基于自動化生產(chǎn)線的物聯(lián)網(wǎng)可視化監(jiān)控系統(tǒng)

范景池

摘要：目前在全自動化的生產(chǎn)線上，出現(xiàn)了很多問題。比如設(shè)備故障報警、產(chǎn)品料倉儲存的狀態(tài)和其他因素導致的因素等可視化監(jiān)控的問題。針對這些問題要討論出解決的方法，由此就提出并且設(shè)計了一種可視化監(jiān)控系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的運行可以使用戶更直觀、更快速地對生產(chǎn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)運輸進行監(jiān)控。本文基于自動化生產(chǎn)線的物聯(lián)網(wǎng)可視化監(jiān)控系統(tǒng)進行分析，得出幾點結(jié)論供參考。

關(guān)鍵詞：自動化生產(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)濟也在不斷激烈發(fā)展。對于現(xiàn)階段來說，傳統(tǒng)的制造企業(yè)已經(jīng)慢慢隨著現(xiàn)代制造企業(yè)進行轉(zhuǎn)型。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，MQTT（消息隊列遙測傳輸）作為一項新技術(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)展中具有重要的價值。

1、可視化監(jiān)控的模型框架

1.1感知層

感知層可以實現(xiàn)對自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)設(shè)備的采集工作。通過傳感網(wǎng)絡(luò)，可以將各個傳感器和加工運輸設(shè)備等連接到一起，這樣可以實現(xiàn)信息的互相交流和共享。通過設(shè)計集成控制系統(tǒng)，可以滿足對集成生產(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)，一個是設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，一個是瞬時異常狀態(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)可以通過傳輸層進行數(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)膶嵭?，系統(tǒng)要做一個協(xié)調(diào)和審計，可以采用輕量級的MQTT物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對信息數(shù)據(jù)進行實時推送。[2]MQTT可以在最快的時間內(nèi)把信息數(shù)據(jù)推動到訂閱端上，通過MQTT代理服務(wù)器進行發(fā)布。但是在發(fā)布的過程中，會將瞬時異常的信息數(shù)據(jù)也同時發(fā)送出去，另一方面將運行故障的狀態(tài)發(fā)送到終端上。用戶在終端上通過密碼可以獲取信息，這樣就可以實現(xiàn)模型的可視化運作監(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)用層進行解碼分析，然后將數(shù)據(jù)信息保存在數(shù)據(jù)庫中。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Web的終端訪問到企業(yè)的服務(wù)器，這樣用戶終端就可以通過訪問數(shù)據(jù)來完成對數(shù)據(jù)的分析。在可視化的界面中，通過不同模型訂閱的不同類型的數(shù)據(jù)，來實現(xiàn)模型之間的交流和運轉(zhuǎn)。當發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，可以盡快地報警。對于存在數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡(luò)連接異常等問題，也可以及時發(fā)布通知，并且嘗試自主處理。

2、系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1硬件設(shè)計與組成

硬件主要由運輸加工設(shè)備、環(huán)境參數(shù)傳感器、料倉保護裝置等組成的。糧倉保護裝置主要包含了氣動安全門、物料儲存料倉等。在進行控制的過程中，對于需要采集信號的部分和控制設(shè)備對應(yīng)的系統(tǒng)，可以對信號的采集進行實現(xiàn)。設(shè)備硬件組成分為三個部分，運輸加工設(shè)備、保護儲存設(shè)備、還有環(huán)境傳感器和RFID。其中，運輸加工設(shè)備可以分成工業(yè)機器人、加工機床、設(shè)備輔助，這些可以實現(xiàn)對機器人系統(tǒng)的控制和機床數(shù)控系統(tǒng)的控制。保護、儲存設(shè)備可以實現(xiàn)對于料倉、外圍護罩、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的RFID，從而實現(xiàn)對于RFID感知系統(tǒng)的控制。

