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        基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2021-10-29 08:28:32程亞維
        電子制作 2021年18期
        關(guān)鍵詞:工廠終端傳輸

        程亞維

        (濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南濟(jì)源,459000)

        1 硬件設(shè)計(jì)

        ■1.1 終端連接設(shè)備

        終端連接設(shè)備是保障系統(tǒng)運(yùn)行的核心硬件,在運(yùn)行中,終端連接設(shè)備將獲取的信息進(jìn)行傳遞,使信息傳遞到傳感器裝置與協(xié)調(diào)控制裝置。同時(shí),將信息檢測(cè)無(wú)誤后,采集的信息將持續(xù)傳遞給系統(tǒng)控制端設(shè)備,控制節(jié)點(diǎn)檢測(cè)信息,并根據(jù)信息內(nèi)容發(fā)布指令,通過(guò)此種方式做到對(duì)系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)的控制。綜合上述分析,對(duì)系統(tǒng)終端連接設(shè)備的構(gòu)成與選擇進(jìn)行描述。如表1 所示。

        表1 系統(tǒng)終端連接設(shè)備構(gòu)成

        按照上述表1 中內(nèi)容,完成對(duì)系統(tǒng)中終端連接設(shè)備及其內(nèi)部構(gòu)件的設(shè)計(jì)與選擇。

        ■1.2 中心協(xié)調(diào)器

        中心協(xié)調(diào)器在本文系統(tǒng)中的核心功能為:接收終端設(shè)備獲取的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),并同步對(duì)系統(tǒng)上機(jī)位結(jié)構(gòu)下達(dá)的指令信息與控制命令進(jìn)行獲取與調(diào)用,通過(guò)此種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中心功能的控制與調(diào)度。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求,繪制中心協(xié)調(diào)器的整體結(jié)構(gòu),如圖1 所示。

        圖1 中心協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)

        按照上述圖1 所示的結(jié)構(gòu),對(duì)系統(tǒng)中心協(xié)調(diào)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上,控制外接鍵盤(pán)與鼠標(biāo)與中心協(xié)調(diào)器進(jìn)行銜接,融合LCD 終端接口,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在運(yùn)行中的人機(jī)交互,從而確保系統(tǒng)監(jiān)控指令的順序發(fā)出。

        2 軟件設(shè)計(jì)

        ■2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)獲取終端節(jié)點(diǎn)信息

        在完成對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后,本章將使用硬件設(shè)備,在物聯(lián)網(wǎng)的支撐下,對(duì)工廠運(yùn)行終端節(jié)點(diǎn)信息的獲取。此過(guò)程可參照如圖2 所示內(nèi)容。

        圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)信息獲取流程

        如圖2 中內(nèi)容,在IP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐下,系統(tǒng)OSAL端進(jìn)行監(jiān)控“主任務(wù)”的接收,當(dāng)前端接收到物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層事件與指令后,物聯(lián)網(wǎng)需要同時(shí)進(jìn)行App 函數(shù)調(diào)用處理,此函數(shù)在計(jì)算機(jī)終端呈現(xiàn)為_(kāi)ProcessEvent()。此時(shí),終端應(yīng)用層處理函數(shù),對(duì)working_Evt 事件運(yùn)行進(jìn)行處理與判斷,通過(guò)某種操作判斷傳感器是否為需求指令。在此過(guò)程中,假定終端傳感器需要通過(guò)collectProcess()函數(shù)進(jìn)行工廠內(nèi)溫度、濕度、煙氣濃度、紅外線(xiàn)等參數(shù)的獲取。在完成對(duì)信息的初步獲取后,信息通過(guò)ZigBee 端口,進(jìn)行信息的無(wú)線(xiàn)發(fā)射與傳輸。此時(shí),中心協(xié)調(diào)控制端接收到信息,需要再次對(duì)信息進(jìn)行判斷,包括獲取的信息是否為working_Evt 事件信息。在此過(guò)程中,假定獲取的信息為需求事件信息,可直接進(jìn)行信息的傳輸;假定獲取的信息非working_Evt 事件信息,則需要持續(xù)調(diào)用信息,對(duì)其進(jìn)行AF 判斷(是否為incoming_Msg_Cmd 信息),倘若信息為提出內(nèi)容,輸出對(duì)工廠的控制指令,并啟動(dòng)控制節(jié)點(diǎn),進(jìn)行工廠運(yùn)行或生產(chǎn)與預(yù)警。倘若信息非提出內(nèi)容,則需要指令某種信息通信協(xié)議,在系統(tǒng)內(nèi)持續(xù)傳輸信息,直到準(zhǔn)確識(shí)別信息內(nèi)容與需求。

        ■2.2 選擇監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議

        為了確保監(jiān)控的信息可以在系統(tǒng)終端良好通信或準(zhǔn)確輸出,需要在完成對(duì)信息的獲取后,選擇合適的監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議(AGCP),通過(guò)此種方式,實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控信息傳輸。在選擇監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議過(guò)程中,需要對(duì)AGCP 格式進(jìn)行判斷,即掌握通信協(xié)議是否為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。常規(guī)情況下,協(xié)議的統(tǒng)一格式可以表示為:[參數(shù)]=[具體值1,具體值2,……,具體值n]。在協(xié)議中,每個(gè)待傳輸?shù)谋O(jiān)控信息均應(yīng)當(dāng)將“()”作為傳輸?shù)钠鹗挤?hào),且傳輸過(guò)程中,計(jì)算機(jī)中每個(gè)信息(每條數(shù)據(jù))均使用“;”隔開(kāi)。

