（机械制造及其自动化专业论文）架线施工中牵张设备远程智能化监测系统的研究.pdf

i i i ii ii ii ll ll lli i i iiii y 18 8 5 5 0 7 r e s e a r c ho nt h er e m o t ei n t e l l i g e n tm o n i t o r i n gs y s t e mo ft h et e n s i o n s t r i n g i n ge q u i p m e n ti ns t r i n g i n gc o n s t r u c t i o n b y s u nl i z h o u b e ( c h i n at h r e eg o r g e su n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rc h e nh u i x i a n a p r i l ，2 0 11 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：参j 、- 立, - t f 日期：b f 阵 6 月够日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收 录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 导师签名： 日期：冽降 6 月够日 日期：加，年6 月j 日 硕士学位论文 目录 摘 要i a b s t r a c t i i 插图索引i v 附表索引v i 第1 章绪论1 1 1 课题的研究背景和意义1 1 2 国内外工程机械监测技术研究现状一2 1 2 1 状态监测与诊断技术一2 1 2 2 国外工程机械监测技术研究现状3 1 2 3 国内工程机械监测技术研究现状5 1 3 远程无线监测相关技术和理论6 1 3 1 无线通讯技术6 1 3 2 状态维修原理7 1 4 本文主要研究内容8 1 5 本章小结9 第2 章张力架线工程及牵张设备的监测点选取1 0 2 1 张力架线施工工程1 0 2 2 牵张设备基本结构及常见故障一1 4 2 2 1 牵引机基本结构1 4 2 2 2 牵引机常见故障分析18 2 2 3 张力机基本结构一2 0 2 2 4 张力机常见故障分析2 3 2 3 牵张设备监测点的选取2 4 2 3 1 特征信号的选取原则一2 4 2 3 2 牵张设备监测点的选取2 6 2 4 本章小结2 7 第3 章牵张设备远程无线监测系统总体设计2 8 3 1 牵张设备远程监测系统的系统结构一2 8 3 1 1 牵张设备远程无线监测系统的需求分析2 8 3 1 2 牵张设备远程无线监测系统的总体结构2 9 3 2 监测终端主要硬件选择3 0 3 2 1 监测终端处理器的选择3 0 3 2 2 无线通讯模块的选择3 2 架线施工中牵张设备远程智能化监测系统的研究 3 3 传感器的选择和信号处理技术3 4 3 3 1 传感器的选择一3 4 3 3 2 传感器信号预处理技术一3 5 3 3 3 信号的频域和时域处理技术3 6 3 4 本章小结38 第4 章牵张设备车载监测终端的硬件设计3 9 4 1 监测终端硬件总体设计3 9 4 2 微控制器外围主要芯片介绍3 9 4 2 1 数据存储芯片4 0 4 2 2 液晶显示芯片4 2 4 3 车载监测终端的主要电路设计4 4 4 3 1 系统供电电源电路设计4 4 4 3 2 无线通讯模块的电路设计4 5 4 3 3 液晶显示模块的电路设计4 8 4 3 4 数据存储芯片的电路设计4 9 4 4 本章小结一4 9 第5 章牵张设备远程监测系统的软件实现5 0 5 1t c p i p 概述5 0 5 2 主程序设计5 1 5 3 车载监测终端的软件设计5 2 5 3 1 单片机软件开发环境5 2 5 3 2a d 转换部分5 3 5 3 3 串口通信子程序5 4 5 4 远程监测中心站的软件设计5 7 5 5 本章小结5 8 总结与展望5 9 参考文献6 0 致 射6 3 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录6 4 i i 硕士学位论文 摘要 牵张设备是用于输电线路中张力架线施工的特殊工程机械，是目前2 2 0 k v 以 上架线施工必不可少的工程机械，牵张设备的智能化水平在很大程度上可以反映 电力施工企业的最大施工能力。随着电力建设事业的迅猛发展，架线施工中出现 了许多机械设备不安全因素，机械设备的安全运行直接关系到施工企业的经济效 益，关系到每个劳动者的生命和国家的安全，而牵张设备是输电线路施工中最为 核心的机械设备，因此我们迫切需要一种远程监测系统对牵张设备的运行状态进 行监测，从而及时发现问题，以保证牵张设备架线施工中连续可靠的运行，由此， 本文以牵张设备为研究对象研究与开发了牵张设备远程状态监测系统。该系统由 车载监测终端和远程监测中心站两大部分组成，车载监测终端能采集牵张设备的 运行状态信息，并将这些数据打包后通过g p r s 无线网络发送到远程监测中心站； 远程监测中心将接收到的数据存入数据库，一方面供用户查询，另一方面供故障 诊断系统访问，实现了牵张设备的远程状态监测，此系统对电力施工企业具有重 要意义和广阔的市场前景。 