基于Wi-Fi的起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)的研究

江旅銳

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545001）

0 引言

起重機(jī)屬于重型礦山機(jī)械，起重機(jī)械運(yùn)動部件移動范圍大，容易發(fā)生碰撞、脫鉤、傾翻等事故，伸縮臂、力限器等分別作為起重機(jī)的主要受力構(gòu)件、重要保護(hù)裝置，每臺起重機(jī)在正式啟用之前需對伸縮臂、力限器等進(jìn)行多項數(shù)據(jù)的標(biāo)定，以確保起重機(jī)作業(yè)過程的準(zhǔn)確性及安全性。但在當(dāng)前有限的施工條件下，標(biāo)定作業(yè)員必須在距離整車較近的地方完成相關(guān)工作，由于整車本身臂架組合模式較多，在沒有完成所有數(shù)據(jù)的標(biāo)定之前，起重機(jī)自身的安全防護(hù)裝置也不能對作業(yè)人員起到絕對的保護(hù)作用，一旦發(fā)生事故，必將造成重大損失。

本文主要針對施工現(xiàn)場的技術(shù)人員，研究基于Wi-Fi的起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)，在安全距離內(nèi)完成無線標(biāo)定，提升作業(yè)過程的安全性。

1 起重機(jī)標(biāo)定工作的現(xiàn)狀分析

起重機(jī)的標(biāo)定工作主要由整車司機(jī)與標(biāo)定作業(yè)員共同完成角度標(biāo)定、壓力標(biāo)定、幅度標(biāo)定、油缸伸縮速度標(biāo)定以及節(jié)臂伸縮速度標(biāo)定等，以確保起重機(jī)作業(yè)過程的準(zhǔn)確性及安全性。下列示意圖中，節(jié)臂伸縮速度、油缸伸縮速度的標(biāo)定工作的危險系數(shù)較高。

標(biāo)定危險系數(shù)較高的項目時，若采用有線CAN設(shè)備，實體介質(zhì)導(dǎo)線的束縛性導(dǎo)致客戶端與整車端通信的距離受限，標(biāo)定作業(yè)人員必須近距離完成標(biāo)定相關(guān)工作，存在重大安全隱患；若依靠移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線通信，標(biāo)定作業(yè)人員雖然可以遠(yuǎn)程完成標(biāo)定相關(guān)工作，但2G/3G/4G移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實時性不高，5G移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)成本高，且超出移動數(shù)據(jù)覆蓋范圍不能使用。

因此，針對施工現(xiàn)場的技術(shù)人員，制定一套基于Wi-Fi的起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)，通過移動終端與無線硬件通信設(shè)備的配合，使用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成獨(dú)立局域網(wǎng)，實現(xiàn)人機(jī)無線互聯(lián)的技術(shù)，既能保證作業(yè)人員的人身安全，又能完成危險系數(shù)較高的標(biāo)定工作。

2 起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)的框架設(shè)計

起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)整體設(shè)計框架主要包括移動終端、整車端、通信模塊（見圖1）。

圖1 起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)框架示意圖

3 關(guān)鍵問題研究

在起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)的整體設(shè)計中，主要存在兩個關(guān)鍵的問題：一是移動終端與整車端的通信問題；二是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)缺陷問題。

（1）移動終端與整車端的通信問題：整車端只識別CAN數(shù)據(jù)，而移動終端只識別網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，不同的數(shù)據(jù)類型無法進(jìn)行直接通信。

（2）無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)缺陷問題。

①干擾性問題：無線局域網(wǎng)依靠無線電波進(jìn)行傳輸，這些電波通過無線發(fā)射裝置進(jìn)行發(fā)射，而建筑物、車輛等其他障礙物都可能阻礙電磁波的傳輸。

②速率性問題：無線通信的傳輸速率與有線信道的傳輸速率相比要低。

4 關(guān)鍵問題解決方案

起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)的兩個關(guān)鍵問題的解決方案如下。

4.1 移動終端與整車端的通信

選擇基于Wi-Fi的無線硬件通信設(shè)備作為通信橋梁（如CanWifi設(shè)備），實現(xiàn)了整車與移動終端的數(shù)據(jù)無線交互，并制定專用的通信協(xié)議，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼處理。

4.2 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)缺陷

與常見的藍(lán)牙、ZigBee等技術(shù)相比，選用基于Wi-Fi的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅躍障礙能力更強(qiáng)，也具備較高的通信速率（幾十Mbps，平均延時≤10 ms，通信距離在空曠環(huán)境下可達(dá)近百米），雖然不能從根源解決無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的天生缺陷，但各方面已能滿足整車通信要求（整車常用的波特率為250 kbps、500 kbps）。

圖2 起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)總體分析示意圖

5 基于Wi-Fi的起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)的總體分析

綜合系統(tǒng)框架設(shè)計、關(guān)鍵問題研究及其解決方案的各項分析，基于Wi-Fi的起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)的移動終端可通過上位機(jī)發(fā)送標(biāo)定請求、讀取整車標(biāo)定結(jié)果等，整車端接收移動終端標(biāo)定請求、完成標(biāo)定內(nèi)容，無線通信模塊連接整車CAN總線，并通過Wi-Fi技術(shù)在整車端和移動端之間組成獨(dú)立局域網(wǎng)，完成CAN數(shù)據(jù)透傳（見圖2）。

6 結(jié)語

隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以掌上設(shè)備作為移動終端是通信業(yè)界的時尚潮流，人機(jī)無線互聯(lián)是大勢所趨，基于Wi-Fi的起重機(jī)無線標(biāo)定系統(tǒng)，可有效解決實體介質(zhì)導(dǎo)線通訊距離的束縛性、移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)成本高等問題，有效提高起重機(jī)標(biāo)定工作的安全性，并提高產(chǎn)品市場競爭力。