范景池

摘要：目前在全自動(dòng)化的生產(chǎn)線上，出現(xiàn)了很多問(wèn)題。比如設(shè)備故障報(bào)警、產(chǎn)品料倉(cāng)儲(chǔ)存的狀態(tài)和其他因素導(dǎo)致的因素等可視化監(jiān)控的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題要討論出解決的方法，由此就提出并且設(shè)計(jì)了一種可視化監(jiān)控系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可以使用戶更直觀、更快速地對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)運(yùn)輸進(jìn)行監(jiān)控。本文基于自動(dòng)化生產(chǎn)線的物聯(lián)網(wǎng)可視化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析，得出幾點(diǎn)結(jié)論供參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化生產(chǎn)線;物聯(lián)網(wǎng);可視化監(jiān)控系統(tǒng)

隨著科技的不斷發(fā)展，全球經(jīng)濟(jì)也在不斷激烈發(fā)展。對(duì)于現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的制造企業(yè)已經(jīng)慢慢隨著現(xiàn)代制造企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，MQTT（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸）作為一項(xiàng)新技術(shù)不斷發(fā)展。憑著其高效和低寬帶能夠更好地傳輸數(shù)據(jù)，在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展中具有重要的價(jià)值。

1、可視化監(jiān)控的模型框架

1.1感知層

感知層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)設(shè)備的采集工作。通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)，可以將各個(gè)傳感器和加工運(yùn)輸設(shè)備等連接到一起，這樣可以實(shí)現(xiàn)信息的互相交流和共享。通過(guò)設(shè)計(jì)集成控制系統(tǒng)，可以滿足對(duì)集成生產(chǎn)線中的監(jiān)控。[1]感知層的數(shù)據(jù)可以為可視化的監(jiān)控系統(tǒng)提供兩種信息數(shù)據(jù)，一個(gè)是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，一個(gè)是瞬時(shí)異常狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

1.2傳輸層

在物聯(lián)感知層獲得的數(shù)據(jù)可以通過(guò)傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)的推送和傳播。為了減少網(wǎng)絡(luò)資源的占用，保證信息傳輸?shù)膶?shí)效性，系統(tǒng)要做一個(gè)協(xié)調(diào)和審計(jì)，可以采用輕量級(jí)的MQTT物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)推送。[2]MQTT可以在最快的時(shí)間內(nèi)把信息數(shù)據(jù)推動(dòng)到訂閱端上，通過(guò)MQTT代理服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布。但是在發(fā)布的過(guò)程中，會(huì)將瞬時(shí)異常的信息數(shù)據(jù)也同時(shí)發(fā)送出去，另一方面將運(yùn)行故障的狀態(tài)發(fā)送到終端上。用戶在終端上通過(guò)密碼可以獲取信息，這樣就可以實(shí)現(xiàn)模型的可視化運(yùn)作監(jiān)控。

1.3應(yīng)用層

服務(wù)器訂閱和接收的異常信息在應(yīng)用層進(jìn)行解碼分析，然后將數(shù)據(jù)信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣可以處理異常的信息數(shù)據(jù)，診斷信息數(shù)據(jù)異常的原因。[3]能夠享受可視化監(jiān)控服務(wù)是用戶終端通過(guò)Web的終端訪問(wèn)到企業(yè)的服務(wù)器，這樣用戶終端就可以通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析。在可視化的界面中，通過(guò)不同模型訂閱的不同類型的數(shù)據(jù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)模型之間的交流和運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，可以盡快地報(bào)警。對(duì)于存在數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡(luò)連接異常等問(wèn)題，也可以及時(shí)發(fā)布通知，并且嘗試自主處理。

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1硬件設(shè)計(jì)與組成

硬件主要由運(yùn)輸加工設(shè)備、環(huán)境參數(shù)傳感器、料倉(cāng)保護(hù)裝置等組成的。糧倉(cāng)保護(hù)裝置主要包含了氣動(dòng)安全門、物料儲(chǔ)存料倉(cāng)等。在進(jìn)行控制的過(guò)程中，對(duì)于需要采集信號(hào)的部分和控制設(shè)備對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)，可以對(duì)信號(hào)的采集進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。設(shè)備硬件組成分為三個(gè)部分，運(yùn)輸加工設(shè)備、保護(hù)儲(chǔ)存設(shè)備、還有環(huán)境傳感器和RFID。其中，運(yùn)輸加工設(shè)備可以分成工業(yè)機(jī)器人、加工機(jī)床、設(shè)備輔助，這些可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的控制和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的控制。保護(hù)、儲(chǔ)存設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于料倉(cāng)、外圍護(hù)罩、安全門和其他設(shè)備的控制。環(huán)境傳感器、RFID可以分成各類傳感器和單獨(dú)的RFID，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于RFID感知系統(tǒng)的控制。