2.2軟件設(shè)計

軟件設(shè)計又可以分成硬件通訊與信息數(shù)據(jù)采集設(shè)計、可視化監(jiān)控顯示模塊組成設(shè)計、MATT集群分類設(shè)計和MQTT發(fā)布數(shù)據(jù)與可視化顯示模型映射。一般來說，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，針對不同的設(shè)備可以提供不同的通訊協(xié)議接口來完成信息的采集。[4]可視化監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息可以分成兩個部分，一個部分是設(shè)備狀態(tài)信息，一個是設(shè)備異常事件信息。設(shè)備狀態(tài)信息可以反映出設(shè)備的運行信息和運行狀態(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)實模板中的運動設(shè)備模型可以通過實際情況中的設(shè)備進行建設(shè)。當用戶終端訪問時，就可以將模型數(shù)據(jù)推送到終端。通過對可視化監(jiān)控的數(shù)據(jù)成分進行分析，發(fā)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)又可以細分為設(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行參數(shù)、RFID信息等，是對系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)的直接表達;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)備在運行過程中，由于內(nèi)部、外部環(huán)境變化引起的故障報警信息，可用于對故障的發(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)計對實施監(jiān)控設(shè)備進行技術(shù)支撐，以此獲取監(jiān)控運行過程中，感知層通過監(jiān)控發(fā)出的運動、狀態(tài)異常數(shù)據(jù)信息。MQTT集群分類設(shè)計分為三個部分，分別為運動參數(shù)監(jiān)測、運行狀態(tài)信息以及報警信息，三個部分的信息通過MQTT信息發(fā)布集群進行整合、匯總，并最終發(fā)布到系統(tǒng)終端，實現(xiàn)報警提示。

2.3可視化監(jiān)控的實現(xiàn)

可視化監(jiān)控系統(tǒng)可以在用戶終端完成初始化后，可以對采集物料的儲存情況和設(shè)備運行情況進行實時的監(jiān)控和顯示。用戶終端一旦發(fā)生問題和出現(xiàn)意外，可以進行及時的排查。這有利于明確問題發(fā)生的時間，具有一定的實效性。還可以將瞬時異常的信息添加到故障信息庫中，以后再遇到同樣的問題和故障時就可以查看以前的經(jīng)驗和對策。這為維修和預防問題和故障的發(fā)生提供了方便。同時，在進行實時監(jiān)控時，可以通過對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，進行實時的問題故障提示和處理。處理不了的問題也可以讓工作人員或者用戶及時發(fā)現(xiàn)。為了保證信息的快速運輸和畫面的連續(xù)性，還為了節(jié)省運行的性能，可以每間隔一段時間就進行數(shù)據(jù)傳輸，每間隔一段時間就向用戶提供一些數(shù)據(jù)。這樣方便運行狀態(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。通過檢測監(jiān)控結(jié)果，可以認為自動化生產(chǎn)線的物聯(lián)網(wǎng)可視化監(jiān)控能夠完成對產(chǎn)線運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，并將運行狀態(tài)以數(shù)據(jù)的形式傳達、顯示給操作人員。對于出現(xiàn)異常狀態(tài)的部分，系統(tǒng)可以自動識別異常，并對異常信息進行收集和傳送，這些異常數(shù)據(jù)信息可以為后期的異常運行診斷工作提供有力的數(shù)據(jù)支持，并對今后的系統(tǒng)維護、檢修工作提供堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.4可視化監(jiān)控運行性能的測試

為了保證可視化監(jiān)控運行的良好性能，所以要經(jīng)常開展可視化監(jiān)控運行性能的測試工作。通過對性能的測試可以預防在運行的過程中容易發(fā)生的問題和情況，能夠做到提前預防和解決。需要模擬不同數(shù)量的用戶進行訪問，考察服務(wù)器的運行速度、運行頻率和傳輸文件所需的時間。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)器的運行效率并沒有下降。雖然用戶的數(shù)量對于代理服務(wù)器的運行和數(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和監(jiān)控性能的實時需求，每位用戶所占的資源不多，對于網(wǎng)絡(luò)的處理效率影響的較小?；诖丝梢缘贸?，基本上可以滿足多用戶進行遠程的可視化監(jiān)控。

結(jié)語

在現(xiàn)階段傳統(tǒng)制造方式到現(xiàn)代制造方式轉(zhuǎn)型的過程中，提出的要求也越來越高。通過提出并且設(shè)計出自動化生產(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)計的部分和實際情況進行結(jié)合和討論，認為這種技術(shù)在實際生產(chǎn)生活中具有一定的價值，還可以為其它想法的提出提供實現(xiàn)的可能性和實現(xiàn)的方式，促進物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)領(lǐng)域的不斷發(fā)展。

參考文獻

[1] 袁超. 基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自動化監(jiān)控的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 數(shù)碼世界， 2019， 000（009）：122.

[2] 周曉舸， 黃金舫， 朱俊杰，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鋼鐵物流可視化跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)[C]// 中國計量協(xié)會冶金分會會暨能源計量與綠色冶金論壇. 0.

[3] 孟帥， 仲梁維， 陳彩鳳. 基于物聯(lián)網(wǎng)的機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 軟件導刊， 2018， 017（003）：114-116，120.