摘要：GPS設備在工程機械行業已經應用多年，但大多數設備只能實現定位、鎖車等簡單功能。面對製造商、代理商、銀行、租賃公司以及用戶的更多需求，以新型GPS設備為核心的綜合智能服務系統應運而生，該系統可實現工程機械設備的性能實時監測、故障檢測與排除、後期數據處理等功能。文章以SPL60輪式瀝青攤鋪機為應用對象詳細闡述了新型GPS設備的主要功能與優點，並進行了可行性與可靠性設計。
關鍵詞：GPS；GPRS；可行性；可靠性
伴隨著租賃市場的發展、融資與付款方式的改變，GPS技術已經在挖掘機、旋挖鑽等市場保有量較高的設備中廣泛應用[1]，正逐步向其他設備推廣。而隨著國家經濟步入常態化發展，國內攤鋪機制造業在經歷過同質競爭、產能過剩等非良性發展後也急需一個穩定、優質的發展方向。將GPS技術應用於攤鋪機生產、銷售與施工產業鏈中，不但能有效降低廠家與經銷商的壞賬風險，提高施工作業的質量，還能幫助廠家與業主及時排除故障、提高設備性能。
圖1 GPS技術原理圖
GPS技術原理如圖1所示，主要由安裝在攤鋪機上的數據採集與發送終端收發數據並控制攤鋪機；通訊衛星與基站作為數據中轉站實現主控中心、手持終端與攤鋪機之間的通訊；主控中心與手持終端對攤鋪機進行監測與控制；主控中心對攤鋪機數據進行存儲與分析。本文將分析GPS技術在攤鋪機上應用的主要內容並設計SPL60攤鋪機的GPS應用方案。
一、新型GPS技術在攤鋪機上的應用主要包括以下三個方面：
1、遠程監測與鎖車。通過安裝在攤鋪機上的GPS終端，以GPRS型式[5]實時發送攤鋪機的位置與狀態信息，當監測到攤鋪機位置超出設定範圍或收到未付款要求鎖車等指令時，可通過主控中心或手持終端對攤鋪機進行鎖車。
2、為智能化機群作業提供實時攤鋪信息[2,3]。機群作業概念源於計算機系統，泛指多電腦共享信息、協同控制以實現系統工作效率最大、方式最優。路面機械機群作業中，包含拌和站、料車、攤鋪機與壓路機等施工設備，其原理圖如圖2所示。根據安裝於各施工設備上的GPS終端提供的實時工作數據，控制中心即可根據施工要求，協調拌和站生產速度、料車數量與轉運週期，合理分配施工企業的攤鋪機、壓路機等設備在不同工地同時作業，還可建立自有數據庫與故障診斷系統。GPS技術在智能化機群作業中的應用對提高施工企業的經濟效益、保證施工質量、縮短工期具有重要的現實意義。
圖2 路面機械機群作業中的GPS技術應用
3、遠程服務與故障診斷[2,4]。普通的攤鋪機機械與液壓故障一般比較直觀，施工企業與一般服務人員基本可以解決。但隨著攤鋪機智能化越來越高，液壓系統隱性故障與電氣系統故障已經成為困擾業主與服務人員的一大難題。通過新型GPS技術的運用，生產廠家與技術人員可通過主控中心或手持終端直接查看電噴發動機故障報警信息、智能攤鋪機車載控制器故障報警信息等。技術人員能直接指導現場排除故障甚至通過遠程操作更改程序、配置等，攤鋪機廠家可以根據GPS終端設備採集的實時信息提醒業主進行保養。對於主控中心存儲的攤鋪機作業信息將成為智能化施工大數據模式的一部分，通過對海量數據的分析可提供市場需求信息、設備主要故障信息等，可幫助廠家改進缺陷、改善機型，為生產與銷售提供最直觀的市場數據。
二、新型GPS技術在SPL60 攤鋪機上的應用方案
SPL60攤鋪機是一款智能輪式瀝青攤鋪機，主要用於高等級路面面層攤鋪。整機採用多控制器結構，行走、振動、刮板、料斗、樞軸等主要動作經由控制器輸入輸出，電噴發動機ECU與車載控制器相互通訊，顯示器可顯示攤鋪機工作狀態，主要控制參數與故障信息。攤鋪速度、行走電流、發動機齒數、減速比等參數可通過顯示器手動輸入並修改。新型GPS技術在SPL60攤鋪機上的應用方案設計主要包括可行性與可靠性設計：
1、可行性
