新型GPS设备在SPL60型摊铺机上的应用方案研究
摘要：GPS设备在工程机械行业已经应用多年，但大多数设备只能实现定位、锁车等简单功能。面对制造商、代理商、银行、租赁公司以及用户的更多需求，以新型GPS设备为核心的综合智能服务系统应运而生，该系统可实现工程机械设备的性能实时监测、故障检测与排除、后期数据处理等功能。文章以SPL60轮式沥青摊铺机为应用对象详细阐述了新型GPS设备的主要功能与优点，并进行了可行性与可靠性设计。
关键词：GPS；GPRS；可行性；可靠性
伴随着租赁市场的发展、融资与付款方式的改变，GPS技术已经在挖掘机、旋挖钻等市场保有量较高的设备中广泛应用[1]，正逐步向其他设备推广。而随着国家经济步入常态化发展，国内摊铺机制造业在经历过同质竞争、产能过剩等非良性发展后也急需一个稳定、优质的发展方向。将GPS技术应用于摊铺机生产、销售与施工产业链中，不但能有效降低厂家与经销商的坏账风险，提高施工作业的质量，还能帮助厂家与业主及时排除故障、提高设备性能。
图1 GPS技术原理图
GPS技术原理如图1所示，主要由安装在摊铺机上的数据采集与发送终端收发数据并控制摊铺机；通讯卫星与基站作为数据中转站实现主控中心、手持终端与摊铺机之间的通讯；主控中心与手持终端对摊铺机进行监测与控制；主控中心对摊铺机数据进行存储与分析。本文将分析GPS技术在摊铺机上应用的主要内容并设计SPL60摊铺机的GPS应用方案。
一、新型GPS技术在摊铺机上的应用主要包括以下三个方面：
1、远程监测与锁车。通过安装在摊铺机上的GPS终端，以GPRS型式[5]实时发送摊铺机的位置与状态信息，当监测到摊铺机位置超出设定范围或收到未付款要求锁车等指令时，可通过主控中心或手持终端对摊铺机进行锁车。
2、为智能化机群作业提供实时摊铺信息[2,3]。机群作业概念源于计算机系统，泛指多电脑共享信息、协同控制以实现系统工作效率最大、方式最优。路面机械机群作业中，包含拌和站、料车、摊铺机与压路机等施工设备，其原理图如图2所示。根据安装于各施工设备上的GPS终端提供的实时工作数据，控制中心即可根据施工要求，协调拌和站生产速度、料车数量与转运周期，合理分配施工企业的摊铺机、压路机等设备在不同工地同时作业，还可建立自有数据库与故障诊断系统。GPS技术在智能化机群作业中的应用对提高施工企业的经济效益、保证施工质量、缩短工期具有重要的现实意义。
图2 路面机械机群作业中的GPS技术应用
3、远程服务与故障诊断[2,4]。普通的摊铺机机械与液压故障一般比较直观，施工企业与一般服务人员基本可以解决。但随着摊铺机智能化越来越高，液压系统隐性故障与电气系统故障已经成为困扰业主与服务人员的一大难题。通过新型GPS技术的运用，生产厂家与技术人员可通过主控中心或手持终端直接查看电喷发动机故障报警信息、智能摊铺机车载控制器故障报警信息等。技术人员能直接指导现场排除故障甚至通过远程操作更改程序、配置等，摊铺机厂家可以根据GPS终端设备采集的实时信息提醒业主进行保养。对于主控中心存储的摊铺机作业信息将成为智能化施工大数据模式的一部分，通过对海量数据的分析可提供市场需求信息、设备主要故障信息等，可帮助厂家改进缺陷、改善机型，为生产与销售提供最直观的市场数据。
二、新型GPS技术在SPL60摊铺机上的应用方案
SPL60摊铺机是一款智能轮式沥青摊铺机，主要用于高等级路面面层摊铺。整机采用多控制器结构，行走、振动、刮板、料斗、枢轴等主要动作经由控制器输入输出，电喷发动机ECU与车载控制器相互通讯，显示器可显示摊铺机工作状态，主要控制参数与故障信息。摊铺速度、行走电流、发动机齿数、减速比等参数可通过显示器手动输入并修改。新型GPS技术在SPL60摊铺机上的应用方案设计主要包括可行性与可靠性设计：
