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摘要：港口码头集装箱吊具作为装卸船作业中最为重要的一环，其设备稳定性及维修方便性尤为重要。在现代码头运营中，备件的维修更换需要分秒必争，大型码头的维修操作人员在设备宕机的高发期又面临人员短缺。身为上海振华重工吊具电气设计工程师，笔者针对维修车间吊具模拟器的功能性展开研究，利用CAN-open通讯开放性的特点，探索模拟器增加语音报警模块的可能性。
关键词：吊具模拟器;语音报警;CAN-open通讯
一、振华重工吊具模拟器的发展
振华重工的吊具模拟器是针对用户码头维修车间，开展吊具维修和保养的功能性设备。吊具模拟器是通过模拟岸桥或者场桥设备，与吊具进行接口匹配、通讯指令下达和信号反馈。
振华重工最开始的吊具模拟器只是通过选择开关发送指令，指示灯显示收到的吊具信号。之后针对模拟器电源容量和发热性，增加了电流表和电压表，以实时监测吊具电源安全性。再到后来针对吊具模拟器的吊具信号可视化增加了显示屏，通过图表和颜色指示，实时监测吊具的各种数字量和模拟量信号。后来陆陆续续针对可视化和通讯种类做了更多的优化，从简单的点对点通讯到后来的Profibus、Profinet、CAN-open等现场总线通讯。
二、语音报警系统在吊具模拟器上的应用
振华重工吊具模拟器在车间维修和保养吊具产品中发挥着重要的作用，如何更加高效快捷地帮助维保人员实施维保工作一直是振華重工关注的中心点。在产品升级更迭中，可视化程度在不断提高，我们将提升产品功能性的角度拓展到三维空间，语音报警系统就是解决可视化之外的盲区问题。
12（一）语音报警系统简介
语音报警系统是通过我司与厂家定制的语音模块来实现的，语音模块作为通讯从站，模拟器的可编程逻辑控制器作为主站，通过主从站之间通讯搭成语音报警系统。根据科学研究表明，语音提示比文字、图片提醒更直观、通用，其优越性在维保吊具过程中可以使得精确性和便捷性大大提升。
（二）语音报警系统的选型
集装箱吊具模拟箱语音系统的语音模块由于用于港口码头，未来可能会用于吊具上，而实际上吊具的工作环境十分恶劣，吊具全力下冲的冲力最大可达约50G，同时港口盐雾的侵蚀特别严重，所以和硕博电子定制了SPC-SDIO-S0808SPK语音模块。
此设备供电采用直流宽电压，输入电源范围8～32V，可适用12V及24V供电的环境。满足各种严苛的测试标准，15KV静电，4KV雷击，4KVEFT的测试都顺利通过。此语音模块CAN总线I/O资源分别为1路和8路，高度复用的端口，输入端口可采集高电平、电压等信号;输出端口为数字量高电平信号，可达3A，更可直接驱动大电流的电磁阀。同时，语音模块还具有防护等级高、高响应速度、体积小、集成度高、端口配置灵活等优点，使其成为分布式I/O应用场合的的最佳选择。该语音模块利用32位的高性能MCU，具有30W语音报警（可切换到2个通道）;1个蓝色状态灯，所有端口都支持误接电源、地，所有的输出端口都带有短路、过热保护;其采用铝合金材料外壳，内部增加硅胶，防护等级达到了IP67，满足港口作业环境对产品的要求。
由于吊具模拟器主控制器采用德国易福门品牌，控制器支持CAN-open通讯。CAN-open 是基于CAN总线的协议，该协议是基于应用层的，在各种现场总线中，CAN-open 是应用最广的一种协议。在欧美获得了大批企业和民众的认可，被认为是基于CAN的工业标准中应用最广的准备。一些重要的外部输入输出设备，如开关、驱动设备、编码器等可以依靠CAN-open协议与支持CAN-open的可编程逻辑控制器构成总线网络。因此，我们选择了支持CAN-open的语音模块与吊具模拟器控制器组建了语音报警系统。
2.1.1（三）语音报警系统的配置