首先，本文分析了国内外工程机械远程监测技术的发展现状，论述了建立牵 张设备远程监测系统所需的相关技术和理论，阐述了课题的目的和意义，提出了 本文的研究内容。 接着，本文对张力架线施工内容进行了基本的介绍，详细叙述了牵张设备的 基本结构，概括了牵张设备常见的故障和原因，并讨论了设备运行过程中特征信 号的选取原则，确定了特征信号和监测点的选取位置。 然后，本文完成了牵张设备远程状态监测的总体方案设计，根据功能要求选 取了主要硬件模块和软件开发环境，并对状态信号的采集与处理技术进行了研究， 并完成了对车载监测终端硬件和软件设计，其中对微控制器模块的外围电路的设 计进行了重点阐述，并运用g p r s 无线通讯技术实现了车载监测终端与远程监测 中心之间的通讯。 最后，对本文的工作进行了总结，并对后续的研究工作指出了方向，并对牵 张设备远程监测系统的研发做了相关展望。 关键词：牵张设备；远程监测；g p r s ；车载监测终端；无线通讯 a b s t r a c t t e n s i o ns t r i n g i n ge q u i p m e n tp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei n c o n s t r u c t l o nm a c h i n e r y u s e df o rt r a n s m i s s i o nl i n e sc o n s t r u c t i o n ，e s p e c i a l l yi n d i s p e n s a b l e i nt h ec o n s t r u c t i o n o fo v e r2 2 0 k vl i n e i n t e l l i g e n tl e v e lo f t h et e n s i o ns t r i n g i n gc a ns t r o n g l yr e f l e c tt h e c a p a c i t yo ft h ec o n s t r u c t i o nc o m p a n i e s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t o fe l e c t r l cp o w e r c o n s t m c t i o n ，al o to fi n s e c u r i t ya p p e a r si nc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y a n de q u i p m e n t ，t h e s a f e t yo fw h i c hi sn o to n l yd i r e c t l yr e l a t e dt ot h ee c o n o m i c b e n e f i t so fc o n s t r u c t l o n e n t e r p r i s e s ， b u ta l s or e l a t e dt oe v e r yw o r k e r sl i f ea n dn a t i o n a l ss e c u n t y a b o v ea l l t e n s i o ns t r i n g i n ge q u i p m e n ti st h eu n c l e a rm a c h i n e r ya n de q u i p m e n t i nt h ee l e c t r i c p o w e rc o n s t r u c t i o n t h e r e f o r e ，w en e e dar e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mu r g e n t i y w h i c h c a nd e t e c tt h ep r o b l e m si nt h ee a r l ya g ei nt h eo p e r a t i o n a l s t a t u so ft h et e n s i o n s t r i n g i n ge q u i p m e n tt o e n s u r et e n s i o ns t r i n g i n ge q u i p m e n tc o n t l n u o u s 觚dr e l l a b l e w o r ki nt h ec o n s t r u c t i o n t h u s ，t h i sp a p e rt a k e s t e n s i o ns t r i n g i n ge q u l p m e ma s r e s e a r c ho b ie c ta n dd e s i g n sar