        在完成對(duì)監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)格式的判斷后,同步進(jìn)行協(xié)議變量設(shè)計(jì)。假定通信協(xié)議的變量表示為X,則協(xié)議參數(shù)可表示為“X0~Xn”,在傳輸攜帶數(shù)值的信息量時(shí),可通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行“?”賦值的方式,進(jìn)行當(dāng)前變量的監(jiān)控與調(diào)用。例如X0=工廠溫度;X1=工廠濕度;X2=工廠內(nèi)煙霧濃度;X3=紅外線(xiàn)等。直接檢索調(diào)度界面,對(duì)協(xié)議參數(shù)進(jìn)行賦值。根據(jù)本文系統(tǒng)運(yùn)行需求,對(duì)監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義與描述。如表2 所示。

        表2 監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議參數(shù)描述

        如表2 所示內(nèi)容,根據(jù)工廠的實(shí)際運(yùn)行情況與需求,對(duì)監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議參數(shù)進(jìn)行賦值,賦值過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)傳感器獲取信息的主動(dòng)性描述與被動(dòng)性描述。以此種方式,完成對(duì)監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)。

        ■2.3 基于數(shù)據(jù)解析智能監(jiān)控工廠運(yùn)行

        引進(jìn)數(shù)據(jù)解析技術(shù),對(duì)經(jīng)過(guò)監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行終端解析處理。在此過(guò)程中,可在系統(tǒng)運(yùn)行的終端網(wǎng)絡(luò)中增加中繼放大器,利用其排除干擾信號(hào)的優(yōu)勢(shì),對(duì)工廠運(yùn)行監(jiān)控信息中的有效網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行放大處理。當(dāng)工廠智能控制終端距離現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際距離相對(duì)較遠(yuǎn)時(shí),可采用光纜線(xiàn)代替普通電線(xiàn)的方式,提高監(jiān)控過(guò)程中對(duì)工廠信息傳輸?shù)男逝c時(shí)效。

        3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

        采用本文系統(tǒng)及參與測(cè)試的常規(guī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),采用的終端計(jì)算機(jī)設(shè)備為官方開(kāi)發(fā)3.50.23 系統(tǒng)版本的Linux 內(nèi)核,此內(nèi)核文件目錄中包含了系統(tǒng)自主運(yùn)行的多個(gè)腳本程序。在此基礎(chǔ)上,對(duì)此次實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)配置程序與系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃與布設(shè)。上機(jī)位程序采用B/S 系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)環(huán)境開(kāi)發(fā)工具為VS2015,終端應(yīng)用服務(wù)器為微軟IIS,工廠數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server。

        在監(jiān)測(cè)過(guò)程中,先設(shè)計(jì)工廠運(yùn)行相關(guān)參數(shù)的常態(tài)化運(yùn)行,在系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行2.0h 后,調(diào)整工廠運(yùn)行環(huán)境參數(shù)。此時(shí),觀察系統(tǒng)終端監(jiān)控界面是否能良好地監(jiān)測(cè)到工廠內(nèi)部生產(chǎn)與運(yùn)行環(huán)境的變化。記錄實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的相關(guān)信息,結(jié)果如表3所示。

        表3 系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果

        如上述表格中信息,A、B、C、D 分別為工廠內(nèi)四個(gè)監(jiān)控傳感器,其獲取的數(shù)據(jù)為工廠正常運(yùn)行狀態(tài)下的系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),A1、B2、C3、D4 獲取的數(shù)據(jù)為工廠內(nèi)部運(yùn)行溫度與煙霧濃度被提高后,傳感器獲取的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。通過(guò)此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以看出,本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)在進(jìn)行工廠運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)過(guò)程中,對(duì)于信息的感應(yīng)較為靈敏,可準(zhǔn)確地識(shí)別到工廠在生產(chǎn)中不同參數(shù)的變化,工廠現(xiàn)用系統(tǒng)對(duì)于廠內(nèi)溫度與煙霧濃度的變化沒(méi)有及時(shí)作出預(yù)警與感應(yīng)。由此可知,本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)于廠內(nèi)生產(chǎn)與運(yùn)行環(huán)境的變化具有更高的監(jiān)控靈敏度。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        本文從終端連接設(shè)備、中心協(xié)調(diào)器兩個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),在硬件的支撐下,從基于物聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)信息獲取、選擇監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議、基于數(shù)據(jù)解析智能監(jiān)控工廠運(yùn)行三個(gè)方面,完成對(duì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì),在完成設(shè)計(jì)后,選擇某工廠進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)檢測(cè),對(duì)比工廠現(xiàn)用智能監(jiān)控系統(tǒng)與本文設(shè)計(jì)的智能監(jiān)控系統(tǒng),在實(shí)際運(yùn)行中,對(duì)不同監(jiān)控項(xiàng)目的感應(yīng)能力。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了,本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能相對(duì)更優(yōu),具有更高的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值,可滿(mǎn)足工廠生產(chǎn)與運(yùn)行的智能監(jiān)控需求,在真正意義上做到了對(duì)工廠的智能化運(yùn)行管理。

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