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摘 要：从 20 世纪被学者提出物联网这个概念后,物联网就成为信息产业在互联网之后的第三次发展。生产制造里的电 子系统以及机械设备随着时间的变长,必然会发生故障,在过去,故障检测技术往往在出现故障后才对系统以及设备进行检测 与诊断,却并没有将预测性考虑在内,也不存在对数据的实时采集,无法对设备的关键参数状态进行即时的反馈与监控。因 此,本篇文章以物联网模型为基础建立系统方案,从理论层面入手,让传感器技术得以更好地应用于数据采集中。
Design and Research of Equipment Monitoring System Based on Industrial Internet of Things
LONG Yunhong, XU Feng, ZHENG Haibo, GUO Jialiang
(Guangdong Energy Group Guizhou Co., Ltd., Guiyang Guizhou 550001)
【Abstract】： Since the concept of the Internet of Things was proposed by scholars in the 20th century, the Internet of Things has become the third development of the information industry after the Internet . Electronic systems and mechanical equipment in production and manufacturing are bound to fail as time goes by. In the past, fault detection technology often detected and diagnosed the system and equipment after the failure, but it did not take predictability into account, and there is no real-time collection of logarithmic data, so it is impossible to conduct real-time feedback and monitoring on the key parameter status of the equipment. Therefore, this article establishes a system scheme based on the Internet of Things model, starting from the theoretical level, so that sensor technology can be better applied to data collection.
【Key words】： industrial Internet of Things;equipment monitoring;wireless transmission;sensor technology
0 引言
近些年来,我国的生产力不断得到提升, 其间应用 的科技水平也得到飞速发展,企业将互联网信息技术和 工业自动化技术进行融合,就变成了新兴的工业信息 化。采集、传输数据时运用物联网传感技术,即可形成 设备的区域网络。要想在客户端显现出智能制造,最重 要的一点就是将数据、计划等利用可视化监控系统显现 出来。
1 预测性设备维护的主要概念
要想让设备综合效率得到一定地提升,同时让设备 的生命周期费用有所下降,需要设备管理信息化处理。
预测性维修(PDM) 的根本是基于设备的实时状态,为 了诊断设备的即时健康状况,需要用到故障诊断手段以 及状态检测手段,但是现在的预防性维修却是随时可以 发生的,只要实时发现了故障就可以立即进行维修 [1]。 但这样的维修方式需要将设备的实时信息进行采集并传 输,对设备的运行状态需要进行实时掌握。
2 系统需求分析与系统设计
2.1 系统需求分析
将客户对产品形成的最终形态的期望初步转化成系 统开发要求,被称为系统需求分析。这里需要重点注意 初步转化几个字,这是因为在当前的阶段里,绝不可能将所有的需求问题都进行解决。在构思产品性能方面, 客户的来源主要是两方面,一方面是对部分业务总结后 得到的需求;另一方面则是针对市场产品的调研,本篇 文章的来源就是前者 [2]。事实上,设备监控系统运用的 电子系统以及机械设备通常都是大型的,其管理系统方 面主要是针对运行状态或者维修状态。至于功能方面的 分析,要按照需要做的业务流程去进行划分,具体要求 如表 1 所示。
2.2 系统总体设计
依照系统的要求,本篇文章所分析与研究的是设 备监控系统,其是建立在物联网的基础之上的。要完 成该系统需要涉及两项关键技术：物联网(Internet of Things) 技术和设备预测性技术(Predictive Preventive Maintenance,PDM),如图 1 所示。
2.3 系统功能模块设计
系统整体方案一共包含了 3 个部分, 第一部分是感 知层,这一层主要是采集设备关键部分的数据,随后将 这些数据做相应的处理,之后再利用互联网将其连接, 最终将这些数据输送至管理端计算机。相关人员只需要 在管理端计算机查看设备的状态信息,依据实时情况进 行故障预测以及维护跟踪即可 [3]。