语音报警系统的配置主要是对语音模块和控制器的配置，包括对语音数据、软件参数、调用程序的配置。
（1）语音数据配置
首先，确定好需要录制的语音内容，从位置故障到编码器故障再到控制器故障等，总共选择了20多条语音信息;然后，找专人录制每条语音内容，生成语音文件;最后，用专用软件将语音文件编号后导入语音模块中。
（2）软件参数配置
首先，准备好语音模块的EDS文件和库文件。其次打开模拟器控制器的codesys程序，在库文件管理器中加载4个专用库文件，在“CAN1 [FIX]”上点击右键，选择“添加子元件”，然后选择“CANopen Master”。在“CANopen Master [VAR]”上点击右键，选择“添加子元件”，然后选择“SPC-SDIO-S0808SPK（SPC-SDIO-S0808SPK.EDS）”。然后，在“CANopen Master [VAR]”中设置CAN通讯参数，在“SPC-SDIO-S0808SPK（EDS） [VAR]”中设置CANopen从机扩展模块在CAN上的通信参数，S0808SPK模块默认的波特率为125Kps，ID号为16#71。SPC-SDIO-S0808SPK接收的主控制器的数据：包括扩展模块的数字输出值、语音报警序号（根据定制的数据）、语音报警音量（根据使用现场的环境）、内外喇叭切换（根据实际接线）。SPC-SDIO-S0808SPK发送给主控制器的数据：包括扩展模块的数字输入值、模拟量输入值、语音报警状态、输出短路状态。
（3）调用程序配置
模拟器控制器作为调用语音报警的主体，调用语音指令的条件尤为重要。当模拟器控制器同时收到两个位置信号时，调用位置故障警报;当收到吊具磁尺数据超过规定的范围值，即调用磁尺故障警报;当油温检测传感器感应到温度过高，即报高油温故障;当吊具电机因为堵转过流而导致接触器切断时，收到过流保护故障;当打动作指令时，吊具由于紧停被拍掉而无法动作时，即调用紧停故障。 （四）语音报警系统实际安装方法
首先，需要将语音模块和控制器装在模拟器箱体内，供电直流24V电源，将CAN-open高和CAN-open低与控制器的CAN通讯端口通过端子排连接，CAN-open高低之间加装120欧姆的终端电阻。语音模块的安装位置也需要特别注意，配套的喇叭头需要在模拟器面板上开孔安装，使得喇叭放音不会被遮挡。控制器和语音模块注意安装要竖直安装，安装支架采用不锈钢304材质，通讯线采用有屏蔽层的电缆，确保CAN-open通讯稳定。
（五）语音报警系统是否正常的判断
语音模块是否正常可通过观察指示灯颜色判断：当指示灯不亮时，表明系统未上电;当指示灯常亮表示通讯故障;当指示灯以1Hz频率闪烁时，表示语音模块正常运行;当指示灯以5Hz频率闪烁时，表示语音模块有其他故障。
模拟器控制器是否正常运行也可通过观察指示灯颜色判断：当指示灯不亮时，表明系统未上电;当黄色指示灯常亮时，表明系统在初始化;当绿色指示灯以5Hz频率闪烁时，表示控制器内没有加载操作系统;当红色指示灯常亮时，表明系统运行遇到了故障;当绿色指示灯常亮时，表示控制器处于暂停状态;当绿色指示灯以2Hz频率闪烁时，表示控制器运行正常。
综上所述，通过查看指示灯状态就可以简单判断语音模块和控制器之间的通讯是否建立完成。
更具体的工作逻辑是否正确可以通过模拟吊具故障来触发，如果模拟给定相应的故障条件，语音报警出对应的故障信息，则工作逻辑正常;如果模拟给定相应的故障条件，语音报警不工作或报警出不对应的故障信息，则需要重新检查报警逻辑。
三、结束语
语音报警系统的应用为吊具模拟器的功能性增加了新的方向。本文对语音报警系统在吊具模拟器上的应用研究，主要包括吊具模拟器的发展，语音报警系统在振华重工吊具模拟器上的应用（包含语音报警系统的选型、配置以及语音报警系统故障的判断），实现了对语音报警系统在模拟器上应用的多样性研究，为振华重工模拟器后续更多的改进提供了参考价值。
