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摘要：本文阐述了工程机械监控系统的重要性，智能化控制系统的结构框架，工程智能化系统中采用的新技术进行了介绍，指出了在智能化的操作和维修中存在的问题，并对这些问题进行了分析，从而有利于规范工程机械智能监控系统设计。
关键词：工程机械；智能监控；关键技术
引言
随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的飞速发展，以全数字式现场总线技术为代表现场控制仪表、设备大量应用，使得传统的现场控制技术及现场控制设备发生了巨大的变化。繁琐的现场连线被单一、简洁的现场总线网络所替代，系统设计灵活、设备维护简单，信号传输质量也大幅提高。将远程监控技术应用于工程机械设备，实现远程定位、远程工况数据的采集监控与诊断维护等，已成为工程机械的一种趋势。
1 工程机械智能监控的重要性
工程机械产业是为国民经济建设提供技术装备的战略产业，目前我国在役工程机械总量达400多万台，庞大的市场保有量为众多基础建设项目的顺利进行提供了保证，但长期以来工程机械安全作业形势十分严峻，工程机械产品由于其系统组成复杂，工作环境恶劣，通常要求高负荷、长时间运行，加上维护保养体系的相对落后，因此系统经常会出现各种故障，机毁人亡重大事故时有发生，严重影响了建设项目的进度、效益以及人民财产安全。
工程机械智能监控技术能够预测、预警故障，变被动维修为主动维护，大幅降低关键施工期内的故障发生率，延长设备健康使用寿命，提高故障诊断寄维护的快速性和准确性。这样可以有效地保证工程机械的安全生产与施工。
2 智能化控制系统的结构框架
工程机械设备是一种技术复杂、功能众多、自动化程度很高的大型设备，在自动控制方面需要综合应用总线控制技术、传感器技术、人工智能等先进技术。工程机械远程监控系统包括工程机械车载终端、通信网络和远程监控服务中心3 部分。
2.1车载终端
车载终端一方面将施工现场的关键运行参数按预定数据通讯协议，通过通信网络（包括GSM短信通信平台或GPRS）传送至远程监控服务中心，另一方面可以接收远程监控服务中心的监控指令，完成远程监测与控制。车载终端通过分布在各关键零部件上的传感器采集工程机械的各种运行参数，如发动机油温、油压、水温、变速器油压、制动系统压力以及液压系统油温等，然后将这些信息通过通信网络“按时”（如每隔一小时发送一次）或“按需”（当监控中心有呼叫请求时或有故障报告时）传送至监控服务中心，由监控服务中心对车辆运行状态实现在线监测。
图一 车载终端结构
2.2 远程监控服务中心
远程监控服务中心保存了需要服务的工程机械清单、设备相关信息（如设备类型、机型、出厂时间和销售区域等）以及用户信息等。系统可以对所有注册的工程机械提供主动服务（故障诊断），也可应车载终端的要求对请求服务的特定工程机械进行被动服务（远程状态检测），检测与诊断的结果将自动传送给远程监控服务中心进行整理与记录。远程监控服务中心是整个系统的核心部分，采用双网冗余结构，由实时数据服务器、历史数据服务器、故障诊断服务器、应用服务器、Web 服务器、GIS 服务器、分析服务器、打印服务器、GIS 工作站、操作员工作站、工程师工作站、背投系统、磁盘阵列、打印机、交换机、网络通信设备和GPS 时钟设备等组成，如图2 所示，分别构成数据服务子系统、GIS 服务子系统、工作站子系统和网络通信子系统四大部分。
图2 监控服务中心配置
2.3 通信网络
通信网络是连接车载终端和远程监控服务中心的媒介，可选择卫星通信方式、短波通信方式或者GSM 移动通信网络。随着我国经济的飞速发展，GSM移动通信网络已基本覆盖了整个中国（除了极少数的边远地区外），通信费用也在不断下降，为此，项目选择中国移动的GSM移动通信网络。工程机械远程监控服务中心的下行命令采用短消息（SMS）形式发送至车载终端；远程监控服务中心配有静态IP地址，车载终端使用GPRS 将响应信息通过Internet连接传送至服务中心。
3 工程机械远程监控关键技术
3.1 单机集成化操作与智能控制技术
工程机械集成化操作与智能控制技术包括：电液控制自动换挡变速器技术、机电液一体化控制技术、负荷传感全功率控制技术和可编程控制与无人操作技术等。自动换挡系统普遍运用于工程机械中。自动换挡系统可分为液压式和电液式。液压式是将车辆的行驶速度、油门开度等行驶状态参数转换成油压信号，由油压信号控制换挡阀完成自动换挡。而电液式是将行驶速度、油门开度等行驶状况参数转换成电信号后输入电子换挡控制器，由电子换挡控制器控制换挡阀而实现自动换挡。电液式的自动换挡技术具有与工程机械控制相兼容的优点，是目前工程机械机电液一体化的一个发展方向。随着自动控制、机器人以及网络通信技术对工程机械领域的不断渗透，采用定向导航和位置诱导原理，依靠无线/有线通信、自身机械操作和自身监控信息反馈处理系统，通过计算机控制和自行判断，无人操纵的工程机械正在逐步得到应用。