e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m t h es y s t e mc o m p o s e d o 士t w o p a r t s ： v e h i c l em o n i t o r i n gt e r m i n a l a n dr e m o t em o n i t o r i n gc e n t e r t h e v e h l c l e m o n i t o r i n gt e r m i n a lc a n c o l l e c tt h es t a t u si n f o r m a t i o no fc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y a n d s e n tt h ep a c k a g e dd a t et oar e m o t em o n i t o r i n gc e n t e rt h r o u g ht h e w i r e l e s sn e t w o r k ； t h er e m o t em o n i t o r i n gc e n t e rw i l lr e c e i v et h ed a t aa n ds t o r e d i ti nt h ed a t a b a s e ，o n e f o rt h eu s e rq u e r ) ，t h eo t h e rf o rt h ef a u l td i a g n o s i ss y s t e ma c c e s s ，a c h i e v e ar e m o t e m o n i t o r i n ga n dc o n t r o l o ft h ee q u i p m e n t t h es y s t e mp r o b a b l yp e r f o r m sag r e a t s i g n i f i c a n c e a n d b r o a dm a r k e tp r o s p e c t s t ot h ee l e c t r i cp o w e r c o n s t m c t l o n e n t e r p r i s e s f i r s to fa 1 1 ，t h i sp a p e ra n a l y z e dt h es t a t u so f r e m o t em o n i t o r i n ga n d c o n t r o l i n c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yi nd o m e s t i ca n df o r e i g n c o u n t r i e s a p p r o a c h e ds o m er e l a t e d t e c h n o l o g i e sa n dt h e o r i e s i nt h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo ft h et e n s i o ns t r i n g i n g e q u i p m e n t ，e x p l a i n e dt h ep u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c e o ft h ep r o je c t ，t h e np r o p o s e d h e r e s e a r c hc o n t e n t s e c o n d l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h eb a s i cc o n t e n tf o rt e n s i o n l i n ec o n s t r u c t i o n , d e t a i l e dm es t r u c t u r eo ft e n s i o ns t r i n g i n ge q u i p m e n t ，d e s c r i b e d t h ec o m m o nt a u l t s a n dc a u s e so ft h ee q u i p m e n t s ，d i s c u s s e dt h ep r i n c i p l eo f s e l e c t i n gt h ef e a t u r e ds l g n a l o ft h ed e v i c ed u r i n gt h eo p e r a t i o no f t h em a c h i n e r y ，t h e nd e t e r m i n e dt h el o c a t i o no f f e a t u r e ds i g n a l sa n dm o n i t o r i n gp o i n t s i i 