专利名称：智能化路面施工机群的数据通讯及处理方法
技术领域：
本发明涉及无线网络通讯的用户界面应用层数据通讯方法。特别涉及由多品种、多数量机械设备组成的施工机群的智能化控制与调度通讯、智能机器人远程通讯及数据处理等。
背景技术：
目前，大规模基本建设项目都是由多种机械设备组成的机群协同动作完成的。而在现代化的施工现场，机群间传统的电话、移动通讯手段只能在人与人之间才能实现，不能在机械设备之间实现完全自动化，且不能满足越来越大的信息量要求，特别是对机动灵活的机群编队方式。
如何在机械设备之间实现智能化？如何在计算机和智能仪表之间用计算机语言实现无人通讯？如何将人的语言和计算机语言之间建立联系和“翻译”？目前在国内外尚无定论。
发明内容
本发明目的是解决基本建设项目中由多种机械设备组成的机群通讯中的数据链及其通讯方法问题，设计适用于施工机群的数据通讯与处理方法，使施工机群的控制调度满足自动化施工要求。
本发明方法将路面施工机群中的所有组成部分统称为设备，包括中央调度系统、各种专用计算机或智能仪表，该数据通讯及处理方法依次按以下步骤实现第一、选通发送者和接收者；第二、确定通讯内容，即通讯正文；第三、进行通讯，即发送通讯语句；第四、通讯结束；其特征是本发明通讯方法是将N台设备中选通的发送者与接收者分别用计算机或智能仪表可识别的《设备码1》至《设备码N》中的某一个表示；
通讯内容由计算机或智能仪表可识别的以下内容组成《控制字》/《地理位置数据》/《状态参数》/《状态字》/《故障参量》/《故障字》/《字符型随机事件》/《指令字》；通讯语句由计算机或智能仪表可识别的《起始符》开始，由《结束符》结束，完整表示为《起始符》/《发送者》/《接收者》/《控制字》/《地理位置数据》/《状态参数》/《状态字》/《故障参量》/《故障字》/《字符型随机事件》/《指令字》/《结束符》。
本发明的优点及效果1、全部通讯实现数字化，计算机二进制数码可实现多种机械设备组成的机群的自动控制；2、编制灵活，只要在初始化阶段人/机交互输入各数据位(bit)的定义，即可适用于一个新的机群。
数据链(信息流)应包括五种类型的信息，如下所述1、地址信息表示被选通的那个设备，即设备编码。
2、指令信息按内部时钟信号，在一个时钟周期内(暂时定每分钟一次)对每个设备发一次。它告诉被选通设备执行何种动作？具体数据如何？它可以是数字和字符，也可以是语音信息。
3、状态信息按内部时钟信号同时锁存，再分时录入数据库。它代表机群中各设备的当前运行的状态参数、设备完好率、质量状况、效率状况的评价结果。它们可以是数字和字符，也可以是语音信息。
4、故障信息亦称故障字。反映机群中各单智能体出现的故障情况、故障类别、故障部位、处理建议等。调度系统，另一方面允许现场人员紧急处理并将结果告知中央调度系统。
5、控制信息(控制字)表示信息传输方式(一对多、一对一)和传输方向。传输方向有四种，即从中央调度系统→机群中同一机种的多个设备；从中央调度系统→某单个设备；由设备→中央调度系统；由某单个设备→其它设备。最终实现的传输类型有数字、字符、短信息、语音等。
本发明就是要就上述内容，分别定义传输数据、指令信息、状态信息、故障信息、控制信息的格式，制定用户界面应用层通讯方法。
通讯方法的本质是设计一个编译器，在各种数字量、字符与其对应的物理量(如控制量、状态显示量、故障显示量等)之间起到“翻译”作用。就象电报的电文一样。
数据链结构设计就是定义数据链中数据的排列顺序和专用数据(设备编码、控制字、状态字、故障字)中每一位(bit)的含义。
本发明方法将路面施工机群中的所有组成部分统称为设备，包括中央调度系统、各种专用计算机或智能仪表，通讯方法是将N台设备中选通的发送者与接收者分别用《设备码1》至《设备码N》中的某一个表示，整个施工机群无线网络通讯系统见附
