１４ 累積工作時間計算
由起重機(jī)的電氣控制原理可知 （見圖２），起升機(jī)構(gòu)電機(jī)由交流接觸器ＺＣ、ＦＣ、ＤＣ及相應(yīng)回路控制，因此，采集線圈狀態(tài)并進(jìn)行累加即可統(tǒng)計起重機(jī)的累積工作時間，也可以通過起重量信息計算累積工作時間。
圖２ ３０ｔ／１０ｔ橋式起重機(jī)主鉤控制原理
２ 嵌入式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)組成
滿足ＧＢ／Ｔ２８２１４—２０１２規(guī)定的安全監(jiān)控要求。嵌入式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)采用了ｆｒｅｅｓｃａｌｅｉＭＸ２５系列 ３２位 ＡＲＭ９核心微控制器 （ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｅｒＵｎｉｔ），主頻 ４００Ｍ，通過外圍電路擴(kuò)展，使該系統(tǒng)具有６４ＭＤＤＲ２系統(tǒng)內(nèi)存，１２８ＭＦｌａｓｈ存儲器。支持實時時鐘、大容量ＳＤ卡、１路以太網(wǎng)、多路串行通信 （包括ＲＳ２３２、ＲＳ４８５、ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ）、工業(yè)現(xiàn)場總線 （ＣＡＮ）、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ＴＦＴ彩色ＬＣＤ、４線制電阻觸摸屏、３２路ＧＰＩＯ；支持ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ６０嵌入式實時系統(tǒng)。通過移植，支持嵌入式數(shù)據(jù)庫ＳＱＬｉｔｅ３。系統(tǒng)組成如圖３所示。
圖３ 嵌入式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)
圖３中ＲＳ４８５和起重量限制器連接，實時獲取載荷信息，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊ＧＰＲＳ（或ＣＤＭＡ）用于和后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，觸摸屏用于工作狀態(tài)顯示和參數(shù)設(shè)置，實時時鐘用于記錄故障信息的時間戳，ＳＤ卡則用于保存故障信息，ＧＰＩＯ則用于采集開關(guān)信號的狀態(tài)。
３ 起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計
嵌入式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)基于ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ６０嵌入式實時系統(tǒng)，移植了基于文件的嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)ＳＱＬｉｔｅ３，開發(fā)工具采用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ２００５。系統(tǒng)組成如圖 ３所示，上層是起重機(jī)安全監(jiān)控應(yīng)用程序，下層是嵌入式操作系統(tǒng)ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ６０和嵌入式數(shù)據(jù)庫ＳＱＬｉｔｅ３。起重機(jī)安全監(jiān)控應(yīng)用程序通過ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ控制硬件操作。ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ６０支持多任務(wù)，軟件設(shè)計應(yīng)利用多任務(wù)特性以提高程序運行效率。起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)需要執(zhí)行的主要任務(wù)有：
１）定時輪詢安全信號，如果相應(yīng)的信號被觸發(fā)，則記錄信號值及發(fā)生的時間；
２）記錄起重機(jī)的工作載荷，記錄開始作業(yè)的時間和結(jié)束作業(yè)的時間；
其中１）和２）具有實時性，３）和４）則是非實時的，應(yīng)采用不同的方法進(jìn)行處理。實際中，針對第１種情況，采用了ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ系統(tǒng)自帶的定時器，每隔１００ｍｓ對Ｉ／Ｏ信號進(jìn)行采集，如果信號改變，則記錄相應(yīng)事件。針對第２種情況，采用了多線程和信號量機(jī)制確保及時正確的接收起重量限制器傳送的數(shù)據(jù)。針對第３種情況，采用了ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ的消息機(jī)制更新界面元素。針對第４種情況，則利用了非作業(yè)時間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
軟件設(shè)計基于ＷｉｎｄｏｗｓＭＦＣ，采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，圖４顯示了參與通信的各對象之間的交互。和起重量限制器通信過程中涉及了串口類（Ｓｅｒｉａｌ）、起重量限制器類（ＬｏａｄＣｅｌ）、應(yīng)用程序類（Ａｐｐ）和界面交互類（Ｄｉａｌｏｇ）。應(yīng)用程序類（Ａｐｐ）用于實現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)控制邏輯，初始化界面交互對象（１）、起重量限制器對象（２）和串口對象（３）；界面交互類實現(xiàn)了輸入控制和信息顯示；串口類實現(xiàn)了串口初始化，并啟動單獨的線程（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）接收起重量傳感器的數(shù)據(jù)（４）并進(jìn)行通信過程中的錯誤處理，例如奇偶校驗錯，然后將接收到的正確字節(jié)流數(shù)據(jù)傳遞給起重量限制器類（５）；起重量限制器類對接收的字節(jié)流進(jìn)行緩存，并依據(jù)ＭｏｄＢｕｓ協(xié)議提取其中的載荷信息并進(jìn)行校驗（６），之后將完整的起重量信息通過消息機(jī)制通知界面交互類（７）；最后由界面交互類更新起重量信息（８）。
圖４ 起重量限制器通信活動圖
由于不同類型的起重機(jī)顯示的內(nèi)容差異大，不同類型的起重量限制器其通信協(xié)議、解析方法也不同，因此Ｄｉａｌｏｇ類、ＬｏａｄＣｅｌ類變化較大。而起重機(jī)安全監(jiān)控流程、接收起重量限制器之間的數(shù)據(jù)通信則是相同的，因此，Ａｐｐ類、Ｓｅｒｉａｌ類相對固定。通過類的抽象和接口定義，將安全監(jiān)控系統(tǒng)的控制流程和易于發(fā)生變化的部分進(jìn)行了封裝，提高了軟件復(fù)用。采用通道表示某個安全監(jiān)控信息源，每個通道隸屬某個機(jī)構(gòu)，某個機(jī)構(gòu)可包括多個通道，例如起升機(jī)構(gòu)包含了上限位、下限位、超載等多個通道，借鑒設(shè)計模式中的復(fù)合模式，構(gòu)建了如圖５所示的類層次結(jié)構(gòu)，Ａｓｓｅｍｂｌｙ類抽象了起重機(jī)機(jī)構(gòu)，通過該類的Ａｄｄ方法將通道 （安全監(jiān)控信息源）進(jìn)行動態(tài)分類，實現(xiàn)了安全監(jiān)控信息源的結(jié)構(gòu)化，利于信息的存儲、傳輸和檢索。
圖５ 通道和機(jī)構(gòu)類層次
４ 結(jié)論和展望
采用嵌入式系統(tǒng)對繼電器控制的３２ｔ／１０ｔ×２２５ｍ（Ａ５）通用橋式起重機(jī)進(jìn)行信息化改造，使該起重機(jī)初步具備了實施ＧＢ／Ｔ２８２６４—２０１２規(guī)定的安全監(jiān)控的條件。通過面向?qū)ο蠹夹g(shù)，將安全監(jiān)控信息源進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化和層次化，以利于故障信息的存儲和檢索。同時，利用ＬｏａｄＣｅｌ等類，將系統(tǒng)中變化部分進(jìn)行了隔離和封裝，提高了軟件復(fù)用。嵌入式系統(tǒng)配置靈活，軟硬件一體，性能強(qiáng)大，完全可以替代傳統(tǒng)的工業(yè)控制計算機(jī) （ＩＰＣ），而成本只有后者的１／３，具有很高的性價比。