硕士学位论文 t h e n ，t h i sp a p e rc o m p l e t e dt h eo v e r a l lp r o g r a md e s i g nf o rt h er e m o t ec o n d i t i o n m o n i t o r i n go ft e n s i o ns t r i n g i n ge q u i p m e n t ，s e l e c t e dt h em a j o rh a r d w a r em o d u l e sa n d s o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ta c c o r d i n gt of u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，a n ds t u d i e d t h e s i g n a la c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gt e c h n i q u e s t h ev e h i c l em o n i t o r i n gt e r m i n a l h a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g nw a sf i n i s h e di nw h i c ht h ed e s i g nf o rt h ep e r i p h e r a l c i r c u i tm i c r o c o n t r o l l e rm o d u l ew a se m p h a s i z e da n dg p r st e c h n o l o g yw a su s e dt o a c h i e v ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nv e h i c l em o n i t o r i n gt e r m i n a l sa n dt h er e m o t e m o n i t o r i n gc e n t e r f i n a l l y ，t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ep r e s e n tw o r k ，a n dp o i n t so u tt h ef o l l o w - u p s t u d yi nr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo ft h et e n s i o ns t r i n g i n ge q u i p m e n t b e s i d e s ，t h e r e l e v a n tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o s p e c t sf o rt h i ss y s t e ma r ea l s os u b m i t t e d k e yw o r d s ：t e n s i o ns t r i n g i n ge q u i p m e n t ；r e m o t em o n i t o r i n g ；g p r s ；v e h i c l e m o n i t o r i n gt e r m i n a l ； w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n i i l 架线施下中牵张设备远程智能化监测系统的研究 插图索引 图1 1 卡特彼勒公司的采矿铲土运输技术系统框图一4 图1 2 设备工作性能曲线7 图2 1 一牵四张力放线法示意图l l 图2 2 张力放线施工段布置图1 1 图2 3 牵引场一般布置示意图1 2 图2 4 张力场一般布置示意图1 2 图2 5 牵引场和张力场位置转场布置示意图1 3 图2 6 张力架线施工工艺流程图1 3 图2 7 牵引机结构图1 4 图2 8 牵引轮装配图1 5 图2 9 牵引机液压系统图1 6 图2 1 0 张力机结构图2 0 图2 1 1 张力机液压系统图2 1 图2 1 2 牵引机部分监测点位置选择布置图2 7 图3 1 牵张设备远程无线监测总体结构图2 9 图3 2 牵张设备远程监测系统功能图一3 0 图3 3m s p 4 3 0 1 4 9 的引脚图3 2 图3 4g r 4 7 模块3 2 图3 5g r 4 7 模块框图一3 3 图3 6 典型信号处理过程一3 6 图4 1 监测终端硬件总体框图3 9 图4 2a t 4 5 d b l 6 1 封装图4 1 图4 3r t l 2 8 6 4 m 引脚图一4 3 图4 4 供电电源电路图4 4 图4 5 电源监控电路图4 5 图4 6g r 4 7 与m s p 4 3 0 f 1 4 9 接口电路图4 6 图4 7s i m 