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腾控科技重型车辆监控方案
作者:腾控科技    来源:www.kfiv.com.cn    发布于:2017-06-14 18:38:24   
 
 
 
 
技术说明
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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201512
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    目前车辆联网进行的如火如荼,特别是对于个人车辆,其数量巨大,接口统一,协议统一,商业模式灵活,想象空间很大,能够获取大量的投资。
    对于两客一危车辆,由于国家强制性要求,自2011年8月1日起,新出厂的“两客一危”车辆,在车辆出厂前应安装符合《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》(JT/T794-2011)的卫星定位装置。
对于运输车辆,目前有部分车辆开始安装车载终端,主要采集车辆的位置数据,速度和油耗数据,用于运输企业的管理,提高运输效率,降低运输的成本,目前也有比较好的业务开展。
    而对于矿山车辆,港口车辆,机场车辆,其品种繁杂,数量少,接口不统一,协议不统一,也有部分企业开始安装车辆联网终端,主要是从管理和节能的角度来建立车辆联网系统。其目标主要在于了解车辆行驶里程,完成的作业量,工作时间和燃油消耗。
    目前我国提出建设所谓的绿色港口,绿色矿山的概念。
    何谓绿色港口,绿色矿山呢?至少一个港口和矿山的能量和物质消耗是可知的,港口和矿山消耗的主要包括水,蒸汽,电力和燃油。就目前的管理水平而言,容易知道其整个单位的燃油消耗,对于单台设备的消耗和单次作业的消耗是没有数据的。只有消耗可知,对能量物质消耗的节省才是可以度量的,才有评价的指标。
    工程机械都属于重型设备,其燃油消耗巨大,有的设备甚至能够一天消耗几百升柴油,一年的燃油费用要几万几十万;一年消耗几条轮胎,价值也在几万几十万的水平。这些燃油消耗在管理上有没有漏洞,轮胎在使用上有没有错误,其实是每个管理人员想知道却无法知道的事情。
    车辆的保养和维修更是一个不好度量的区域,有的设备可能保养过度,没有到保养时间就保养了,而有的设备可能是处于没有人管理的状态,直到损坏才有人知道。
    这些需求催生了我们的重型车辆管理系统,目前在港口和铁路使用,达到了甲方管理需要,产生了良好的效果。
    小客车和两客一危车辆,物流车辆的车辆联网系统容易推广的原因是标准化工作做的非常好,功能需要单一。
    其需求基本上是采集发动机数据,采集车辆的位置和速度,采集车辆油耗数据,一般来看就是一个2G/3G上网模块+标准OBD接口+GPS/北斗就能满足要求。因为其工作模式单一,无外乎把物品或者人员从甲地搬到乙地。
    工程车辆所完成的除了物品搬运外,还要很多的复杂工作。其车辆联网控制比小客车两客一危和物流车辆要复杂,主要表现在如下方面
    完成的统计工作不一样,起重机需要统计起重次数和起重物品,可能还要知道是否有危险行为的发生,铲车需要统计行驶里程和作业量,发电机需要知道发电电量和燃油消耗。
    面临的接口不一样,其他车辆的更新速度比工程车辆快得多,所以得益于IT技术的发展,其接口标准统一,协议统一,而工程车辆厂家繁多,几乎每种车型,每个厂家的接口和协议都不统一,我们在港口应用时,虽然车辆都号称支持J1939协议,但是每个厂家,每个车型的协议标准都有或多或少的差异,这给车辆的联网监控系统造成了很大的障碍。
    就胎压监测而言,由于重型车辆的胎压压力很高,数量少,支持厂商很少,价格非常高,而在轿车领域非常便宜。但是重型车辆的轮胎价值很高,胎压数据非常重要,目前成本偏高。
还有的车辆根本没有智能接口,比如燃油消耗,油量,需要加装传感器的。
在施工方面,目前还没有一个所谓的标准接口,主要靠技师进行硬接线实现,很不方便。
 