图1所示，设备码编译程序见参考流程图如附图2所示。
通讯语句由计算机或智能仪表可识别的《起始符》开始，由《结束符》结束，表示为《起始符》/《发送者》/《接收者》/《控制字》/《地理位置数据》/《状态参数》/《状态字》/《故障参量》/《故障字》/《字符型随机事件》/《指令字》/《结束符》。
其中《控制字》表示信息传输方式即一对多或一对一，和传输方向，统称控制模式，可以定义出M种控制模式，再根据控制模式定义《控制字》即《控制字1》＝控制模式1；《控制字2》＝控制模式2；《控制字m》＝控制模式M。
根据此定义，编制有编译程序，将控制字与相应的控制模式建立起对应关系。控制字编译程序见参考流程图如附图3所示。
《状态字》包括S0-S7共8位单机状态信息，S0-S2显示状态部位，S3-S5显示状态评价结果，S6-S7显示整机状态综合评价，按二进制码分别表示如下S0，S1，S2＝状态部位，000＝发动机，001＝液压系统，010＝传动系，011＝转向系，100＝制动系，101＝工作装置，110＝车架与副车架，111＝整机性能；S3，S4，S5＝状态部位评价结果000＝好，001＝较好，010＝一般，011＝差，100＝很差。S6，S7＝整机状态综合评价00-好，01-较好，10-一般，11-差。
根据状态字定义，编制有编译程序，将状态字与相应的状态部位评价结果建立起对应关系，状态字编译程序见参考流程图如附图5所示。
《故障字》按二进制位编制，共设P种故障模式，G0-GP，每一位代表某一特定故障模式，0＝安全，1＝报警，或反之；其后依次为严重故障标志一位，G(P+1)，1＝有严重故障，0＝无严重故障；人员干预标志一位，G(P+2)，1＝有人员干预，0＝无人员干预；故障部位标志三位，G(P+3)，G(P+4)，G(P+5)
000＝发动机，001＝液压系统，010＝传动系，011＝转向系，100＝制动系，101＝工作装置，110＝车架与副车架，111＝整机性能；故障类别标志二位，G(P+6)，G(P+7)00＝轻微，01＝一般，10＝严重，11＝致命。
根据此定义，编制有编译程序，将故障字与相应的故障模式建立起对应关系，故障字编译程序见参考流程图如附图4所示。
故障类别按国家有关标准定义如下致命故障——涉及人身安全，引起主要总成报废，造成重大经济损失，或不符和制动、排放、噪声等法规要求。
严重故障——导致专用功能失效，造成主要零部件损坏，且不能用随车工具和易损备件在短时间(约30分钟)内修复。
一般故障——造成专用性能下降，但不会导致只要零部件损坏，并可用随车工具和易损备件或价值很低的零件在短时间(约30分钟)内修复。
轻微故障——不影响正常使用，亦不需要更换零部件，可用随车工具在短时间(约5分钟)内轻易排除。
通讯语句中分成两个节拍，对某一选通设备，第一节拍的控制字为输入，第二节拍的控制字为输出，在两个节拍之间的时间间隔如1分钟或更长是计算机信息处理和设备执行动作时间；语句中的数字量取绝对值，在某一时刻、某一节拍未发送信息，则其相应语句值保持不变，即，第一、第二节拍通讯语句的书写方式相同。
根据以上内容，数据链通讯(应用层)协议定义如下《通讯语言》 ＝《起始符》《发送者》《接收者》《正文内容》《结束符》《起始符》＝S《发送者》＝《设备码》《接收者》 ＝*/《设备码》《设备码》 ＝《标识符》《正文内容》＝《控制字》/《地理位置数据》/《状态参数》/《状态字》/《故障参量》/《故障字》/《字符型随机事件》/《指令字》《控制字》 ＝CONTROL《控制内容》《控制内容》＝《信息传输方式》《传输方向》《信息传输方式》＝《标识符》[注]一对多、一对一两种方式《传输方向》＝《标识符》《地理位置数据》＝GROUND POSITION《地理数据内容》《地理数据内容》＝《自然数》[注]经度、纬度。