也可对现场终端发出专用中断操作指令，实现管理级与现场级的双重安全监控，同时在远程总部监控管理终端形成完整的安全运行数据库。

总部级设备平台构成与下面两级有很大不同，对设备的性能要求很高，必须保证汇总的大量数据能可靠传输和处理。总部级设备主要包括：中心路由器、终端服务器、大屏幕LCD显示器等设备。

实时/模拟监控画面采用八画面分割，在屏幕上形成八个子画面监控显示区域；实时/模拟画面显示的具体内容，是根据现场设备级平台的配置情况，显示运架设备现场施工的实时视频图像或模拟的实景动画。每个显示区域内对应本单位在全国范围内正在施工的一个工地。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，其特征为一种全新的运架设备群远程监控管理系统的三层架构体系，包括：

用于监控特定一台运架设备的运行状态、通讯接口归一化无缝处理的至少一个现场设备级平台；

用于监控管理现场所有大型施工设备、现场WLAN实现群控及数据监测、与上一层总部级平台保持远程实时在线通讯并上传数据接受指令、并根据所采集数据的分析结果和安全规范标准的要求，判断是否发出警报或进行干预的项目部级控制平台；

用于接收项目部级控制平台的远程监控管理数据，对现场设备进行远程实时在线监控并侧重于管理功能，建有并管理所有设备的运行数据库，提供多种动画与远程实时图像的人机界面，并可对现场设备实施远程干涉控制的总部级平台。

2.根据权利要求1所述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，其特征在于，所述运架设备群远程监控管理系统的总体架构包括：

基于企业集团级的总部级平台：多VPN组网方式；广域网实时数据传输；远程运架设备群实时在线监控管理模式；

项目部级控制平台：现场非WIFI传输WLAN组网、可传送视频；

现场设备级平台：采用无缝连接技术的设备接口标准归一化处理；

3.根据权利要求2所述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，其特征在于，所述的现场设备级平台包括：

运架设备状态传感器：用于检测运架设备的运行状态，监视设备处于何种工况和状态；

信号处理转换器：用于不同通讯协议间的解析转换；

控制传输设备：用于执行逻辑指令；

设备电源：提供系统设备的供电；

设备视频数传电台：通过无线天线接入现场WLAN。

4.根据权利要求2所述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，其特征在于，所述的项目部级控制平台包括：

项目部视频数传电台：通过无线天线接入现场WLAN；

项目部级显示装置：现场设备监控画面显示、与上层总部级交互画面；

数据分析装置：通过WLAN进行数据采集并与现场设备及上层总部级进行数据交换、实时图像编辑压缩；

报警装置：采用声光电多媒体形式报警；

Internet接入：通过ADSL或FTTX光纤接入VPN专网。

5.根据权利要求2所述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，其特征在于，所述的总部级平台包括：

Internet接入：通过光纤多VPN专用隧道与远程设备交换数据；

至少一个总部监控显示装置：用于显示广域网内各工地设备群的运行状态数据、远程实时图像、本地动画模拟；

总部控制装置：由软件与硬件接口共同组成，用于远程设备维护、远程语音交互以及远程设备进程终止；

远程终端服务器：系统数据处理中心，接收处理远程监控管理系统所有设备的数据信息，远程网络发布，并进行显示、报警、存储和查询；

数据库：监控数据的管理、存档与查询；

短信DTU装置：故障报警短信自动编辑、自动群发功能。

6.根据权利要求1所述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，其特征在于，所述的现场设备采用非视距传输方式的WLAN。

7.根据权利要求5所述的一种大吨位箱梁运架设备群安全施工的远程监控管理系统，其特征在于，所述的总部级平台采用总部级广域网进行数据传输，所述的总部级广域网采用了基于internet的多VPN组网传输方式。

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