3.2 基于网络的机群集成控制与智能化管理技术
在高等级公路路面施工项目中，由于施工机械品种及数量较多，各种机械的运行状态具有一定的随机性，施工项目的最优配置一直是实际施工中未能解决的问题。在需要由多机种、高性能机械联合作业施工的情况下，不仅施工机群的投资巨大，机械设备的使用费用高，而且机群作业的协调工作决定着整个工程的进度、质量和效益。因此，对机群进行优化配置和调度，充分发挥机群协同作业的工作效率，降低施工成本，已成为大型工程项目施工中十分重要的问题。
3.3智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护技术
电子监控与故障诊断技术主要是指对工程机械进行在线的智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护，实现工程机械的监控与故障诊断数字化、自动化和智能化。国外有关研究内容及其今后的发展方向主要体现在智能化的电子监控系统、多传感器融合技术和故障预测、诊断与维护技术等方面。诊断技术正处于初始应用阶段。传感器是电子监控与故障诊断技术应用的关键部件。随着世界传感器市场渐趋成熟，给工程机械的发展提供了有力支持。多传感器融合技术是在诊断系统中设置多种类型的传感器，用来探测工程机械部件由于磨损、疲劳断裂、弹性或塑性变形而在振动、温度、压力、流量等物理现象上的不同反映。对参加施工作业的工程机械，一般都要求具有很强的工作能力和较低的故障率，因此在作业中要求对多目标进行准确的定位、跟踪和分类识别。多传感器融合技术包括数据融合、信息融合以及数据与信息的融合，它是把从多个信息源得到的数据结合起来，以获得数量更多、质量更高的信息。我国的传感器技术的发展大大落后于世界领先水平，至今，高可靠性的温度、压力、角度、速度、加速度和力矩等传感器大多只能引进，可以说传感器技术仍将在今后一段时间内制约我们研制具有完全自主知识产权的电子监控与故障诊断系统。
4 工程机械智能化系统中存在的问题
4.1工程机械智能监控系统中的问题
我国各大工程机械主机厂商都对其主机进行了智能监控系统的设计。这些系统能够基本完成对主机的各种运行参数的监控与显示，并且能够实现远程监控的功能与简单的专家诊断系统功能。但是总体来说目前我国的智能监控系统存在以下问题
1）系统硬件结构问题。目前设计的系统中，为了实现特定的监控功能，多采用各种独立的专用检测装置，当整个智能监控系统需要实现较为复杂的功能时，整个系统的硬件结构将会非常复杂，这样将会影响系统的稳定与可靠性。
2）系统功能扩展问题。由于目前设计的监控
系统中，为实现各自功能的硬件装置都是对立的，各种资源都基本使用完，因此如果当监控系统功能提升时，将会面临整个系统由于资源不足，需要重新设计整个主机的智能监控系统。
3）软件开发期问题。包括两个方面：a.系统的编程软件不是为工程机械所定制，因此不能很好解决工程机械特有功能或者图形的编程。b.工程机械智能监控系统还没有确定一个系统体系结构，以至于编写的智能监控软件可读性、开放性、可靠性都比较差。
4.2 工程机械维修业发展存在的问题
在国外，工业化发达国家都比较重视维修业发展，专门设有维修管理机构。维修企业形式多样，维修市场已趋于成熟，经常举办维修设备展览和维修理论、维修工艺大型学术会议，有力地促进了维修业的发展。20世纪70 年代初，我国工程机械维修研究和应用才进入较快的发展时期，建立了科研机构、学术团体、推广应用维修新设备、新工艺，取得了一定成效。目前，我国工程机械维修业还不够规范，主要表现在：①工程机械维修业的宏观管理缺乏统一的归口部门②工程机械维修企业性质相对单一，基本上局限于集体、私营性质的中、小型维修企业，融资意识淡薄③维修业竞争、评价、监督和激励机制还没有建立，标准的制度不够完善，维修质量评价无据可依。
5 结束语
随着工程机械向智能化、设计人性化、大型化、节能环保化和高效率化的发展，智能监控系统的作用将越来越重要。本文对工程机械智能化关键技术和存在的问题作了较明确的分析。分析结果有利于规范工程机械智能监控系统的设计和改善工程机械的维修管理制度，以达到提高工程机械的安全与可靠性、减少系统的后期维护成本的效果。
论文作者:曾蔚
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/9
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