《状态参数》＝STATE PARAMETER《参数内容》《参数内容》＝《标识符》《状态字》 ＝STATE《状态字内容》《状态字内容》 ＝《标识符》《故障参量》＝FAULT PARAMETER《参量内容》《参量内容》＝《标识符》《故障字》 ＝FAULT《故障字内容》《故障字内容》 ＝《标识符》《随机事件》＝RANDOM THING《事件内容》《事件内容》＝《标识符》《指令字》 ＝INSTRACT《指令内容》《指令内容》＝《标识符》《标识符》 ＝《字符》/《数字》《结束符》 ＝E
数据链指的是在无线网络中通讯的所有信息，根据定义方法，其排列顺序为起始符S—设备码1—设备码2—CONTROL《控制字》—GROUND POSITION《地理位置数据》—STATE PARAMETER《状态参数》—STATE《状态字》—FAULT PARAMETER《故障开关量参数》—FAULT《故障字》—RANDOM THING《字符型随机事件》—INSTRACT《指令内容》—结束符E。
上述定义中，所有英文单词为系统定义的关键字。字符“*”表示广播消息。每个语句分别对应于不同的编译模块程序(见图2-5)，这些编译模块程序机组成了所谓的“编译器”，该“编译器”所要回答的就是数据链中数据的排列顺序和专用数据(控制字、状态字、故障字)中每一位(bit)的含义。随着系统的发展，可以作相应的扩充。
实施例2本实例以某高等级公路路面施工中的通讯为例，说明本发明的具体使用方法。
·施工机群数据链(信息流)中的设备编码定义如下01—拌和设备；02—自卸车群021—自卸车1……02na—自卸车na；04—摊铺系统041—摊铺机1042—摊铺机2；05—压实系统051—压实机1……
05nb—压实机nb；06—载机群061—装载机1……06nc—装载机nc；001—中央管理系统中的机群控制调度计算机。002—中央管理系统中的状态监控计算机；002—中央管理系统中的故障诊断算机。
(即设备数N＝1+na+2+nb+nc+3)·控制字定义如下机群通讯共有11种模式(即M＝11)，控制字按4位设计，C0—C3(最多可决定16种控制模式)，具体定义如下(按二进制数码排列)00＝从中央管理系统中001号设备→机群中同一机种的所有设备。
01＝从中央管理系统中001号设备→单个设备。
02＝从机群中同一机种的所有设备→中央管理系统中001、002、003号设备。
03＝从机群中同一机种的所有设备→中央管理系统中001号设备。
04＝从机群中同一机种的所有设备→中央管理系统中002号设备。
05＝从机群中同一机种的所有设备→中央管理系统中003号设备。
06＝从单个设备→中央管理系统中001、002、003号设备。
07＝从单个设备→中央管理系统中001号设备。
08＝从单个设备→中央管理系统中002号设备。
09＝从单个设备→中央管理系统中003号设备。
10＝从某单个设备→其它单个设备。·机群故障字定义如下机群故障共有20种模式(即P＝20)，故障字按32位设计G0—G31其中G0—G19为单机开关量报警值，在故障字中属于一般故障预报警情况，这些开关参量基本囊括了拌和、摊铺、压路、装载、自卸车等全部机种。鉴于有的机种不需要这样多参量，可以在启动时全部初始化为零。这样，可保证在任何时候缺省值皆为零(0＝安全)。
G0制动气压低。
G1紧急制动信号。0＝无，1＝有。
G2行走制动信号。0＝无，1＝有。
G3润滑油液位低。
G4润滑油(机油)压低。
G5液压油温高。
G6吸油真空压力报警。
G7回油真空压力报警。
G8驱动桥油压报警。
G9冷却水温高。
G10 液压油油污染度报警。
G11 电源指示报警。