參考文献：
[1]任振辉，马永鹏，刘军.电气控制与PLC原理及应用[M].中国水利出版社，2008
[2]王黎明，CAN现场总线系统的设计与应用.电子工业出版社，2008（3）
关键词：吊具模拟器;语音报警;CAN-open通讯
一、振华重工吊具模拟器的发展
振华重工的吊具模拟器是针对用户码头维修车间，开展吊具维修和保养的功能性设备。吊具模拟器是通过模拟岸桥或者场桥设备，与吊具进行接口匹配、通讯指令下达和信号反馈。
振华重工最开始的吊具模拟器只是通过选择开关发送指令，指示灯显示收到的吊具信号。之后针对模拟器电源容量和发热性，增加了电流表和电压表，以实时监测吊具电源安全性。再到后来针对吊具模拟器的吊具信号可视化增加了显示屏，通过图表和颜色指示，实时监测吊具的各种数字量和模拟量信号。后来陆陆续续针对可视化和通讯种类做了更多的优化，从简单的点对点通讯到后来的Profibus、Profinet、CAN-open等现场总线通讯。
二、语音报警系统在吊具模拟器上的应用
振华重工吊具模拟器在车间维修和保养吊具产品中发挥着重要的作用，如何更加高效快捷地帮助维保人员实施维保工作一直是振華重工关注的中心点。在产品升级更迭中，可视化程度在不断提高，我们将提升产品功能性的角度拓展到三维空间，语音报警系统就是解决可视化之外的盲区问题。
12（一）语音报警系统简介
语音报警系统是通过我司与厂家定制的语音模块来实现的，语音模块作为通讯从站，模拟器的可编程逻辑控制器作为主站，通过主从站之间通讯搭成语音报警系统。根据科学研究表明，语音提示比文字、图片提醒更直观、通用，其优越性在维保吊具过程中可以使得精确性和便捷性大大提升。
（二）语音报警系统的选型
集装箱吊具模拟箱语音系统的语音模块由于用于港口码头，未来可能会用于吊具上，而实际上吊具的工作环境十分恶劣，吊具全力下冲的冲力最大可达约50G，同时港口盐雾的侵蚀特别严重，所以和硕博电子定制了SPC-SDIO-S0808SPK语音模块。
此设备供电采用直流宽电压，输入电源范围8～32V，可适用12V及24V供电的环境。满足各种严苛的测试标准，15KV静电，4KV雷击，4KVEFT的测试都顺利通过。此语音模块CAN总线I/O资源分别为1路和8路，高度复用的端口，输入端口可采集高电平、电压等信号;输出端口为数字量高电平信号，可达3A，更可直接驱动大电流的电磁阀。同时，语音模块还具有防护等级高、高响应速度、体积小、集成度高、端口配置灵活等优点，使其成为分布式I/O应用场合的的最佳选择。该语音模块利用32位的高性能MCU，具有30W语音报警（可切换到2个通道）;1个蓝色状态灯，所有端口都支持误接电源、地，所有的输出端口都带有短路、过热保护;其采用铝合金材料外壳，内部增加硅胶，防护等级达到了IP67，满足港口作业环境对产品的要求。
由于吊具模拟器主控制器采用德国易福门品牌，控制器支持CAN-open通讯。CAN-open 是基于CAN总线的协议，该协议是基于应用层的，在各种现场总线中，CAN-open 是应用最广的一种协议。在欧美获得了大批企业和民众的认可，被认为是基于CAN的工业标准中应用最广的准备。一些重要的外部输入输出设备，如开关、驱动设备、编码器等可以依靠CAN-open协议与支持CAN-open的可编程逻辑控制器构成总线网络。因此，我们选择了支持CAN-open的语音模块与吊具模拟器控制器组建了语音报警系统。
2.1.1（三）语音报警系统的配置
语音报警系统的配置主要是对语音模块和控制器的配置，包括对语音数据、软件参数、调用程序的配置。
（1）语音数据配置
首先，确定好需要录制的语音内容，从位置故障到编码器故障再到控制器故障等，总共选择了20多条语音信息;然后，找专人录制每条语音内容，生成语音文件;最后，用专用软件将语音文件编号后导入语音模块中。
