潘哲

（閩江學(xué)院，福建 福州 350011）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在復(fù)雜設(shè)備監(jiān)控上的應(yīng)用

潘哲

（閩江學(xué)院，福建 福州 350011）

本文把PLC技術(shù)融入到物聯(lián)網(wǎng)的感知層，提出了兩個(gè)擴(kuò)展模型，很好地解決了大型復(fù)雜設(shè)備的監(jiān)控問(wèn)題.結(jié)合實(shí)際案例，實(shí)踐證明本文提出的兩個(gè)擴(kuò)展模型穩(wěn)定可靠，性能良好.

物聯(lián)網(wǎng)；自動(dòng)控制；大型復(fù)雜設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也稱(chēng)為傳感網(wǎng)技術(shù)，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)等，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，把所有物品（設(shè)備）都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理[1-2].物聯(lián)網(wǎng)被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，正在得到迅猛發(fā)展和應(yīng)用[3].

本文提出在物聯(lián)網(wǎng)的感知層引入可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），用于處理開(kāi)關(guān)量、脈沖量、模擬量、數(shù)字量等，這相對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，PLC對(duì)于大型復(fù)雜設(shè)備的監(jiān)控有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，目前工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)比較成熟[4-5]，兩者相結(jié)合必將對(duì)現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)起極大的推動(dòng)作用.

2 物聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展

2.1 物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展原理

在復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)中常常需要監(jiān)視、控制復(fù)雜大型設(shè)備，為此本文提出在物聯(lián)網(wǎng)的感知層添加一個(gè)PLC模塊，用于處理大型復(fù)雜設(shè)備，如圖1所示.應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)出命令及命令參數(shù)，PLC模塊接收到后傳給設(shè)備，設(shè)備根據(jù)命令及命令參數(shù)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，把結(jié)果回傳給PLC模塊，最后傳回給應(yīng)用系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)視、控制.

圖1 物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展PLC結(jié)構(gòu)圖

假設(shè)某大型復(fù)雜設(shè)備EquipMent為一臺(tái)工業(yè)用電機(jī)，為了監(jiān)控該電機(jī)的運(yùn)行狀況，包括啟動(dòng)動(dòng)作、停止動(dòng)作、運(yùn)行狀態(tài)等.則把對(duì)設(shè)備的監(jiān)控模塊并入到物聯(lián)網(wǎng)的感知層，PLC模塊和其它的傳感器為并行關(guān)系，共同感知所需要監(jiān)控設(shè)備，為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

在工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，需要有一臺(tái)主控計(jì)算機(jī)，用于發(fā)送命令、接收監(jiān)視數(shù)據(jù)；一臺(tái)本地機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)放置PLC模塊，當(dāng)計(jì)算機(jī)控制失靈時(shí)可以直接通過(guò)本地機(jī)柜中的按鈕來(lái)發(fā)送控制命令.具體工藝流程（以啟動(dòng)電機(jī)為例，電機(jī)停止運(yùn)行的工藝流程基本一樣，如圖2所示）：在主控計(jì)算機(jī)或者本地機(jī)柜發(fā)送“啟動(dòng)”，PLC模塊將先接收設(shè)備的狀態(tài)信息，判斷此時(shí)設(shè)備是否處于“故障”狀態(tài)，如果是則不啟動(dòng)，否則把該命令發(fā)送給設(shè)備，設(shè)備將反饋是否已經(jīng)處于“啟動(dòng)”狀態(tài)，如果是則反饋設(shè)備狀態(tài)，不做任何操作其他操作，否則直接啟動(dòng)設(shè)備.其工作流程如圖2所示.

圖2 電機(jī)啟動(dòng)工作流程圖

表1 輸入?yún)?shù)及其地址

2.2 實(shí)現(xiàn)途徑

本文使用OMRON公司的CX-Programmer來(lái)完成上述流程，工作流程需要5個(gè)輸入?yún)?shù)，3個(gè)輸出參數(shù)（表1）.在PLC中設(shè)置5個(gè)輸入?yún)?shù)，用于獲取電機(jī)的反饋信息，例如：運(yùn)行反饋、停止反饋、設(shè)備故障反饋、電流AD值反饋，頻率AD值反饋等.2個(gè)輸出用于發(fā)送設(shè)備啟動(dòng)、設(shè)備停止、設(shè)備故障指令.具體定義如表1、2、3所示.其中機(jī)柜的輸入輸出參數(shù)較少，目的是在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，手工處理電機(jī)操作.