G12 发动机空气滤清器报警。
G13 发动机预热指示。
G14 发动机缸盖温度高。
G15 左转向指示。
G16 右转向指示。
G17 减速器(变速箱)过热。
G18 高速/低速指示。1＝高速，0＝低速。
G19紧急制动开关。0＝无紧急制动，1＝有紧急制动。
G20—G31共12位是严重故障紧急处理信息。显示故障部位和故障类别、人员干预程度等。每5位为一组，每次允许一台设备可出现两处严重故障，若多于两处则按故障模式的严重程度优先排列，选取前两处。
G20严重故障标志。1＝有严重故障，0＝无严重故障。
G21人员干预标志。1＝有人员干预，0＝无人员干预。
G22，G23，G24故障部位。000＝发动机，001＝液压系统，010＝传动系，011＝转向系，100＝制动系，101＝工作装置，110＝车架与副车架，111＝整机性能。
G25，G26 故障类别。00＝轻微，01＝一般，10＝严重，11＝致命。
G27，G28，G29故障部位。同G22，G23，G24定义。
G30，G31 故障类别。同G25，G26定义。·状态字定义由于状态字原始定义很具体，无需再重新定义，见实施例1。·数据链(信息流)定义如下对施工机群，可用上述方法，采用字符、模拟量、数字来定义数据链(信息流)的具体内容。如表1，表中所用设备编码如前所述表1数据链(信息流)
·数据链通讯施工机群中，拌和设备和中央管理系统的数据链。
例中的设备码、控制字、状态字、故障字等如前文所示。拌和设备子系统(设备编码01)和中央管理系统(包括001、002、003)的数据链为第一节拍数据链(由单机→中央管理系统)S—01—001、002、003—CONTROL06—GROUND POSITION《地理位置数据1个》—STATE PARAMETER《状态参数18个》—STATE《状态字1个》(待定)—FAULT PARAMETER《故障开关量参数1个》—FAULT《故障字1个》—RANDOM THING《字符型随机事件1个》-INSTRACT《指令内容》不变—E。
第二节拍数据链(由中央管理系统→单机)S—001—01-CONTROL 01—GROUND POSITION《地理位置数据1个》不变—STATE PARAMETER《状态参数18个》不—STATE《状态字1个》(待定)不变—FAULT PARAMETER《故障开关量参数1个》不变—FAULT《故障字1个》不变—RANDOM THING《字符型随机事件1个》不变—INSTRACT《指令信息(施工要求数据12个和字符1个)》—E。[注释]①.在起始符S和结束符E之间是一段完整的数据链。②.在第一节拍数据链中01—拌和设备编码；001、002、003—中央管理系统中控制调度计算机、状态监控计算机、故障诊断计算机；06—控制字(二进制为0110)，表示从单个智能主体(*此处为拌和设备)→中央管理系统中001、002、003号设备。地理位置数据(1个)—拌和设备所处地理位置(1个)；状态参数(18个)见表1，分别为物料消耗数量1个、物料温度3个(沥青加热、砂石加热、混合料出厂)、物料所消耗数量(碎石、石屑、砂、矿粉、沥青)5个、混合料配比试验9个；故障字即报警开关量参数(1个)—按拌和机的开关报警量组成故障字；字符型随机事件(1个)—人/机交互从拌和机输入字符随机事件信息。③.在第二节拍数据链中001—中央管理系统中控制调度计算机；01—拌和设备编码；01—控制字(二进制为0001)，从中央管理系统中001号设备→单个智能主体；指令信息(施工要求数据12个字符1个)—见表1，分别为混合料目标配比要求8个、生产率要求1个、混合料温度(沥青加热、砂石加热、混合料出厂)3个；字符1个—混合料目标配比要求。
权利要求