   系统由上位机软件,车载数据终端,胎压传感器,其他传感器构成。
   如下图所示
tg908app.jpg
方案系统图
 
系统软件包括
    通信服务器软件,排列三胆码预测:实时数据库,历史数据,地理信息系统,WEB服务器和个人手持设备软件构成
    通信服务器主要接收车载数据终端的数据,其通信协议采用的是腾控物联网协议V1.10版,采用主动发送和轮询相结合的模式,既能保障主要数据的快速传输,也能保证一些非实时数据的传输,而且兼顾了系统流量。
    通信系统在车载终端上与车载终端是一体的,主要支持3G和4G通信。
    在服务器端,可能需要考虑从运营商购买一条专线。
    如果考虑系统安全,可能需要运营商开辟专业的VPN,车载数据终端与客户服务器等在一个VPN内部,充分保证网络安全,把网络安全交给运营商保证。
    车载数据终端是腾控科技结合其物联网监控应用和车身控制系统多年的成果结合重型车辆监控而研发的。
    采用嵌入式系统架构设计理念,32位精简指令ARM处理器设计,丰富的存储空间。通讯端口均采用全光电隔离设计,同时隔离信号线、电源、地,并具备雷击和浪涌防护。
1个网口
1个3G/4G接口
2个独立的CAN接口,可以自由口编程
1个无线胎压传感器接口,433MHZ,自定义协议
2个RS232/RS485接口,自由口编程
1路GPS数据
输入输出
8路模拟量输入,五种输入类型0~20mA,0~5v,PT1000,NI1000,NTC温度传感器可选,16位高精度AD转换       
1路模拟量输出,0~10v信号
8路开关量输入/输出,每个开关量都可以作为输入或者输出使用,输入时接干接点信号,输出时最大电流100mA,可以驱动继电器或者小型电磁阀
2路高速计数器输入
1路3轴加速度和陀螺仪输入
环境条件
-40~85摄氏度
10%-90%相对湿度
86-108kpa大气压
满足车辆振动环境要求
其所有的输入输出,通信接口都是可编程的。
用户可以通过自己编写程序,解析CAN总线协议,适应不同车型,不同厂家的J1939协议,这种编程完全图形化界面,可以在现场实施,通过计算机,运行编程软件,连接到设备的网口即可。
目前我们已经积累7~8种国内外车型的协议程序
串口也可以用户可以通过自己编写程序,解析串行总线数据,可以接入某些智能仪表,如燃油流量计,燃油液位计等,这种编程完全图形化界面,可以在现场实施,通过计算机,运行编程软件,连接到设备的网口即可。
模拟量输入在实际应用中也有用途,采集温度,采集起重机起重臂离地高度,燃油液位计(也有模拟量的),起重的重量,铲起重量等等
开关量数输入,可以用作工作量计数,比如在港口应用中用作集装箱计数,区分是标准集装箱还是小集装箱。
高速脉冲输入主要是用于某些脉冲输出的流量计,用于统计流量,或者统计钢缆滑动的距离等。
   胎压监测目前采用低功耗无线技术
   胎压传感器电池寿命2~3年,与传感器同时更换
   测量胎压范围 0~1MPa
   通信方式采用433MHZ低功耗传输,无障碍传输距离50m,因为433MHZ是一个免费频段,而且胎压传感器由于功耗问题,其功率注定很小,在使用现场要考虑同频设备的干扰问题。
    即使腾控科技车载数据终端提供了各种各样的接口,能解决现场超过99%以上的传感器和数据采集,总会有智能设备或者传感器是其无法接入的,此时可能需要采用自由口编程方式,或者底层开发,甚至重新设计来解决。
 
   车载终端板载有GPS模块,只要把天线引出到驾驶舱外,就能够很好的接收GPS信号,把自身的位置和速度等信息,通过车辆数据终端发给上位机软件。
 
解析车载数据终端发送过来的IP报文,根据通信协议进行数据解析,解析数据的时间标签,存入实时数据库中,供其他软件使用。
数据采集服务器采用C++编写,效率很高,一台服务器可以支持2000台车的数据传输,数据的更新时间间隔最高可以做到1S,从展示端(浏览器端或者手机端)甚至可以看到司机踩油门松油门的过程。
实时数据库系统是开发实时控制系统、数据采集系统、CIMS系统等的支撑软件
系统之所以采用实时数据库是因为系统规模庞大,每秒钟可能有几万条甚至几十万条数据生成,传统的数据库对付这样的数据会感到很大的压力。
由于采用了统一的实时数据库,系统中任何用户,只要权限运行,就可以浏览任意数据。
另外实时数据库在数据压缩方面有着独特的优势,对存储设备要求不是那么高。
历史数据主要相对于实时数据而言。一般而言超过1年的数据都可以归结到历史数据内。历史数据保存了企业过去所有的车辆数据,如果有合适方法进行挖掘,可以挖掘出来大量的有价值数据。
比如可以挖掘出轮胎磨损与轨迹的关系,挖掘加速度传感器和位置的关系,就可以非常准确的评估矿区的道路状况。比较不同车型的燃油消耗,可以得出哪种车型更省油。比较不同司机对统一车型的作业量和油耗,可以知道司机的优劣.......
GIS系统目前主要采用开放的GIS平台,如51地图或者百度地图。
对于普通应用是足够的,如果有其他特殊需求,再做开发。
其实是为浏览器客户提供一个人机界面,展示数据。
   
