基于物聯(lián)網(wǎng)空調(diào)器抽真空過程監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

陳 驥 周玉玲 蔡燕君 張 健

（中國電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510860）

前言

空調(diào)裝配線中，在安裝好壓縮機(jī)及冷凝管后，沖注冷媒前，需要對壓縮機(jī)進(jìn)行抽真空，并且檢查管路是否連接正常，是否有出現(xiàn)泄、漏情況，因此需要對空調(diào)器抽真空過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與監(jiān)控，并繪制其過程數(shù)據(jù)曲線，根據(jù)數(shù)據(jù)曲線自動判斷是否合格，是否可以進(jìn)入到下一工序，為了加快空調(diào)裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍，提高設(shè)備利用率和自動化程度，實現(xiàn)數(shù)字化。因此通過把抽真空的過程設(shè)計成環(huán)型線 ，并在環(huán)型線上每個真空工位配置一臺數(shù)據(jù)監(jiān)控儀器，用來采集每臺空調(diào)壓縮機(jī)在抽真空過程的實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)服務(wù)器再通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)采集到每臺監(jiān)控儀上的數(shù)據(jù)。由于生產(chǎn)線上有幾十臺、上百臺空調(diào)同時進(jìn)行抽真空，因此空調(diào)壓縮機(jī)與監(jiān)測系統(tǒng)臺位上的監(jiān)測儀、監(jiān)測儀與真空計、服務(wù)器與監(jiān)測儀都需要進(jìn)行綁定、匹配，服務(wù)器才能通過網(wǎng)絡(luò)把采集的數(shù)據(jù)與具體的空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確對應(yīng)。本文通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把空調(diào)器壓縮機(jī)、監(jiān)測工作臺、監(jiān)測儀進(jìn)行物物互聯(lián)，數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)整個空調(diào)器抽真空過程數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，繪制曲線，自動判斷結(jié)果，保存過程數(shù)據(jù)，便于后續(xù)檢索查詢，為建設(shè)數(shù)字化工廠提供基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

基于物聯(lián)網(wǎng)空調(diào)器抽真空過程監(jiān)測系統(tǒng)主要通過RFID電子標(biāo)簽感應(yīng)器、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)把真空計、監(jiān)測儀、機(jī)械工作臺車進(jìn)行綁定、互聯(lián)，服務(wù)器再通過網(wǎng)絡(luò)實時采集真空過程數(shù)據(jù)并與對應(yīng)的監(jiān)測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，繪制曲線，判斷結(jié)果及保存數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)空調(diào)器抽真空過程中相關(guān)設(shè)備互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)交互，為工廠數(shù)字化打通底層數(shù)據(jù)鏈。因此空調(diào)器抽真空環(huán)型生產(chǎn)線需要在每個運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械工作臺車上安裝RFID感應(yīng)器、監(jiān)測儀、互聯(lián)網(wǎng)AP（網(wǎng)關(guān)），通過RFID感應(yīng)器和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把每個運(yùn)轉(zhuǎn)工作臺車編碼、監(jiān)測儀地址編碼、互聯(lián)網(wǎng)AP的IP地址、端口進(jìn)行對應(yīng)和綁定，最終實現(xiàn)物物之間互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)交互，服務(wù)器再通過網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控抽真空過程數(shù)據(jù)、繪制曲線、保存數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，系統(tǒng)通過內(nèi)嵌過濾函數(shù)，對峰值數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)進(jìn)行二次過濾，最終實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和及時性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在空調(diào)器壓縮機(jī)抽真空環(huán)型監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的選型

由于RFID電子標(biāo)簽需要可擦寫功能，因此感應(yīng)器選用倍加福的IQH1-FP-V1，工作頻率為13.56 MHz，10 cm的讀寫距離，讀取速度能達(dá)到20 ms，RFID電子標(biāo)簽則采用無源標(biāo)簽，方便安裝。

