隨著 Internet 技術和無線通信技術的發展，起重設備的實時監控與診斷日益朝網絡化和無線遠程化發展，已經構建了基于數據的遠程監控系統結構和通道。但對于現場作業復雜的工程機械而言，技術和管理人員往往需要對遠程裝備作業情況進行直觀了解，以往的遠程監控系統監控界面只包括二維信息，不能實現設備的遠程 3D 信息化監控而基于攝像頭的遠程視頻工況監控系統只能監控一、兩個最重要的機構動作，由于傳輸數據量大，使其只能在駕駛室應用，不能用作遠程工況視頻監控采用 VＲML (Virtual ＲealityModeling Language) 構建的虛擬監控系統效率低，著色渲染速度慢，沒有底層控制，并不能滿足架橋機 3D 遠程監控系統的需要。

針對以上情況，本文基于組態軟件 GENE-SIS64 技術開發了一套架橋機 3D 遠程虛擬監控系統。系統通過采集現場數據，并應用 3G 通訊及云服務技術實現數據上傳與存儲，3D 遠程監控系統 通 過 訪 問 云 服 務 獲 取 數 據，在 GENE-SIS64 軟件中驅動 3D 模型運動，實現遠程監控中心的架橋機工況真實再現，為管理和評判提供直觀依據。

1架橋機3D遠程監控系統介紹

(1)系統功能

架橋機 3D 遠程監控系統基于組態軟件 GENE-SIS64 創建，具有監控架橋機工作過程和指定運行參數能力，能夠對重要的運行參數和安全狀態進行記錄并管理，并實時顯示架橋機報警信息。結合 GENESIS64 獨特的 3D 視圖以及 WIN7 展示技術，通過現場數據實時驅動架橋機 3D 模型運動，系統首次實現了設備遠程 3D 監控。

（2）架橋機3D遠程監控系統構成

架橋機監控系統采用的是現場監控與 3D 遠程監控并存的方案。現場監控系統主要由工控機和PLC 構成，工控機采用自主開發的監控軟件來實現數據采集、數據顯示以及數據上傳。PLC 完成系統的控制與保護。系統以西門子 S7 300PLC 作為控制單元，工控機與 PLC 通過以太網進行通訊。PLC 與架橋機各驅動器以 ProfiBus 通訊協議進行通訊。此外，對于位移傳感器、角度傳感器、編碼器等通過 CAN 控制器接入工控機實現數據采集，通過將起重量限制器以 ＲS232 接入工控機來實現起重量及風速數據的采集。

工控機采集數據經過解析在工控機上實現架橋機現場監控，工控機通過 3G 無線網卡，將本地數據上傳云服務器，3D 遠程監控系統通過訪問云服務數據接口讀取數據，并將其存 儲在SQLSEＲVEＲ 數據庫中，GENESIS64 通過讀取數據庫中的各監控項數據，驅動提梁機 3D 模型運動并顯示運行參數、實時數據、報警信息。架橋機監控系統的結構如圖 1 如示。

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（3）GENESIS64 與數據源連接

系統通過 C#編寫的應用程序訪問云服務數據接口獲取數據，并將實時數據存儲在本地 SQLSEＲVEＲ 數據庫中，為建立 GENESIS64 與數據庫的連接，需在 GridWorX64 Server 中完成以下設置:

1) 連接數據庫

支持連接 SQL SEＲVEＲ、Oracle、SAP、OLEDB、ODBC 等數據庫;

2) 創建數據源

數據源包含 SQL 命令，實現數據庫表中各列的選擇、插入、更新、刪除;

3) 設置刷新周期

運用時間觸發器，可使數據刷新周期達到毫秒級，但較短的刷新周期將占用較多系統資源，影響系統性能。綜合考慮，本系統刷新周期設為 300 ms。

如前所述，配置 GENESIS64 各組件可在數據瀏覽器中讀取數據庫各監控項數據，實現數據連接，數據瀏覽器提供了連接數據源的工具，可連接的數據源包括 OPC UA 標簽、全局別名、仿真數據、歷史數據、數據庫。GENESIS64 通過統一數據接口 (數據瀏覽器) 讀取數據，數據依次經過應用服務器、運行時架構 FrameWorX，到達客戶端各組件顯示輸出或驅動 3D 模型運動，GENESIS64數據流程如圖2 所示。其中應用服務器包括 Alarm-WorX64 Server ＆Logger、TrendWorX64 Logger、Unified Data Manager; 客戶端組件包括 GraphWorX64、AlarmWorX64 Viewer、TrendWorX64 Viewer、Earth-WorX64; FrameWorX 負責組件間數據交換，也有數據聚集、數據預取、數據橋接、數據通道等優化加速功能。

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2．架橋機3D遠程監控系統-GENESIS64 組態設計

根據架橋機安全監控功能需求，將系統設計為不同的功能模塊，主要的功能模塊有主界面、報警信息、趨勢曲線、地理信息，各組態界面通過功能按鈕實現切換。

（1）主界面

架橋機3D 遠程監控系統主畫面在 Graph-WorX64 中制作完成，GraphWorX64 是 GENESIS64重要的組件，系統的其他功能模塊都添加在該組件中。在 GraphWorX64 中，主界面包括3D可視化及2D信息。

