基于物聯(lián)網(wǎng)的擠壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

張金

摘要：隨著工業(yè)發(fā)展和智能化生產(chǎn)的逐漸成熟，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，在擠壓機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行中，基于工業(yè)遠(yuǎn)程安全通信模塊和PLC工業(yè)遠(yuǎn)程安全通信技術(shù)，將擠壓機(jī)的液壓系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、機(jī)前操作系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等連接為統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)，為決策提供更加詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料，更加切合實(shí)際的智慧分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)擠壓機(jī)狀態(tài)的系統(tǒng)化、現(xiàn)代化管理，全力確保擠壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的安全運(yùn)行。該文結(jié)合擠壓機(jī)工作中信號(hào)的采集方式、處理方式、遠(yuǎn)程傳輸，依據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果，闡述擠壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；遠(yuǎn)程通信；信號(hào)采集

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）03-0248-02

1 概述

在擠壓機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行過程中，擠壓過程受主缸壓力、擠壓筒溫度、擠壓速度等工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響。在傳統(tǒng)的擠壓機(jī)擠壓生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，往往缺乏對(duì)生產(chǎn)過程工藝參數(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，發(fā)生故障時(shí)，難以迅速排查，設(shè)備運(yùn)行時(shí)各種參數(shù)及工藝也無法實(shí)時(shí)獲取和保存。而對(duì)于單點(diǎn)的監(jiān)控，只有當(dāng)在監(jiān)控的范圍之內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生異常情況時(shí)候，才能發(fā)揮一定的作用。因此，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的擠壓機(jī)生產(chǎn)過程信息綜合管理系統(tǒng)，可同時(shí)采集不同的相關(guān)信息，進(jìn)行有效的提取和傳輸，可以有效實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)高效，從而達(dá)到擠壓機(jī)生產(chǎn)的過程監(jiān)控、強(qiáng)化安全、節(jié)約資源和提高效益的目標(biāo)。

2 搭建擠壓機(jī)信息化監(jiān)控中心

搭建擠壓機(jī)信息化監(jiān)控中心，主要分為感知層、傳輸層以及應(yīng)用層三個(gè)部分。

2.1 感知層

溫度傳感器、速度傳感器、壓力傳感器等其他多種傳感器是感知層的構(gòu)成。傳感器是可以感受到被測(cè)量信息的檢測(cè)裝置。為了滿足擠壓機(jī)生產(chǎn)信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)擠壓機(jī)生產(chǎn)過程自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制等要求，傳感器按一定的規(guī)律，將檢測(cè)感受到的信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或者其他形式的信息輸出，滿足對(duì)信息顯示、傳輸、記錄和存儲(chǔ)等要求。

在擠壓生產(chǎn)中應(yīng)用到的傳感器，負(fù)責(zé)將擠壓筒溫度、主缸壓力、擠壓速度等關(guān)乎擠壓機(jī)的擠壓生產(chǎn)參數(shù)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)感知、量化后傳輸?shù)轿鏖T子PLC電氣控制系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)記錄，并結(jié)合產(chǎn)品的特性、現(xiàn)場(chǎng)工作人員的經(jīng)驗(yàn)，不斷調(diào)整生產(chǎn)的參數(shù)模型，將參數(shù)調(diào)整到最適合擠壓生產(chǎn)所需的狀態(tài)。

2.2 傳輸層

無線通信是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。在擠壓機(jī)監(jiān)控管理中心與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的信息交換，大部分通過無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)擠壓機(jī)設(shè)備與監(jiān)控中心距離一般會(huì)在5km以上，有的甚至?xí)^10km，通過無線通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不但節(jié)省了成本，而且還可以有效地保證遠(yuǎn)程通信的便捷與可靠。