SPL60輪式瀝青攤鋪機定位為高端面層施工設備，選用電噴發動機。發動機自帶ECU可與車載控制器及新型GPS設備通過CAN網絡實現通訊[5]。為GPS設備更加有效的控制攤鋪機提供了基本的可行條件。
裝備新型GPS終端設備的SPL60攤鋪機控制系統採用雙CAN網絡通訊，能有效避免因通訊數據量大、數據掃描與發送週期長等因素造成的數據丟包問題。其中，GPS設備與主控之間、發動機ECU與主控之間數據量較大，分置CAN1與CAN2兩個網絡；操作檯輸入IN3、IN4與輸出OUT1、OUT2置於CAN1網絡；熨平板邊控盒IN1、IN2與顯示器置於CAN2網絡。具體配置如圖3所示：
圖3 SPL60電控系統CAN網絡配置圖
2、可靠性
新型GPS設備功能更完善、可靠。相比老式GPS設備，新型GPS設備的主要優點如下：
1）老式GPS設備通訊模式為GSM短消息模式[6,7]，數據容量小，不能實時在線。新型GPS設備為GPRS數據流量模式通訊，數據容量大，且能實時在線[8]。同等數據流量情況下，新型GPS設備通訊費用僅為老式GPS設備的20%甚至更低。
2）老式GPS設備鎖車俗稱硬鎖車，即通過GPS設備發動機起動線路。硬鎖車不經過控制器，不能真正達到鎖定發動機的目的，具備電氣知識的技術人員可通過私改線路重新起動發動機，對廠家及銷售商而言存在極大的隱患。新型GPS設備鎖車為軟鎖車，配合電噴發動機通過CAN網絡控制發動機起動停止，鎖車指令直接通過代碼發送，無法通過改變線束實現解鎖，可真正達到鎖車的目的。
3）老式GPS設備只具備監測與鎖車功能，新型GPS設備不但可實現對攤鋪的實時監測與鎖車，還可將攤鋪機的狀態與故障信息發送到主控中心與手持終端，可實現遠程故障診斷、遠程程序與參數修改。主控中心還可實現攤鋪機狀態信息的存儲與分析，為廠家的記性改進與銷售市場預判提供可靠依據。
新老版本GPS設備性能對比如表1所示：
表1 新老版本GPS設備對比
| 項目 | 新型GPS設備 | 老式GPS設備 |
| 通訊模式 | GPRS數據流量 | GSM短消息 |
| 數據容量 | 高 | 低 |
| 通訊成本 | 低 | 高 |
| 在線形式 | 實時 | 週期 |
| 鎖車形式 | 軟鎖車（通訊鎖車） | 硬鎖車（外圍線路鎖車） |
| 防拆等級 | 高 | 低 |
| 功能 | 監測、鎖車、智能化機群作業、遠程故障診斷、攤鋪機狀態信息採集 | 監測、鎖車 |
結語
新型GPS設備相比老式設備而言硬件成本基本持平，技術優勢明顯，設計與優化控制程序以及合理運用智能化系統是新型GPS設備推廣急需突破的壁壘。裝備有新型GPS設備與智能化管理系統的SPL60輪式瀝青攤鋪機將具有更加明顯的競爭優勢，並藉助系統的使用實現產品升級。
參考文獻
[1] 王興剛，李來平. GPS遠程監控系統在旋挖鑽機上的應用[J]. 探礦工程，2008,(10):30-32.
[2] 由相波，張少圃等. GPRS-GPS在智能挖掘機遠程在線監控系統中的設計應用[J]. 建築機械技術與管理，2007,(6):81-83.
[3] 劉衛軍，李佔民等. 基於GPS的遠程監控系統在工程機械上的應用[J]. 築路機械與施工機械化，2007,(6):62-64
[4] 黃神富等. 工程機械遠程故障診斷系統的研究[J]. 礦山機械.2005,(3)64-65.
[5] 史久根,張培人. CAN現場總線系統設計技術[M]. 北京:國防工業出版社,2004.
[6] 吳萬容，譚祖香等. GPS/GPRS工程裝備遠程監控系統中車載端的應用研究[J].機電工程技術，2006,35(1):42-44.
[7] 齊晗，陳曉磊. 基於北斗/ GPS 的遠程監控管理系統在車輛上的應用[J]. 客車技術與研究，2014,(6):43-45.
[8] 徐威，楊愛峰. GPRS 在GPS 車輛監控系統中的應用[J].全球定位系統，2001,(3).
閱讀更多 公路養護技術 的文章
