重慶電子工程職業(yè)學(xué)院 重慶 401331

0 引言

隨著我國(guó)新基建概念的提出,把工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義為未來(lái)七大領(lǐng)域中重點(diǎn)建設(shè)對(duì)象,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展日新月異,在不同的工業(yè)領(lǐng)域均起到一定的作用。本文主要針對(duì)傳統(tǒng)燃油發(fā)電機(jī)組物理位置分散、位置偏遠(yuǎn)以及一對(duì)一人工管控的問題,提出了一種發(fā)電機(jī)組云控技術(shù)的解決方案,將分散的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行入網(wǎng)管理,操作人員可通過(guò)WEB、APP端即可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)管理等功能。

1 發(fā)電機(jī)組群控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組云控系統(tǒng)主要包含以下四層結(jié)構(gòu),其中包括設(shè)備層、傳輸層、平臺(tái)層以及平臺(tái)應(yīng)用層,其具體如圖1所示,主要描述了系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)的傳輸方式以及模塊的組成。

①設(shè)備層:主要針對(duì)燃油發(fā)電機(jī)研發(fā)的一套控制器,實(shí)現(xiàn)與燃油發(fā)電機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊傳輸。其傳輸方式主要采用了485總線的形式,通訊協(xié)議采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議。

②傳輸層:為了實(shí)現(xiàn)控制器與云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步以及數(shù)據(jù)分發(fā)功能,這里研發(fā)了一套DTU通信模塊(Data Transfer unit)。其主要功能是與云端進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊、心跳檢測(cè)等功能。

③平臺(tái)層:平臺(tái)層主要完成與下層發(fā)電機(jī)組設(shè)備的數(shù)據(jù)收發(fā),以及與應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)收發(fā)等管理層。

④平臺(tái)應(yīng)用層:主要包含了web、APP以及微信小程序,對(duì)管理的發(fā)電機(jī)組設(shè)備的數(shù)據(jù),狀態(tài)以及故障情況進(jìn)行監(jiān)控管理。

圖1 發(fā)電機(jī)云控系統(tǒng)構(gòu)架圖

2 發(fā)電機(jī)組群控系統(tǒng)底層架構(gòu)

系統(tǒng)底層主要采用了控制器和DTU通信模塊兩個(gè)部分,目前控制器主要針對(duì)國(guó)三標(biāo)準(zhǔn)柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)品,其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示,控制器可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的485總線或者can總線與發(fā)電機(jī)組進(jìn)行連接,采用標(biāo)準(zhǔn)的modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,modbus協(xié)議是一種串行通信協(xié)議,由Modicon公司制定,目前已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。

3 發(fā)電機(jī)組云控系統(tǒng)

本系統(tǒng)技術(shù)板塊的授權(quán)中心采用RBAC設(shè)計(jì),負(fù)責(zé)設(shè)備以及用戶的權(quán)限管理和分配,確保系統(tǒng)安全、可靠、靈活。平臺(tái)服務(wù)器基于高效的后端開發(fā)語(yǔ)言PHP、開源穩(wěn)定的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Mysql以及Redis緩存策略設(shè)計(jì),完成大量數(shù)據(jù)獲取、傳輸、存儲(chǔ)和處理的任務(wù),如圖3所示。

產(chǎn)品軟件架構(gòu)由原始數(shù)據(jù)采集、算法整合、接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與云端、用戶操作平臺(tái)組成。接受DTU控制模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,優(yōu)化算法整合,對(duì)數(shù)據(jù)中的機(jī)器電壓等信號(hào)的波動(dòng)進(jìn)行智能化歸一化的處理,并進(jìn)行閾值判決,智能計(jì)算機(jī)器當(dāng)前狀態(tài),將信息參數(shù)和判決狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到云端數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后經(jīng)由用戶操作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化,以最直觀的感受呈現(xiàn)到用戶眼前。

4 測(cè)試驗(yàn)證

根據(jù)系統(tǒng)整體方案,針對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,使用一套完整的設(shè)備(多臺(tái)發(fā)電機(jī))與云控系統(tǒng)做燃油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)試,針對(duì)云控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)電機(jī)設(shè)備、人員權(quán)限分級(jí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行權(quán)限管理,以及云控控制面板對(duì)燃油發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程控制等功能進(jìn)行測(cè)試,達(dá)到將云端數(shù)據(jù)包傳送達(dá)到遠(yuǎn)程控制。

圖2 子節(jié)點(diǎn)模塊硬件架構(gòu)

圖3 云控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

①系統(tǒng)主頁(yè):當(dāng)用戶登錄成功后,進(jìn)入系統(tǒng)主頁(yè),可查看到當(dāng)前管理設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)概況。

②設(shè)備列表:通過(guò)云端對(duì)數(shù)據(jù)包的收集,采用RBAC權(quán)限管理設(shè)計(jì),設(shè)置公司分級(jí)權(quán)限管理與人員權(quán)限管理。系統(tǒng)主頁(yè)中點(diǎn)擊設(shè)備列表,可查看本單位所有設(shè)備列表。

③主要控制面板:外部環(huán)境需要遠(yuǎn)程開啟/停止燃油發(fā)電機(jī),在終端點(diǎn)擊開啟/停止按鈕,進(jìn)行云端的數(shù)據(jù)包傳送達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,本文針對(duì)燃油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)了云控系統(tǒng)的四層結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了設(shè)備層、傳輸層、平臺(tái)層以及平臺(tái)應(yīng)用層分別作出闡述,主要介紹了對(duì)底層架構(gòu)的控制器和DTU通信模塊、云控系統(tǒng)的軟件架構(gòu)?；赑HP、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Mysql及Redis緩存策略的云控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作人員對(duì)燃油發(fā)電機(jī)的遠(yuǎn)程操作、實(shí)時(shí)監(jiān)控,發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)入網(wǎng)管理,解決了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展瓶頸和發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程管理等問題,突破了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組在實(shí)際應(yīng)用的拓展,取得終端遠(yuǎn)程控制管理發(fā)電機(jī)群組成果。