卡外部接口图一4 7 图4 8s i m 卡与g r 4 7 连接图4 7 图4 9 液晶显示器的接口电路图4 8 图4 1 0 数据存储电路接口图4 9 图5 1t c p 数据在i p 数据报中的封装5 1 i v 硕士学位论文 图5 2 主程序流程图5 2 图5 3 单片机软件程序开发流程图5 3 图5 4 远程监测中心程序设计流程图一5 7 图5 5 远程监测中心系统模块图5 8 架线施工中牵张设备远程智能化监测系统的研究 附表索引 表2 1 牵引机常见故障分析表1 8 表2 2 张力机常见故障分析表2 3 表2 3 牵引机上监测点位置选取表2 6 表2 4 张力机上监测点位置选取表2 7 表4 1a t 4 5 d b l 6 1 引脚功能4 1 表4 2i 汀12 8 6 4 m 引脚图说明4 3 表5 1t c p i p 协议结构5 0 表5 2 车载监测终端与远程监测中心通信帧格式5 5 v i 硕十学位论文 第1 章绪论 本章首先阐述了课题的研究背景和研究意义，分析了国内外工程机械的监测 研究现状，并论述了建立牵张设备远程智能化监测系统所需的相关技术和理论， 由此一并介绍了与工程机械监测相关的机械状态维修相关技术。 1 1 课题的研究背景和意义 牵张设备是用于2 2 0 k v 以上高压输电线路施工中必不可少的工程机械【l 】，采 用牵张设备进行张力放线，不但大大提高了工效，加快了工程进度，而且可以显 著提高工程质量，采用先进智能化的牵张设备进行张力架线在很大程度上可以反 映电力施工企业的最大施工能力，随着世界经济全球化进程和网络技术的迅猛发 展，电力施工市场竞争更为剧烈，施工企业间的竞争也向产品创新能力，产品质 量和维修服务水平的多元化方向发展，从而对牵张设备的生产、销售、服务、运 行、维护等方面也产生了很大的影响。 随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的提高，居民用电水平增长突出， 城市电力负荷密度不断增加，采用高压、超高压输电线路等工程建设日益增多， 目前，我国正抓紧建设北、中、南三个输电通道，重点发展跨省、跨地区输电线 路建设，积极推进区域电网互联和全国联网，用于施工建设的牵张设备的需求数 量也随之迅速增加，而牵张设备是保证完成电力建设工程中最为重要的机械，故 对于如何保证牵张设备正常运行，减少设备运行过程中的故障也由此提出了更高 的技术要求；另一方面随着电力线路施工工程的市场化和招标制度的不断完善， 使电力施工企业之间的竞争日益剧烈，招投标的利润空间也进一步减小，而设备 的运行维护成本在招标中占有重要一席，故对减少设备的运行维护成本也提出了 更高要求；同时由于张力架线的特点是：跨距大，常有跨高压电力线、公路、河 流、农作物和森林等，因此，一旦设备出现故障，将带来很多不必要的经济损失， 而且极有可能造成人身伤亡事故，故对设备的安全运行提出了更高的要求。 由于牵张设备的施工特点是大都野外作业，工作环境恶劣，流动性大且作业 分散，不能像固定机械设备一样采用有线接入i n t e r n e t 方式实现远程状态监测， 从而增加了牵张设备监测的难度，故为能使电力施工企业在严酷的市场竞争中取 胜，如何保证牵张设备的安全运行、减少设备的运行故障率、降低设备维护成本 等成为急需解决的课题。 架线施t 中牵张设备远程智能化监测系统的研究 因此，研究与开发牵张设备的远程无线监测系统对于保障牵张设备的安全运 行，避免巨额的经济损失和灾难性事故的发生、减少设备的故障率、降低设备维 护成本、提高企业的经济效益等都具有重大意义。而随着状态监测、信号处理、 g p r s 无线通讯等技术与理论的不断成熟和完善，特别是无线通讯等技术的发展， 为该系统的建立和推广应用提供了广阔的技术平台。 1 2 国内外工程机械监测技术研究现状 1 2 1 状态监测与诊断技术 设备状态监测与故障诊断技术是利用对设备压力、流量、温度、电流等状态 信号的检测分析，结合诊断对象的历史状态来定量识别设备及其零部件的运行状 态，从而判断设备的运行状态或故障类型，以确定相应对策的一门新兴的多学科 综合技术【2 4 】。它的最终目的是提高设备运行效率、可靠性，分析故障形成的原因 以防患于未然，它是进行状态维修及预知管理的基础。状态监测与故障诊断不是 等同的概念，状态监测的任务是判别系统是否偏离正常功能，监视其发展趋势， 预防突发性故障的发生，而故障诊断是在状态监测的基础上进一步查明故障的形 成原因和部位。 设备状态监测与故障诊断技术作为一门独立的学科，经过多年的发展，已经 应用了：统计分析法、逻辑分析法、模糊分析法、综合分析法、专家系统、定性 推理、基于模型的诊断方法、神经网络方法等。其中统计分析法、逻辑分析法、 模糊分析法、综合分析法属于静态性能诊断，是运用数学方法和现代化工具手段 来研究系统失效的因果之间的各种逻辑关系，并计算出系统失效与其组成部分失 效之间的定性、定量关系。而专家系统、定性推理、基于模型的诊断方法、神经 网络方法则属于动态故障诊断。 在上述的诊断方法中，常用的且直观的诊断方法是逻辑分析方法。逻辑分析 方法是把故障的现象和原因按照严格的逻辑关系有机地联系起来，作为推理的依 据来预测和诊断系统的故障，此方法容易理解、判断迅速准确、能够反映相关因 素的影响，因而得到了日益广泛的应用。 