2.4 系统数据库的设计
在过去,还没有在工厂里运用到以工业物联网为基 础的监控设备系统,本篇文章的研究属于新尝试,因 此要对所有的维护情况以及设备的实时状况都记录下 来。在 E-R 模型的基础上,设备监控系统的数据库将会在 MySQL 里得到生成。本文将实现一个适用的设备维 修管理信息化系统,拟采用浏览器 / 服务器(Brower/ Server,B/S) 架构进行开发, 运用基于 IIS(Internet Information Server) 服务器的 ASP.NET 网站应用程 序,所选择的开发语言是 C#,开发的环境是微软公司 的集成开发环境。
3 设备监控数据的采集与传输
3.1 设备监控数据的采集
设备监控系统里面对数据进行采集的部分通常要运 用到有感知层的传感器网络,而其主要包含了两方面, 一方面是终端传感器;另一方面则是数据采集模块。一 般情况下,前者会将机械设备以及电子设备里面的工作 电压、发射频率等基本检测参数进行收集 [4]。本篇文章 主要以温度传感器为例进行分析与研究。
温度数据采集模块将使用基于 Linux 系统的 Intel 的 Edison 开发板, 同时使用 Node.js 语言进行开发。 感知层开发板的安装和调试是监测数据采集的首要工 作,具体步骤如下。
(1) 下载并安装 Intel 的 Edison 开发板的驱动程序。
(2)下载并更新 Edison 的最新固件版本和 Image 文件。
(3)首先要对 Edison 系统进行初始配置,这里常 用的工具是 Putty。通常这里的连接方式是运用 Serial连接来进行串口连接,然后将其和开发板之间通信。这 里的波特率要设置成 15200.随后将其与 Edison 开 发板系统里面的 Shell 进行连接,连接的方式就是对 “Open”进行点击。
(4)当所有的连接都连上后,就会有命令行窗口被 弹出,这时需要连续两次回车键按压,之后就会发现登 陆提示。将“root”输入其中后点击回车,就能够顺利 到达 Edison 系统中。如果是输入“reboot ota”再点 击回车,就能发现 Edison 有重启的现象,而且有新固 件开始刷写,等一切都成功刷写完,登陆界面就会直接 显示出来了。
(5) 当往输入框中输入“configure_edison–setup” 时,开发板初始配置程序就开始运转了。随着程序的不 断运转, Edison 将会逐渐完善。当后续需要调试开发 时,只需要登陆界面就能够立即使用了。
(6)在开发板上面将连接温度传感器以及 Edison 开发板设置好。除此之外还需要再将传感器的对应管脚 与处于 Edison 开发板上面的 GND 接口以及 3V 接口 进行连接。而且上面的 I/O 接口也要连接,其连接的对 象是传感器的相应信号管脚。
(7)当 Edison 程序在初始设置好之后,再将温度 传感器运行到这之上,就可以直接采集设备的相应温度 参数。
(8)将温度传感器的代码在服务器里面进行编译, 最终就能得到相应的温度数据,而且之后该数据能够在 当地的操控台进行显示。
3.2 设备监控数据的传输
当处于工业物联网模型时,其基础主要是互联网, 其余的物品只不过是其延伸 [5]。所以,在本文的研究里 面,充当数据传输的部分还是互联网。
在本文分析与研究的系统中,设备监控系统在运行 数据传输方案时,最重要的技术是 WiFi 传输技术。以 UDP 协议作为基础的无线连接将在管理端主控机以及 检测端计算机里面顺利建立,而且数据传输也需要依靠 其运行。数据传输的步骤主要为： 当启动了发送端程序 后,远程主机的访问端口和 IP 地址将会运用 UDP 库模 块运转,同时传感器获得的数据会进行打包,按照周期 性将这些数据包发送出去就行 [6]。假如在发送的过程中 出现了失败的情况,就会有异常显示出来,告知消息出 现了错误,而当发送显示成功以后,就会有成功的消息 显示出来。
IPEndPoint 是整个程序最先创建的部分,在发送 端会有套接字被创造出来, IPEndPoint 会和这些套接字直接绑定。当然,这里的套接字模式都要改成监听模 式。假如当程序运行时并未出现数据传入的现象,程序 就会始终处于监听的情况;假如当程序运行时出现了数 据接入的现象,这些数据将会被接收端直接接收,最终 在用户界面体现出来。与此同时,本地数据库也会有数 据表被创建,这是为了将数据完整保存下来。具体的流 程如图 2 所示。
4 结语
当前在机械系统以及电子设备中,常用的故障检测 系统是有一定缺陷的。所以,本篇文章为了能让故障检 测系统得到优化与改善,提出建立在工业物联网基础上 的设备监控系统。运用便利的互联网将这些数据传输到 控制端计算机,随后计算机针对性地分析处理情况,最 终就能对需要预测与评估的机械系统以及电子设备做出 反应。
参考文献
[1] 伯吉斯,希姆贝尔 .预测性维修方法[M] . 国外:金国矿闪, 1996.
[2] 刘涛 .短距离无线通信主要技术与应用[J]. 中国科技投资, 2013(29):212.
[3] 赖鹏 .短距离无线数据传输系统的设计[D].厦门:厦门大学, 2014.
[4] 周建新,邹玲,石冰心.无线网络TCP研究综述[J].计算机研究 与发展,2004(1):53-59.
[5] 王继刚,顾国昌,徐立峰 .可靠 UDP 数据传输协议的研究与 设计[J].计算机工程与应用,2006(15):113-116.
[6] 王超 .基于B/S架构的嵌入式Web远程监控系统的研究与实 现[J].科技资讯,2015(30):11-13.
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