1.一种智能化路面施工机群的数据通讯及处理方法，该方法将路面施工机群中的所有组成部分统称为设备，包括中央调度系统、各种专用计算机或智能仪表，该数据通讯及处理方法依次按以下步骤实现第一、选通发送者和接收者；第二、确定通讯内容，即通讯正文；第三、进行通讯，即发送通讯语句；第四、通讯结束；其特征是本发明通讯方法是将N台设备中选通的发送者与接收者分别用计算机或智能仪表可识别的《设备码1》至《设备码N》中的某一个表示；通讯内容由计算机或智能仪表可识别的以下内容组成《控制字》/《地理位置数据》/《状态参数》/《状态字》/《故障参量》/《故障字》/《字符型随机事件》/《指令字》；通讯语句由计算机或智能仪表可识别的《起始符》开始，由《结束符》结束，完整表示为《起始符》/《发送者》/《接收者》/《控制字》/《地理位置数据》/《状态参数》/《状态字》/《故障参量》/《故障字》/《字符型随机事件》/《指令字》/《结束符》。
2.根据权利要求1所述的智能化路面施工机群的数据通讯及处理方法，其特征是《控制字》表示信息传输方式即一对多或一对一，和传输方向，统称控制模式，可以定义出M种控制模式，再根据控制模式定义《控制字》即《控制字1》＝控制模式1；《控制字2》＝控制模式2；《控制字m》＝控制模式M。
3.根据权利要求1或2所述的智能化路面施工机群的数据通讯及处理方法，其特征是《状态字》包括S0-S7共8位单机状态信息，S0-S2显示状态部位，S3-S5显示状态评价结果，S6-S7显示整机状态综合评价，按二进制码分别表示如下S0，S1，S2＝状态部位，000＝发动机，001＝液压系统，010＝传动系，011＝转向系，100＝制动系，101＝工作装置，110＝车架与副车架，111＝整机性能；S3，S4，S5＝状态部位评价结果000＝好，001＝较好，010＝一般，011＝差，100＝很差。S6，S7＝整机状态综合评价00-好，01-较好，10-一般，11-差。
4.根据权利要求1或2所述的智能化路面施工机群的数据通讯及处理方法，其特征是《故障字》按二进制位编制，共设P种故障模式，G0-GP，每一位代表某一特定故障模式，0＝安全，1＝报警，或反之；其后依次为严重故障标志一位，G(P+1)，1＝有严重故障，0＝无严重故障；人员干预标志一位，G(P+2)，1＝有人员干预，0＝无人员干预；故障部位标志三位，G(P+3)，G(P+4)，G(P+5)000＝发动机，001＝液压系统，010＝传动系，011＝转向系，100＝制动系，101＝工作装置，110＝车架与副车架，111＝整机性能；故障类别标志二位，G(P+6)，G(P+7)00＝轻微，01＝一般，10＝严重，11＝致命。
全文摘要
本发明涉及由多品种、多数量机械设备组成的施工机群的智能化控制与调度通讯、智能机器人远程通讯及数据处理等。本发明通讯方法是将N台设备中选通的发送者与接收者分别用计算机或智能仪表可识别的《设备码1》至《设备码N》中的某一个表示；通讯语句由《起始符》开始，由《结束符》结束，完整表示为《起始符》/《发送者》/《接收者》/《控制字》/《地理位置数据》/《状态参数》/《状态字》/《故障参量》/《故障字》/《字符型随机事件》/《指令字》/《结束符》。本发明全部通讯实现数字化，计算机二进制数码可实现多种机械设备组成的机群的自动控制；编制灵活，只要在初始化阶段人/机交互输入各数据位(bit)的定义，即可适用于一个新的机群。
文档编号H04M11/06GK1464733SQ0212146
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月24日 优先权日2002年6月24日
发明者李学忠, 郑尚龙, 王福山, 吴国祥, 刘传榕, 钱明刚, 王振刚 申请人:天津工程机械研究院