表2 輸出參數(shù)及其地址

根據(jù)上述表的輸入、輸出參數(shù)使用OMRON公司的CX-Programmer開(kāi)發(fā)工具，畫(huà)出梯形圖，從梯形圖導(dǎo)出相應(yīng)助記符.

2.2 物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展模型之二

如果某大型工廠有多臺(tái)大型復(fù)雜設(shè)備需要監(jiān)控，則可在上述擴(kuò)展模型的基礎(chǔ)上，增加少量幾個(gè)PLC模塊基本能滿(mǎn)足需求.但如果需要監(jiān)控的大型復(fù)雜設(shè)備比較多，則應(yīng)考慮PLC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本文采用星型結(jié)構(gòu)（也可以采用其他結(jié)構(gòu)，只不過(guò)PLC編程稍復(fù)雜而已）.PLC有很大的靈活性，具備強(qiáng)大的擴(kuò)展能力，因此完全可以實(shí)現(xiàn)各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).把圖1的PLC模塊改造成PLC群組，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模大型復(fù)雜設(shè)備的監(jiān)控，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示.

圖3 物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展PLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

從圖3可以清晰地看出，設(shè)置一個(gè)PLC主站，用于管理多個(gè)PLC從站，每個(gè)PLC從站可以連接一個(gè)或多個(gè)大型復(fù)雜設(shè)備，每個(gè)設(shè)備的輸入輸出參數(shù)由各自PLC從站負(fù)責(zé)處理（PLC從站可參考本文的擴(kuò)展模型一），PLC主站負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度.這樣大規(guī)模的復(fù)雜設(shè)備監(jiān)控問(wèn)題迎刃而解，本文以某水泥廠除塵工藝為例說(shuō)明本模型的有效性.

某水泥廠經(jīng)常需要除灰塵，并且有一系列的除塵設(shè)備需要管理，這些設(shè)備存在邏輯上的先后順序.利用本模型設(shè)計(jì)出工藝結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示.

該工藝要求：先啟動(dòng)除塵設(shè)備1，把灰斗1中的灰塵掃除并進(jìn)入管道，然后啟動(dòng)除塵設(shè)備2，本灰斗2中的灰塵掃除并進(jìn)入管道，以此類(lèi)推，直到最后一個(gè)灰斗的灰塵進(jìn)入管道，最后進(jìn)入灰塵容器中.

每個(gè)除塵設(shè)備的操作可以根據(jù)本文的“模型一”來(lái)實(shí)現(xiàn)，PLC主站主要用于控制4個(gè)PLC遠(yuǎn)程站的時(shí)序，即必須先啟動(dòng)除塵設(shè)備1，完成除塵工作后才能啟動(dòng)除塵設(shè)備2，同理除塵設(shè)備3和除塵設(shè)備4工作原理完全相同，即前一個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)后一個(gè)設(shè)備啟動(dòng)的條件.本案例使用使用OMRON公司的CX-Programmer來(lái)開(kāi)發(fā)，具體定義如表3所示.

圖4 某水泥廠除塵工藝結(jié)構(gòu)圖

表3

根據(jù)上述虛擬地址參數(shù)，利用CX-Programmer畫(huà)出梯形圖，導(dǎo)出其助記符.

3 總結(jié)

本文簡(jiǎn)述了物聯(lián)網(wǎng)針對(duì)大型復(fù)雜設(shè)備監(jiān)控的局限性，基于物聯(lián)網(wǎng)提出了兩個(gè)擴(kuò)展模型，很好地解決大型復(fù)雜設(shè)備的監(jiān)控問(wèn)題，通過(guò)電機(jī)監(jiān)控案例、某水泥廠除塵工藝的實(shí)踐檢驗(yàn)，證明這兩個(gè)擴(kuò)展模型穩(wěn)定可靠，性能良好.

〔1〕張?jiān)葡迹瑏?lái)勐，成建波．智慧城市概念辨析[J]．研究與開(kāi)發(fā)，2011（12）.

〔2〕梁志明，李磊，梁仕文．基于ZigBee技術(shù)的大型儀器設(shè)備管理系統(tǒng)[J]．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（12）.

〔3〕石軍.“感知中國(guó)”促進(jìn)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)加速發(fā)展[J].通信管理與技術(shù)，2009（10）：1－3.

TP393.1

A

1673-260X（2014）03-0024-02