1) 3D 可視化

GENESIS 64 支持3D視圖，是其相較于傳統的組態軟件而言最大的特點。GraphWorX64 支持3D 動態效果，支持 3D 模型的位移、旋轉、隱藏、甚至碰撞等效果，三維的組態畫面非常適合于機械設備的動作監控，架橋機動作過程可直觀地在畫面上展示。在架橋機 3D 遠程監控系統中，提梁機作業的整個動作包括運梁車喂梁、前起升機構馱梁、落梁與整車過孔等，都可在3D視圖中顯示。在3D視圖中應用 Camera view 功能可獲得客制化的視野，為用戶提供豐富的視角。

2) 2D 信息

GraphWorX64 支持 2D 畫面的制作。在 Graph-WorX64 中預置了許多功能，大多數情況下用戶都不需要腳本。主界面 2D 信息包括面板信息及設備狀態信息。點擊 3D 視圖中的架橋機模型，主界面出現面板提示信息，其主要包括設備運行參數信息 (包括行走模式、速度模式、環境信息等);設備狀態信息主要包括各起升機構狀態及控制器狀態 (包括各鉗盤狀態、上升下降限位狀態、各控制器狀態)。當控制器狀態異常時，其前的狀態圖標將顯示為紅色; 狀態正常時，狀態圖標為綠色。

（2）報警信息

1) 報警配置

報警配置是在 AlarmWorX64 Server 中完成的，其報警類型主要分為 5 種: 數字量報警、模擬量報警、偏差報警、變化率報警、觸發報警。

AlarmWorX64 Server 提供延遲設置，通過設置時間延遲，當報警條件在延遲時間后仍滿足時才觸發報警，這對監控項瞬時波動的場合很有工程意義。對于架橋機起重量 100% 報警，起升機構在提梁過程中由于機械振動引起瞬時過載，可能觸發起重量 100% 報警引起誤判，當通過設置延遲時間后，只有延遲時間過后報警條件依然滿足時才顯示，避免了系統因瞬時過載引起的誤判。另外，AlarmWorX64 Server 也提供緩沖區設置，可減少因傳感器信號波動引起的誤判，其原理如圖 3 所示。通過設置數據緩沖區即圖中點畫線，當傳感器信號波動時，只有當信號超過緩沖區上限時才出現報警提示，有效避免因信號波動引起的誤報。

2) 報警顯示

報警顯示在 AlarmWorX64 Viewer 中實現，包括實時報警和歷史報警。AlarmWorX64 Viewer 能顯示報警標簽名、報警類型、報警時間及報警描述等。當設備出現報警信號時，系統將產生報警提示，同時可以查找歷史報警記錄。AlarmWorX64Viewer 支持生成歷史報警報表，支持歷史報警打印。

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（3）趨勢曲線

趨勢曲線由 TrendWorX64 組件實現，趨勢曲線配置是在 TrendWorX64 Logger 中完成的，在TrendWorX64 Logger 中主要完成以下設置:

1）設置數據采樣頻率和標簽刷新周期上述2 項將顯著影響 TrendWorX64 Logger 以及數據庫所占資源，影響系統性能，需根據實際情況考慮。

2) 設置數據收集開始及結束時刻可以設置時間點或布爾表達式以確定 TrendWorX64 Logger 何時開始記錄收集數據或停止數據收集。

3) 設置數據庫表管理策略包括 Trend-WorX64 Logger 設置數據庫表的數量及表的大小以及何時創建新表，數據庫優化、負載平衡等。

4) 配置標簽 指定標簽數據源，將數據項與TrendWorX64 Logger 建立聯系。

GENESIS64 通過訪問云服務器獲取設備運行參數，在 TrendWorX64 Viewer 中實時顯示。Trend-WorX64 Viewer 具有豐富的細節設置，而且支持2D及3D效果。

（4）地理信息

地理信息模塊由 EarthWorX64 組件實現的，現場通過 GPS 定位裝置獲取架橋機地理位置參數將其上傳云服務器，架橋機 3D 遠程監控系統通過訪問云服務器，獲得設備當前位置的經緯度值，在EarthWorX64 地圖中實現設備地理信息標注顯示。在 EarthWorX64 中也能實現地圖導航，包括平移、縮放; EarthWorX64 支持多種地圖模式，用戶可輕松切換，具體包括街拍模式、航拍模式、俯瞰模式; 在俯瞰模式下地圖上顯示街區建筑物等三維圖像，具有傾斜視角，可以旋轉視角。

在 EarthWorX64 添加智能圖釘，不僅能實現設備的地理標注、設備狀態顯示、還能實現報警提示。當設備故障時，智能圖釘不停閃爍，給出報警提示，智能圖釘包含信息面板，

信息面板中包括設備當前狀態、累次工作時間等。對信息面板添加消隱、收縮、觸發等動作，增強了界面的動態交互性。

3.架橋機3D遠程監控系統總結

架橋機由于其工藝和結構特點，其使用上存在隱患，架橋機 3D 遠程監控系統對于保障生產安全和方便生產管理具有重要意義，相對國內同類監控系統，該系統具有以下特點:

1) 將 GENESIS64 應用到起重設備遠程監控領域，通過施工場景及架橋機 3D 模型的構建，利用現場數據驅動三維模型運動，實現了架橋機 3D 遠程虛擬監控。

2) 系統將 HMI/SCADA 系統、三維 (3D) 虛擬現實系統和 GIS SCADA 統一在一個平臺。

目前，該系統已投入使用，系統性能穩定，運行正常，應用 GENESIS64 構建起重設備3D 遠程虛擬監控系統是一個新的嘗試，其技術路線值得推廣。