摘要：擦窗机是一种高层外墙维护设备，具有型号多、分布广的特点。针对目前擦窗机在工作过程中存在的监测管理不便、故障处理时间长等问题，根据设备的工作特点，将PLC与GPRS通信模块连接，利用通信模块作为客户端，与服务器进行数据传输，使用MODBUS协议解析PLC数据，设计了基于TCP/IP协议的擦窗机远程监测与诊断系统。系统采用B/S模式架构进行人机交互，实现了对远程设备的图形化、数字化监测。本系统对擦窗机设备的安全操作、故障处理具有实际工程意义。
关键词：TCP/IP；PLC设备；擦窗机；远程监测；WEB开发
0引言
擦窗机作为高空作业机器，对其安全性能有着极高的要求[1]。当设备出现问题时，技术人员需及时赶到现场，不仅不便于故障的及时处理，甚至可能产生更加严重的后果。因此，如何有效监测擦窗机状态成为维持擦窗机工作稳定、安全运行的关键问题。设计一种远程的监诊系统，实现对设备的动态监测，不仅便于非专业人士直观了解擦窗机目前状态，而且便于专业人士远程进行设备操作指导，从而排除安全隐患，节省了大量的人力物力，且相较于人工排查而言，也更为准确可靠，极大地节省了成本，提高了工作效率。
1总体设计思路
系统采用B/S模式架构进行人机交互，可以减轻服务器负担，节省用户内存，方便进行系统维护。擦窗机的PLC数据通过远程通信模块传输至云端服务器，将数据解析后存储至数据库中以便系统调用，实现PLC与本系统的数据交互。创建数据表以储存用户名、账号密码、设备地址、设备类型等信息，在服务器中部署WEB项目调用数据库，使用WEB开发语言进行系统设计，完成擦窗机设备远程监测网站的开发。
2数据采集方案
数据的远程采集是通过通信模块与云端服务器完成网络通信实现的，是整个远程监测系统的核心。系统的数据采集流程为：1）利用TCP/IP协议建立客户端与服务器之间的连接；2）使用MODBUS协议获取并解析PLC数据，并将解析后的数据存入在服务器创建的数据库内。
2.1数据传输。擦窗机PLC中数据可以通过RS-485串口与远程通信模块连接，通过WIFI、GPRS、4G网络将数据远程传输至云端服务器，本文选用济南有人物联网公司的GPRS模块USR-GPRS232-730进行数据传输，模块与服务器之间采用TCP/IP协议，服务端与客户端通过建立套接字进行通信[2]，图1为SOCKET通信流程。这里通信模块用作客户端，服务器用作服务端，通过对模块进行配置，添加服务器IP地址与接收端口，便可将数据传送至云服务器的指定端口。服务器通信代码如下：
2.2数据解析。在进行数据解析时采用Modbus通信协议，PLC作为Modbus从站，服务器作为Modbus主站。服务器循环向通信模块利用MODBUS指令发送获取数据请求，通讯模块接收到指令后，将PLC离散输入寄存器与线圈寄存器的数据发送至远程服务器[3]，将获取到的数据通过MODBUS协议解析后储存至数据库，系统可通过AJAX技术及HTTP协议发送JSON格式的数据，将获取到的PLC数据在网站中显示。图2为MODBUSRTU指令的格式。
3系统结构设计
系统客户端是用户对设备进行远程监测的直观页面，页面排版应简洁直观且具有专业性，以方便不同类型的用户的使用。客户端主要的两个功能为：1）为用户提供一个友好的人机交互界面；2）与服务器进行网络通信，完成数据收发[2]。
3.1设备状态监测。页面可以展示设备的信息及目前在线/离线、故障/正常等状态，实现对设备当前动作、限位开关状态的直观监测，并可查看与该动作相关的点位信息。当设备出现故障时，点击故障排除可以显示该故障的解决办法。为了清楚观察主机及吊篮中的状况，分别在主机与吊篮中安装摄像头，将图像接入网页中，可实现设备的远程实景图像监测，可以控制摄像头旋转，方便查看设备内部细节。并且针对不同型号的设备，调节页面的显示内容与布置[4]。
3.2设备故障分析。与一些大型工程机械的电气系统类似，擦窗机电气系统线路众多，控制较复杂[5]。其可能的故障形式有：自检故障，设备无输入，设备无输出，限位开关故障，接触器故障，工作电机或液压电机故障等。设备出现故障的原因可能是：1）动作旋钮，限位开关，接触器或电机损坏。2）触点至PLC之间接线断开。3）未满足设备动作的必要条件。将设备可能出现的故障编入程序中，通过PLC数据点组合判断，在网站中显示设备当前出现的故障及解决办法。
4系统测试
打开擦窗机模拟电控箱，将设备调至正常工作状态。操作吊篮上升动作改变PLCI/O口的数据值，GPRS通信模块将变化后的数据发送至指定服务端，在服务端发送MODBUS指令，如’0201000000183C33’，该指令为从MODBUS地址00001开始，读取36个线圈寄存器的数据，立刻能接收到回复数据’0201030700008DBC’，其中’070000’为36个线圈寄存器的数据，共3个字节，将数据通过MODBUS协议规则解析后存入数据库内，在网页中调取数据库，便可将擦窗机状态实时显示在网页中，90个数据点的采集时间为2s，数据采集间隔为10s，如使用配置更高的服务器，还可进一步提升采集效率。图3为系统进行数据采集的工作流程图。
5结论
本文针对目前擦窗机在管理监测中存在的问题，根据擦窗机的特点，设计了基于擦窗机设备的远程监测与故障诊断系统。通过测试显示，系统运行状态稳定，采集数据的速度快、频率高，满足对设备的监测要求，最终实现了对擦窗机设备的远程监测，便于对设备故障的及时处理，缩短了故障时设备的停机时间，提升了经济效益，为同类大型工程机械设备的远程监测系统提供了设计思路。
作者:董泊纤 龙麒谭 王伟龙 单位:长安大学