目前在工程机械上使用的监测和诊断系统大致可分为： 离线状态监测系统：是利用嵌入式技术开发的具有简单数据分析功能的实时 状态监测系统，并集成到工程机械上，可以实时监测工程机械的运行状态，以便 及时发现故障。 便携式状态监测与故障诊断系统：是集数据采集、监测、分析于一体的便携、 轻巧的状态监测与诊断系统。相对离线状态监测系统，具有适应范围广、能够对 2 硕士学位论文 多台设备进行诊断分析。 在线状态监测系统是在离线状态监测系统的基础之上，采用无线通讯技术， 增加远程无线数据传输功能，通过服务器对设备进行统计分析和趋势分析，而且 可以方便实现对同类设备故障数据的统计分析。 目前，在国内外工程机械行业中使用较多的是离线状态和便携式状态监测与 故障诊断系统，这些系统的应用提高了工程机械的状态监测与故障诊断水平，在 很大程度上提高了工程机械运行的安全性和可靠性，在避免巨额经济损失和灾难 性事故的发生方面起到了积极的作用。但它们还存在一些不足，对于离线状态监 测系统，由于受数据存储的限制，不能保存设备运行的数据，从而不能对设备的 资料进行统计分析和趋势预测，同样也不能实现对同类型设备故障资料的统计分 析，而对于便携式状态监测与故障诊断系统虽然实现对部分数据的存储，实现对 存储的部分资料进行统计分析和趋势预测，但存储的部分数据很有限，而且不能 实现对设备运行状态的实时监测，加之对分散作业的工程机械来说，还需要派专 人进行现场巡检，使其在工程机械上的使用还存在诸多不便。因此，需要采用远 程无线状态监测，而目前采用卫星通讯技术实现的远程状态监测系统因其高频的 费用限制了其在工程机械中的使用。故正是由于无线数据传输的问题，从而使工 程机械状态监测远远落后大型旋转机械【5 】，而在牵张设备中，上述这些状态监测 和诊断系统却还都没有得到应用。 1 2 2 国外工程机械监测技术研究现状 在工程机械监测和故障诊断系统的研究和开发方面，国外发展比国内又要快 一些。国外一些著名的工程机械公司在远程监测、故障诊断系统及整机智能控制 方面取得了较大的进展，如： 日立建机e xd r 故障诊断系统，故障诊断计算机是一种插入机械设备上的掌 上型终端，掌上型终端读取设备运行过程中的工况数据并存储后，再将掌上 型终端带回办公室，将数据输入到计算机中进行诊断分析处理，也包括输出 打印报表、安排维修及备件管理等。 卡特彼勒公司的“采矿铲土运输技术系统( m e t s ) 【6 j ：m e t s 包括多种多样 的技术，如无线电数据通信、机器监测、诊断、工作与业务管理软件和机器 控制装置等。该系统由三部分组成：( 1 ) 计算机辅助铲土运输系统( c a e s ) ： 包括机载计算、厘米级g p s 微波定位和高速无线电通讯三项技术。在运行中， 机载系统通过无线电接收整个无线网络中的铲土运输数据、工程数据，这些 数据可以在驾驶室屏幕上显示，从而司机能直观地了解机器的作业位置，并 准确地判断需要挖掘、回填或装载的土方量。( 2 ) 关键信息管理系统( v i m s ) ： 3 架线施工中牵张设备远程智能化监测系统的研究 v i m s 监测机器中极其关键的性能与作业参数，通过无线电将数据从该机器传 送到作业办公室，在管理中心可立即分析数据以便判断机器的当前状态或加 以收集和整理，以便显示机器的作业趋势。( 3 ) c a e so f f i c e 软件：这套系统 安装在管理中心，它结合施工机械的数据产生一个集成的实时作业模型，使 施工管理人员在接近实时条件下对现场作业进行监控，同时作业管理软件通 过最佳施工物流的分析，产生新的施工方案，并将每一台机器的最佳运行位 置、速度、路线、载重量传送给相应设备的监控单元，指导其作业。 图1 1 卡特彼勒公司的采矿铲土运输技术系统框图 德国o & k 公司的挖掘机卫星数据传输监控系统应用卫星通讯技术将各台工 作中的挖掘机状态信息、故障信息，由机载发射机发射到同步卫星上，再由 卫星上的转发器发回管理中心，管理中心的屏幕上实时显示各台机器的运转 状况。由管理中心的计算机进行分析处理，给挖掘机作业生产管理、备件或 定购、维修带来极大的方便。 沃尔沃建筑设备公司推出的b 系列自行式平地机操作环境的神经中枢是 c o n t r o n i c 监控系统一v o l v o 独有的多功能系统。它可以使操作员了解该机所 有功能的运行状况，其中包括发动机的转速和温度、燃料液位、地面速度、 过滤器阻塞情况、差速器锁紧脱开等信息。c o n t r o n i c 不仅可以使操作员随时 了解其操作的平地机发生了什么情况，而且还储存了所有的操作数据以供维 修技术人员下载。得到这些信息后，技术人员使用v c a d s p r o ( v o l v o 计算 机辅助诊断系统1 访问该数据，以便进行维修、诊断和性能分析。采用这套系 统，操作员可以在零部件失效前采取措施，并在发生故障时诊断出故障的原 因。这套系统的主要功能就是保持平地机处于最佳状态，从而延长机器的使 用寿命。