無線通信信號(hào)是屬于一種電磁波信號(hào)，具有波的特性。利用無線進(jìn)行通信時(shí)，主要考慮通信干擾和通信距離兩個(gè)因素。

無線通信產(chǎn)品受到的干擾，主要來自于三方面：

1）供電電源的穩(wěn)定性。在進(jìn)行無線通信時(shí)，供電電源要從交流的220V轉(zhuǎn)變成直流的24V，實(shí)際輸出值須在24V上下小范圍內(nèi)波動(dòng)，以保證無線通信模塊在工作時(shí)電源達(dá)到穩(wěn)定。

2）通信線的屏蔽能力。PLC和無線模塊兩個(gè)通信接口之間的通信線，必須要能夠屏蔽外來信號(hào)的干擾，使得無線信號(hào)免受干擾。

3）同頻干擾。無線通信中，同頻信號(hào)必定會(huì)受到干擾。降低同頻干擾的可能性的方法就是減小帶寬。

擠壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心與現(xiàn)場(chǎng)無線通信系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示：

針對(duì)擠壓機(jī)智能化設(shè)備以及監(jiān)控中心的需求，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)在線診斷、實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作、實(shí)時(shí)在線監(jiān)控等功能。系統(tǒng)的SCADA拓?fù)鋱D如圖2所示。

可編程邏輯控制器PLC從現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備采集到信息，經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主機(jī)，再經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)連接到擠壓機(jī)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC的程序訪問，可以完成在線診斷和上下載程序的功能，節(jié)省了施工成本，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息化管理和物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化。同時(shí)，監(jiān)控中心到現(xiàn)場(chǎng)的每一個(gè)站點(diǎn)在讀寫程序上支持OPC協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)端服務(wù)器執(zhí)行的云計(jì)算。

通過該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)擠壓機(jī)的主缸壓力、擠壓筒溫度、擠壓速度的遠(yuǎn)程監(jiān)控，具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1）應(yīng)用遠(yuǎn)程通信模塊，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)的轉(zhuǎn)變，可以對(duì)每一層數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查監(jiān)控，并且支持S-Link協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2）S-Link協(xié)議是工業(yè)數(shù)據(jù)在Internet中傳輸過程中，基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議不通用性，對(duì)廣域網(wǎng)傳輸所開發(fā)的一種協(xié)議。該協(xié)議采用RSA算法，利用公鑰和私鑰結(jié)合的方式進(jìn)行加密，確保了工業(yè)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的真實(shí)性。

3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的所有變量均在一個(gè)局域網(wǎng)中，滿足工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求，因此，該系統(tǒng)采用VLAN技術(shù)，提高工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)擠壓機(jī)監(jiān)控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)擠壓機(jī)設(shè)備進(jìn)行信息化管理，是在搭建完畢感知層、傳輸層，大量數(shù)據(jù)采集和匯總之后，顯示現(xiàn)場(chǎng)擠壓機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)信息。

1）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能：擠壓機(jī)設(shè)備的主缸壓圖、擠壓筒溫度、擠壓速度等信息，可集中到可編程控制器中的信息，均可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

2）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：接在PLC上的設(shè)備，通過該系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程啟停。

3）報(bào)警功能：擠壓機(jī)監(jiān)控中心對(duì)存儲(chǔ)在服務(wù)器中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息進(jìn)行建立參數(shù)預(yù)警保障機(jī)制，可以實(shí)時(shí)顯示擠壓機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也可以將報(bào)警數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成報(bào)表導(dǎo)出，支持打印輸出。

3 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)的擠壓機(jī)傳感器采集技術(shù)、無線遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)、組態(tài)二次開發(fā)技術(shù)以及串口無線通信技術(shù)、PLC邏輯控制技術(shù)而搭建起來的擠壓生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，為決策提供了更加詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)高效的遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到擠壓機(jī)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、強(qiáng)化安全、節(jié)約資料和提高效益的目標(biāo)，提升了擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量和擠壓生產(chǎn)工藝，在其他相關(guān)領(lǐng)域的監(jiān)控具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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