基于Wi-Fi的起重机无线标定系统的研究

江旅锐

（广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545001）

0 引言

起重机属于重型矿山机械，起重机械运动部件移动范围大，容易发生碰撞、脱钩、倾翻等事故，伸缩臂、力限器等分别作为起重机的主要受力构件、重要保护装置，每台起重机在正式启用之前需对伸缩臂、力限器等进行多项数据的标定，以确保起重机作业过程的准确性及安全性。但在当前有限的施工条件下，标定作业员必须在距离整车较近的地方完成相关工作，由于整车本身臂架组合模式较多，在没有完成所有数据的标定之前，起重机自身的安全防护装置也不能对作业人员起到绝对的保护作用，一旦发生事故，必将造成重大损失。

本文主要针对施工现场的技术人员，研究基于Wi-Fi的起重机无线标定系统，在安全距离内完成无线标定，提升作业过程的安全性。

1 起重机标定工作的现状分析

起重机的标定工作主要由整车司机与标定作业员共同完成角度标定、压力标定、幅度标定、油缸伸缩速度标定以及节臂伸缩速度标定等，以确保起重机作业过程的准确性及安全性。下列示意图中，节臂伸缩速度、油缸伸缩速度的标定工作的危险系数较高。

标定危险系数较高的项目时，若采用有线CAN设备，实体介质导线的束缚性导致客户端与整车端通信的距离受限，标定作业人员必须近距离完成标定相关工作，存在重大安全隐患；若依靠移动数据网络实现无线通信，标定作业人员虽然可以远程完成标定相关工作，但2G/3G/4G移动数据网络实时性不高，5G移动数据网络成本高，且超出移动数据覆盖范围不能使用。

因此，针对施工现场的技术人员，制定一套基于Wi-Fi的起重机无线标定系统，通过移动终端与无线硬件通信设备的配合，使用无线网络技术组成独立局域网，实现人机无线互联的技术，既能保证作业人员的人身安全，又能完成危险系数较高的标定工作。

2 起重机无线标定系统的框架设计

起重机无线标定系统整体设计框架主要包括移动终端、整车端、通信模块（见图1）。

图1 起重机无线标定系统框架示意图

3 关键问题研究

在起重机无线标定系统的整体设计中，主要存在两个关键的问题：一是移动终端与整车端的通信问题；二是无线网络技术缺陷问题。

（1）移动终端与整车端的通信问题：整车端只识别CAN数据，而移动终端只识别网络数据，不同的数据类型无法进行直接通信。

（2）无线网络技术缺陷问题。

①干扰性问题：无线局域网依靠无线电波进行传输，这些电波通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆等其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输。

②速率性问题：无线通信的传输速率与有线信道的传输速率相比要低。

4 关键问题解决方案

起重机无线标定系统的两个关键问题的解决方案如下。

4.1 移动终端与整车端的通信

选择基于Wi-Fi的无线硬件通信设备作为通信桥梁（如CanWifi设备），实现了整车与移动终端的数据无线交互，并制定专用的通信协议，对数据包进行解码处理。

4.2 无线网络技术缺陷

与常见的蓝牙、ZigBee等技术相比，选用基于Wi-Fi的无线网络技术，不仅跃障碍能力更强，也具备较高的通信速率（几十Mbps，平均延时≤10 ms，通信距离在空旷环境下可达近百米），虽然不能从根源解决无线网络技术的天生缺陷，但各方面已能满足整车通信要求（整车常用的波特率为250 kbps、500 kbps）。

图2 起重机无线标定系统总体分析示意图

5 基于Wi-Fi的起重机无线标定系统的总体分析

综合系统框架设计、关键问题研究及其解决方案的各项分析，基于Wi-Fi的起重机无线标定系统的移动终端可通过上位机发送标定请求、读取整车标定结果等，整车端接收移动终端标定请求、完成标定内容，无线通信模块连接整车CAN总线，并通过Wi-Fi技术在整车端和移动端之间组成独立局域网，完成CAN数据透传（见图2）。

6 结语

随着无线网络的发展，以掌上设备作为移动终端是通信业界的时尚潮流，人机无线互联是大势所趋，基于Wi-Fi的起重机无线标定系统，可有效解决实体介质导线通讯距离的束缚性、移动数据网络成本高等问题，有效提高起重机标定工作的安全性，并提高产品市场竞争力。