基于Wi-Fi的起重機無線標定系統的研究

江旅銳

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545001）

0 引言

起重機屬于重型礦山機械，起重機械運動部件移動范圍大，容易發生碰撞、脫鉤、傾翻等事故，伸縮臂、力限器等分別作為起重機的主要受力構件、重要保護裝置，每臺起重機在正式啟用之前需對伸縮臂、力限器等進行多項數據的標定，以確保起重機作業過程的準確性及安全性。但在當前有限的施工條件下，標定作業員必須在距離整車較近的地方完成相關工作，由于整車本身臂架組合模式較多，在沒有完成所有數據的標定之前，起重機自身的安全防護裝置也不能對作業人員起到絕對的保護作用，一旦發生事故，必將造成重大損失。

本文主要針對施工現場的技術人員，研究基于Wi-Fi的起重機無線標定系統，在安全距離內完成無線標定，提升作業過程的安全性。

1 起重機標定工作的現狀分析

起重機的標定工作主要由整車司機與標定作業員共同完成角度標定、壓力標定、幅度標定、油缸伸縮速度標定以及節臂伸縮速度標定等，以確保起重機作業過程的準確性及安全性。下列示意圖中，節臂伸縮速度、油缸伸縮速度的標定工作的危險系數較高。

標定危險系數較高的項目時，若采用有線CAN設備，實體介質導線的束縛性導致客戶端與整車端通信的距離受限，標定作業人員必須近距離完成標定相關工作，存在重大安全隱患；若依靠移動數據網絡實現無線通信，標定作業人員雖然可以遠程完成標定相關工作，但2G/3G/4G移動數據網絡實時性不高，5G移動數據網絡成本高，且超出移動數據覆蓋范圍不能使用。

因此，針對施工現場的技術人員，制定一套基于Wi-Fi的起重機無線標定系統，通過移動終端與無線硬件通信設備的配合，使用無線網絡技術組成獨立局域網，實現人機無線互聯的技術，既能保證作業人員的人身安全，又能完成危險系數較高的標定工作。

2 起重機無線標定系統的框架設計

起重機無線標定系統整體設計框架主要包括移動終端、整車端、通信模塊（見圖1）。

圖1 起重機無線標定系統框架示意圖

3 關鍵問題研究

在起重機無線標定系統的整體設計中，主要存在兩個關鍵的問題：一是移動終端與整車端的通信問題；二是無線網絡技術缺陷問題。

（1）移動終端與整車端的通信問題：整車端只識別CAN數據，而移動終端只識別網絡數據，不同的數據類型無法進行直接通信。

（2）無線網絡技術缺陷問題。

①干擾性問題：無線局域網依靠無線電波進行傳輸，這些電波通過無線發射裝置進行發射，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 關鍵問題解決方案

起重機無線標定系統的兩個關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的無線硬件通信設備作為通信橋梁（如CanWifi設備），實現了整車與移動終端的數據無線交互，并制定專用的通信協議，對數據包進行解碼處理。

4.2 無線網絡技術缺陷

與常見的藍牙、ZigBee等技術相比，選用基于Wi-Fi的無線網絡技術，不僅躍障礙能力更強，也具備較高的通信速率（幾十Mbps，平均延時≤10 ms，通信距離在空曠環境下可達近百米），雖然不能從根源解決無線網絡技術的天生缺陷，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 起重機無線標定系統總體分析示意圖

5 基于Wi-Fi的起重機無線標定系統的總體分析

綜合系統框架設計、關鍵問題研究及其解決方案的各項分析，基于Wi-Fi的起重機無線標定系統的移動終端可通過上位機發送標定請求、讀取整車標定結果等，整車端接收移動終端標定請求、完成標定內容，無線通信模塊連接整車CAN總線，并通過Wi-Fi技術在整車端和移動端之間組成獨立局域網，完成CAN數據透傳（見圖2）。

6 結語

隨著無線網絡的發展，以掌上設備作為移動終端是通信業界的時尚潮流，人機無線互聯是大勢所趨，基于Wi-Fi的起重機無線標定系統，可有效解決實體介質導線通訊距離的束縛性、移動數據網絡成本高等問題，有效提高起重機標定工作的安全性，并提高產品市場競爭力。