沃尔沃公司的l 系列装载机上也安装有m a t r i s 软件包，用以监控和 分析装载机的工作状态；其小型装载机上配有电子伺服控制及信息系统 ( e s i s ) ，由液晶显示屏和键盘组成，用来显示和记录各种信息，其自动诊断功 4 硕十学位论文 能记录机器故障并储存所有相关信息，通过编码还可以防盗。凯斯( c a s e ) 公司 2 1 b 、c 系列装载机也采用计算机监控系统，该系统安装在司机座椅的右侧， 也具有故障诊断和工作状态液晶显示功能。 1 2 3 国内工程机械监测技术研究现状 国内部分高校和大型企业已着手开展这方面的研究，并取得了一些进展，例 如： 天津工程机械研究院研究介绍了一种e m s a 型电子监测器，它可以对装载 机的主要参量，如发动机的机油压力、冷却水温度、发动机燃油的油温、发 动机的燃油液位等共计1 0 个参量，加以显示和报警。这些参量的报警等级分 为三级，i 级报警是提醒司机注意，表示有潜在的故障存在，但不会造成有关 部件的损坏；i i 级报警要求司机做出反映，进行必要的检查和处理，否则将 造成有关部件的损坏；级报警要求立即停车，采取紧急措施进行维修和处 理。 浙江大学介绍了一种工程机械用智能化仪表的基本功能、软硬件设计基本思 路，该仪表根据液压挖掘机的具体特点和用户的要求，选择了1 0 个具有代表 性的参量作为测点，配置相应的传感器，能够对工程机械的一些主要参数进 行采集，从而实现了对液压挖掘机主要运行程序工况的实时在线监测。 大连理工大学以起重机为模型开发的工程机械工况测取与故障诊断系统，系 统由车载数据采集机、中继机和分析处理机构成。车载数据采集机采集、存 储车辆运行工况数据后，在将数据传输到便携式中继机，由中继机将数据输 入到办公室的分析处理机，进行离线诊断分析。 中联重科成功研制了基于g p r s 和g p s 的泵车远程维护与定位系统，该系统 集成了定位和状态监测，具有远程监测和维护功能。由于实现原理简单，技 术发展成熟，所以具有良好的稳定性和性价比徐工集团也开发了针对z l 5 0 g 装载机的g p s 定位与维护系统，该系统提供定位和状态监测，实现原理与中 联重科基本相同，有的只是业务软件的差别。 综上所述，有关国内外工程机械状态监测、故障诊断系统，主要有着几种类型： ( 1 ) 在单机上的重点部位设置传感器，配置电子监测器( 仪表) ，构造电子监测系 统，实现工况监测、并进行在线故障报警。 ( 2 ) 电子监测系统实现工况监测、故障报警，并可存储数据，事后与便携式微机 进行通讯，实现离线故障分析诊断。 ( 3 ) 基于知识的故障诊断专家系统，事先用工程机械设备的标准规则、专家经验 知识等构造成可推理的诊断专家系统。应用于设备检修场所，通过人机交互的形 5 架线施丁中牵张设备远程智能化监测系统的研究 式，专家系统获取故障征兆，进行离线分析诊断。 ( 4 ) 应用于施工场所的检测车，可实现状态检测和智能故障诊断，检测诊断系统 的功能可以得到较大提高，实施检测诊断时，施工设备需要停止工程作业。 1 3 远程无线监测相关技术和理论 牵张设备远程监测系统与状态维修理论也有着密切的关系，下面主要介绍一 下实现远程状态监测的无线通讯技术和状态维修技术和理论。 1 3 1 无线通讯技术 由于牵张设备多系露天野外作业，受风雨、日晒、粉尘等影响和侵蚀，工作 环境十分恶劣，故障频繁，故为减少设备运行的故障率，需要对其进行远程状态 监测。而由于高压架线施工生产的特性决定了牵张设备分散性，流动性强，从而 又决定了牵张设备不能像固定机械设备那样接入i n t e m e t 方式来实现远程监测， 必须采用无线通讯的方式来实现牵张设备的远程监测。 目前无线通讯技术主要有：蓝牙技术f 7 母】、红外线技术、卫星通讯技术、g p r s 技术等。其中蓝牙技术、红外线技术因只能实现短距离的数据通信，故需要在设 备附近建立作业管理中心，有条件的可以再通过作业管理中心上i n t e r a c t ，这种方 式适合机群化作业，但因其价格昂贵而限制了其使用，而通用分组无线业务g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，g p r s ) 是一种基于g s m 系统的无线分组交换技 术，提供端到端的、广域的无线i p 连接【1 0 d2 1 。通俗的讲，g p r s 就是一种无线的 高速传输技术，方法是以“分组 的形式把数据传送到用户手上，由于g p r s 是 作为现有g s m 网络( 第二代移动通信) 向第三代移动通信演变的过渡技术，因 此也被称为2 5 代移动通信技术，主要具有以下优点： 通过多个g s m 时隙的复用，支持的数据传输速率更高，理论峰值达1 7 1 2 k b s 。 不同的网络用户共享同一组g p r s 通道，但只有当某一个用户需要发送或接 收数据时才会占用信道资源。这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用 无线网络信道资源，特别适合突发性、频率大的小流量数据传输。 g p r s 计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费。 g p r s 能够随时为用户提供透明的i p 信道，可直接访问i n t e r n e t 中的所有