1、可行性
SPL60轮式沥青摊铺机定位为高端面层施工设备，选用电喷发动机。发动机自带ECU可与车载控制器及新型GPS设备通过CAN网络实现通讯[5]。为GPS设备更加有效的控制摊铺机提供了基本的可行条件。
装备新型GPS终端设备的SPL60摊铺机控制系统采用双CAN网络通讯，能有效避免因通讯数据量大、数据扫描与发送周期长等因素造成的数据丢包问题。其中，GPS设备与主控之间、发动机ECU与主控之间数据量较大，分置CAN1与CAN2两个网络；操作台输入IN3、IN4与输出OUT1、OUT2置于CAN1网络；熨平板边控盒IN1、IN2与显示器置于CAN2网络。具体配置如图3所示：
图3 SPL60电控系统CAN网络配置图
2、可靠性
新型GPS设备功能更完善、可靠。相比老式GPS设备，新型GPS设备的主要优点如下：
1）老式GPS设备通讯模式为GSM短消息模式[6,7]，数据容量小，不能实时在线。新型GPS设备为GPRS数据流量模式通讯，数据容量大，且能实时在线[8]。同等数据流量情况下，新型GPS设备通讯费用仅为老式GPS设备的20%甚至更低。
2）老式GPS设备锁车俗称硬锁车，即通过GPS设备发动机起动线路。硬锁车不经过控制器，不能真正达到锁定发动机的目的，具备电气知识的技术人员可通过私改线路重新起动发动机，对厂家及销售商而言存在极大的隐患。新型GPS设备锁车为软锁车，配合电喷发动机通过CAN网络控制发动机起动停止，锁车指令直接通过代码发送，无法通过改变线束实现解锁，可真正达到锁车的目的。
3）老式GPS设备只具备监测与锁车功能，新型GPS设备不但可实现对摊铺的实时监测与锁车，还可将摊铺机的状态与故障信息发送到主控中心与手持终端，可实现远程故障诊断、远程程序与参数修改。主控中心还可实现摊铺机状态信息的存储与分析，为厂家的记性改进与销售市场预判提供可靠依据。
新老版本GPS设备性能对比如表1所示：
表1 新老版本GPS设备对比
| 项目 | 新型GPS设备 | 老式GPS设备 |
| 通讯模式 | GPRS数据流量 | GSM短消息 |
| 数据容量 | 高 | 低 |
| 通讯成本 | 低 | 高 |
| 在线形式 | 实时 | 周期 |
| 锁车形式 | 软锁车（通讯锁车） | 硬锁车（外围线路锁车） |
| 防拆等级 | 高 | 低 |
| 功能 | 监测、锁车、智能化机群作业、远程故障诊断、摊铺机状态信息采集 | 监测、锁车 |
结语
新型GPS设备相比老式设备而言硬件成本基本持平，技术优势明显，设计与优化控制程序以及合理运用智能化系统是新型GPS设备推广急需突破的壁垒。装备有新型GPS设备与智能化管理系统的SPL60轮式沥青摊铺机将具有更加明显的竞争优势，并借助系统的使用实现产品升级。
参考文献
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[2] 由相波，张少圃等. GPRS-GPS在智能挖掘机远程在线监控系统中的设计应用[J]. 建筑机械技术与管理，2007,(6):81-83.
[3] 刘卫军，李占民等. 基于GPS的远程监控系统在工程机械上的应用[J]. 筑路机械与施工机械化，2007,(6):62-64
[4] 黄神富等. 工程机械远程故障诊断系统的研究[J]. 矿山机械.2005,(3)64-65.
[5] 史久根,张培人. CAN现场总线系统设计技术[M]. 北京:国防工业出版社,2004.
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[8] 徐威，杨爱峰. GPRS 在GPS 车辆监控系统中的应用[J].全球定位系统，2001,(3).