2.2軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)又可以分成硬件通訊與信息數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)、可視化監(jiān)控顯示模塊組成設(shè)計(jì)、MATT集群分類設(shè)計(jì)和MQTT發(fā)布數(shù)據(jù)與可視化顯示模型映射。一般來(lái)說(shuō)，為了保證信息數(shù)據(jù)的有效和穩(wěn)定，生產(chǎn)設(shè)備之間采集數(shù)據(jù)一般都是采用通訊的方式，針對(duì)不同的設(shè)備可以提供不同的通訊協(xié)議接口來(lái)完成信息的采集。[4]可視化監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息可以分成兩個(gè)部分，一個(gè)部分是設(shè)備狀態(tài)信息，一個(gè)是設(shè)備異常事件信息。設(shè)備狀態(tài)信息可以反映出設(shè)備的運(yùn)行信息和運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備異常事件信息可以直接反映設(shè)備中出現(xiàn)的故障和一些外部因素引起的突發(fā)故障信息?？梢暬芸宅F(xiàn)實(shí)模板中的運(yùn)動(dòng)設(shè)備模型可以通過(guò)實(shí)際情況中的設(shè)備進(jìn)行建設(shè)。當(dāng)用戶終端訪問(wèn)時(shí)，就可以將模型數(shù)據(jù)推送到終端。通過(guò)對(duì)可視化監(jiān)控的數(shù)據(jù)成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)又可以細(xì)分為設(shè)備狀態(tài)信息、設(shè)備異常事件信息兩種。其中，設(shè)備狀態(tài)信息又包括設(shè)備傳感器提供的各種運(yùn)行參數(shù)、RFID信息等，是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)的直接表達(dá);設(shè)備異常事件信息則是由各種異常設(shè)備提醒信息構(gòu)成，它指的是設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，由于內(nèi)部、外部環(huán)境變化引起的故障報(bào)警信息，可用于對(duì)故障的發(fā)生原因和解決途徑作出分析。系統(tǒng)需要MQTT 集群分類設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)施監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行技術(shù)支撐，以此獲取監(jiān)控運(yùn)行過(guò)程中，感知層通過(guò)監(jiān)控發(fā)出的運(yùn)動(dòng)、狀態(tài)異常數(shù)據(jù)信息。MQTT集群分類設(shè)計(jì)分為三個(gè)部分，分別為運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)信息以及報(bào)警信息，三個(gè)部分的信息通過(guò)MQTT信息發(fā)布集群進(jìn)行整合、匯總，并最終發(fā)布到系統(tǒng)終端，實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示。

2.3可視化監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

可視化監(jiān)控系統(tǒng)可以在用戶終端完成初始化后，可以對(duì)采集物料的儲(chǔ)存情況和設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和顯示。用戶終端一旦發(fā)生問(wèn)題和出現(xiàn)意外，可以進(jìn)行及時(shí)的排查。這有利于明確問(wèn)題發(fā)生的時(shí)間，具有一定的實(shí)效性。還可以將瞬時(shí)異常的信息添加到故障信息庫(kù)中，以后再遇到同樣的問(wèn)題和故障時(shí)就可以查看以前的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)策。這為維修和預(yù)防問(wèn)題和故障的發(fā)生提供了方便。同時(shí)，在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，可以通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，進(jìn)行實(shí)時(shí)的問(wèn)題故障提示和處理。處理不了的問(wèn)題也可以讓工作人員或者用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)。為了保證信息的快速運(yùn)輸和畫面的連續(xù)性，還為了節(jié)省運(yùn)行的性能，可以每間隔一段時(shí)間就進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每間隔一段時(shí)間就向用戶提供一些數(shù)據(jù)。這樣方便運(yùn)行狀態(tài)可以順暢的顯示，完成企業(yè)服務(wù)器異常信息的獲取和聚集。通過(guò)檢測(cè)監(jiān)控結(jié)果，可以認(rèn)為自動(dòng)化生產(chǎn)線的物聯(lián)網(wǎng)可視化監(jiān)控能夠完成對(duì)產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將運(yùn)行狀態(tài)以數(shù)據(jù)的形式傳達(dá)、顯示給操作人員。對(duì)于出現(xiàn)異常狀態(tài)的部分，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別異常，并對(duì)異常信息進(jìn)行收集和傳送，這些異常數(shù)據(jù)信息可以為后期的異常運(yùn)行診斷工作提供有力的數(shù)據(jù)支持，并對(duì)今后的系統(tǒng)維護(hù)、檢修工作提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.4可視化監(jiān)控運(yùn)行性能的測(cè)試

為了保證可視化監(jiān)控運(yùn)行的良好性能，所以要經(jīng)常開展可視化監(jiān)控運(yùn)行性能的測(cè)試工作。通過(guò)對(duì)性能的測(cè)試可以預(yù)防在運(yùn)行的過(guò)程中容易發(fā)生的問(wèn)題和情況，能夠做到提前預(yù)防和解決。需要模擬不同數(shù)量的用戶進(jìn)行訪問(wèn)，考察服務(wù)器的運(yùn)行速度、運(yùn)行頻率和傳輸文件所需的時(shí)間。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，模擬用戶的數(shù)量雖然逐漸變多，但是代理服務(wù)器的運(yùn)行效率并沒有下降。雖然用戶的數(shù)量對(duì)于代理服務(wù)器的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的傳輸速度有著一定的影響，但是影響的比較小。代理服務(wù)器可以在基本上滿足每位用戶的正常訪問(wèn)和監(jiān)控性能的實(shí)時(shí)需求，每位用戶所占的資源不多，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的處理效率影響的較小。基于此可以得出，基本上可以滿足多用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程的可視化監(jiān)控。

結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)階段傳統(tǒng)制造方式到現(xiàn)代制造方式轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，提出的要求也越來(lái)越高。通過(guò)提出并且設(shè)計(jì)出自動(dòng)化生產(chǎn)線基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可視化監(jiān)控系統(tǒng)，把設(shè)計(jì)的部分和實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合和討論，認(rèn)為這種技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)生活中具有一定的價(jià)值，還可以為其它想法的提出提供實(shí)現(xiàn)的可能性和實(shí)現(xiàn)的方式，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)領(lǐng)域的不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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