（2）软件参数配置
首先，准备好语音模块的EDS文件和库文件。其次打开模拟器控制器的codesys程序，在库文件管理器中加载4个专用库文件，在“CAN1 [FIX]”上点击右键，选择“添加子元件”，然后选择“CANopen Master”。在“CANopen Master [VAR]”上点击右键，选择“添加子元件”，然后选择“SPC-SDIO-S0808SPK（SPC-SDIO-S0808SPK.EDS）”。然后，在“CANopen Master [VAR]”中设置CAN通讯参数，在“SPC-SDIO-S0808SPK（EDS） [VAR]”中设置CANopen从机扩展模块在CAN上的通信参数，S0808SPK模块默认的波特率为125Kps，ID号为16#71。SPC-SDIO-S0808SPK接收的主控制器的数据：包括扩展模块的数字输出值、语音报警序号（根据定制的数据）、语音报警音量（根据使用现场的环境）、内外喇叭切换（根据实际接线）。SPC-SDIO-S0808SPK发送给主控制器的数据：包括扩展模块的数字输入值、模拟量输入值、语音报警状态、输出短路状态。
（3）调用程序配置
模拟器控制器作为调用语音报警的主体，调用语音指令的条件尤为重要。当模拟器控制器同时收到两个位置信号时，调用位置故障警报;当收到吊具磁尺数据超过规定的范围值，即调用磁尺故障警报;当油温检测传感器感应到温度过高，即报高油温故障;当吊具电机因为堵转过流而导致接触器切断时，收到过流保护故障;当打动作指令时，吊具由于紧停被拍掉而无法动作时，即调用紧停故障。 （四）语音报警系统实际安装方法
首先，需要将语音模块和控制器装在模拟器箱体内，供电直流24V电源，将CAN-open高和CAN-open低与控制器的CAN通讯端口通过端子排连接，CAN-open高低之间加装120欧姆的终端电阻。语音模块的安装位置也需要特别注意，配套的喇叭头需要在模拟器面板上开孔安装，使得喇叭放音不会被遮挡。控制器和语音模块注意安装要竖直安装，安装支架采用不锈钢304材质，通讯线采用有屏蔽层的电缆，确保CAN-open通讯稳定。
（五）语音报警系统是否正常的判断
语音模块是否正常可通过观察指示灯颜色判断：当指示灯不亮时，表明系统未上电;当指示灯常亮表示通讯故障;当指示灯以1Hz频率闪烁时，表示语音模块正常运行;当指示灯以5Hz频率闪烁时，表示语音模块有其他故障。
模拟器控制器是否正常运行也可通过观察指示灯颜色判断：当指示灯不亮时，表明系统未上电;当黄色指示灯常亮时，表明系统在初始化;当绿色指示灯以5Hz频率闪烁时，表示控制器内没有加载操作系统;当红色指示灯常亮时，表明系统运行遇到了故障;当绿色指示灯常亮时，表示控制器处于暂停状态;当绿色指示灯以2Hz频率闪烁时，表示控制器运行正常。
综上所述，通过查看指示灯状态就可以简单判断语音模块和控制器之间的通讯是否建立完成。
更具体的工作逻辑是否正确可以通过模拟吊具故障来触发，如果模拟给定相应的故障条件，语音报警出对应的故障信息，则工作逻辑正常;如果模拟给定相应的故障条件，语音报警不工作或报警出不对应的故障信息，则需要重新检查报警逻辑。
三、结束语
语音报警系统的应用为吊具模拟器的功能性增加了新的方向。本文对语音报警系统在吊具模拟器上的应用研究，主要包括吊具模拟器的发展，语音报警系统在振华重工吊具模拟器上的应用（包含语音报警系统的选型、配置以及语音报警系统故障的判断），实现了对语音报警系统在模拟器上应用的多样性研究，为振华重工模拟器后续更多的改进提供了参考价值。
參考文献：
[1]任振辉，马永鹏，刘军.电气控制与PLC原理及应用[M].中国水利出版社，2008
[2]王黎明，CAN现场总线系统的设计与应用.电子工业出版社，2008（3）