 
     目前仅支持ANDRIOD版的手机或者平板电脑
     个人手持设备出来作为人机界面,展示数据和报表之外,还作为设备报修的图像牌照,图片批注,文字批注等功能,把手机变成生产力。
靠GPS接收机,直接得到车辆的位置和速度,得到大量应用。
在 GPRS 和网络应用中,因为很难给 RTU/PLC 一个静态的 IP 地址,所以, 原来的 MODBUS 协议或者 MODBUS TCP 这类主从协议都不是非常合适。
IEC870-5-104 协议的定义虽然很完美,但是 IEC870-5-104 协议的 RTU 也是服务 器,在动态 IP 或者加防火墙的场合也不是很合适,而且 IEC870-5-104 协议过于 复杂,不太适合单片机或者嵌入式系统使用。
定义一种简单,易于实现的,支持主动上传的协议,就显得十分必要。 我们在制定该协议给自己制定如下目标: 定义相对简单的协议格式 兼顾网络传输和无线传输 适应各种各样的应用情况 协议定义中可采用一次交互完成数据读写 有容易识别的头和结束
车辆基础数据,名称,编号,车辆购买时间,底盘型号/编号,发动机型号/编号,变速箱型号/编号,前桥型号/编号,轮胎规格等等
  1、 提升企业设备管理手段和水平,将设备管理纳入到企业大数据库管理中并配合生产安排。
     具体表现:相关管理数据自动存储,自动进行数据分析并形成报告和趋势分析图,为设备管理尤其在保养 检查 维修和配合生产安排方面提供准确依据,提高企业生产效率。
 2 、通过数据分析对设备提早进行检查和维修,降低设备维修成本。
    具体表现:可以自动在系统中提醒各设备即将要做的保养检查和易损件更换工作,设备管理人员和技术管理人员能有效预知该工作和提前计划好各设备投入的生产安排.合理解决好设备生产安排和设备停机检查之间的矛盾,近而提高设备的出勤率提高设备全年工作效率,为企业减少不必要的成本投入。
3、 有效监督和检查设备的规范操作和规范保养,提高企业设备管理,降低设备使用成本。
    具体表现: 设备油耗的监控和管理,提醒和检查司机的规范操作,燃油合理使用的管理和消耗趋势报告可以防止人为造成的丢失.怠速的管理,防止设备长时间怠速不熄火,无谓的消耗能源。 设备工作中速度的监控,防止出现由于超速引发的安全隐患和相关部件早期损坏。
4 、 及时有效的减低设备使用中的风险,防止重大安全事故的发生,为企业安全生产提供保障。
    具体表现:系统监控设备的正常预热并报警防止增压器早期损坏并引发火情;吊具旋锁定期探伤检查系统自动报警提醒防止由于旋锁问题出现掉箱事故,保障企业生产安全。
    全面监控设备两大核心部件 –发动机和变速箱,系统通过相关数据分析和比对全面掌握部件当前状况,为故障判断维修决策 大修安排提供依据,同时在系统中留存记录和报告。
 
     初期的设备运行管理中预防维修体制(Time Based Maintenance,简称TBM)受到了预知维修体制(Predictive Maintenance)的挑战,其依赖于早期落后的计算机系统和软件来记录故障并加以评估,由于缺乏完整、连续的数据采集系统,常使其预测的设备系统的不准确,为设备管理者带来了一些困惑。随着设备状态监测手段及计算机技术的发展,近年来形成了更加完善的体制:状态维修。当前,云技术的发展、无线网络的进步及大数据概念的不断延伸,当它们与设备管理系统有效的结合在一起的时候,我们的技术管理水平将得到革命性的飞跃。
  
 
 
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