機(jī)械工作臺車上的網(wǎng)關(guān)主要作用是物物之間的數(shù)據(jù)交互，只需要點對點功能，不需要路由功能，并且與監(jiān)測儀是通過有線方式進(jìn)行互通，因此從實際情況出發(fā)，機(jī)械工作臺車上選用TL-WA850N 300M無線AP，TL-WA850N 300M無線AP具有無需配置，即插即用功能，無線傳輸速率最高可達(dá)300 Mbps，減小數(shù)據(jù)擁堵和網(wǎng)絡(luò)延時。而服務(wù)器上需要帶載整個環(huán)型監(jiān)測系統(tǒng)上所有臺車，帶載量大，傳輸速度快，干擾少，因此從傳輸速率、帶載量、傳輸頻率三方面考慮，選用的是TLHDAP1800C-PoE 高密度雙頻無線AP，它具備2.4 GHz和5 GHz雙頻并發(fā)，四個射頻同時接入功能，還能動態(tài)監(jiān)測所處環(huán)境的無線信道，自動選擇適宜信道，避免同頻干擾；功率線性可調(diào)，能有效降低現(xiàn)場AP間相互干擾，從而保證無線通訊穩(wěn)定。獨(dú)立硬件保護(hù)電路，當(dāng)AP工作異常時，無需人工干預(yù)即可自動重啟，保障無線信號穩(wěn)定覆蓋。

2.2 通訊機(jī)制

由于不同設(shè)備、儀器之間通訊協(xié)議、通訊方式、通訊時序都是不一樣，通訊協(xié)議及通訊格式、時序都是由設(shè)備本身供應(yīng)商定制，為了打通底層的數(shù)據(jù)鏈，系統(tǒng)通過在底層采集數(shù)據(jù)塊中增加通訊中間件，通過通訊中間件實現(xiàn)統(tǒng)一通信協(xié)議、統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互格式和交互時序，最終實現(xiàn)物物互聯(lián)互通，物物之間數(shù)據(jù)交互暢通無阻。

2.2.1 統(tǒng)一通信協(xié)議和通信時序：

由于UDP傳輸速度快，傳輸數(shù)據(jù)量大，且在通訊前，不需要進(jìn)行握手連接，直接按通訊格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互就可以，方便使用。UDP沒有擁堵控制機(jī)制，因此在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁堵時，不會降低發(fā)送速率。還支持一對一，一對多，多對多的數(shù)據(jù)交互，它采用的是報文的傳輸方式，通信首部占用字節(jié)少，可以傳輸更大的數(shù)據(jù)量。因此從傳輸速度快，數(shù)據(jù)量方面，UDP通信更有優(yōu)勢。從連接方式、應(yīng)用場合、傳輸速度三方面考慮，最終采用UDP通訊協(xié)議。

通訊時序采用的是服務(wù)器為主，終端為輔，服務(wù)器通過點名方式主動與終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，終端為應(yīng)答端，被動進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

終端通訊流程如圖2，服務(wù)器通訊流程如圖3。

圖2 終端通訊流程圖

圖3 服務(wù)器通訊流程圖

2.2.2 統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互格式：

數(shù)據(jù)交互格式如下：起始碼+地址+命令字+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)串+結(jié)束碼+校驗碼。

起始碼：固定為AAH；

地址：服務(wù)器要巡檢點名的終端地址，兩位的十六進(jìn)制數(shù)00H-FFH；

命令字：兩位的十六進(jìn)制數(shù)00H-FFH；

數(shù)據(jù)長度：表明要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組一共有多少個數(shù)據(jù)，兩位的十六進(jìn)制數(shù)00H-FFH；

數(shù)據(jù)串：通訊數(shù)據(jù)；

結(jié)束碼：固定為66H；

校驗碼：從起始碼到結(jié)束碼不帶進(jìn)位相加后取反。

3 內(nèi)嵌過濾功能的研究

由于UDP是無狀態(tài)的傳輸協(xié)議，因此傳輸速度快，但也正是因為它沒有可靠的控制機(jī)制，在數(shù)據(jù)傳輸時，如果網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不好，會容易出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，因此通過在軟件處理上增加內(nèi)嵌過濾功能，提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性，保證數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性。通過把接收到的數(shù)據(jù)存放到第一組臨時緩沖堆棧中，第一組臨時緩沖堆?？梢源娣?組數(shù)據(jù)組，并且數(shù)據(jù)按接收時間先后順序保存。對存放到第一組臨時緩沖堆棧中的數(shù)組進(jìn)行數(shù)據(jù)排序，通過數(shù)據(jù)排序和對比，過濾掉峰值數(shù)據(jù)。再把已經(jīng)過濾掉峰值的數(shù)據(jù)存放到第二組臨時緩沖堆棧中，第二組臨時緩沖堆棧可以存放3組數(shù)據(jù)組，對存放的數(shù)據(jù)組進(jìn)行兩兩匹配，從而過濾掉異常數(shù)據(jù)，最后對匹配過的數(shù)再進(jìn)行校準(zhǔn)，通過兩次過濾，最終過濾掉異常數(shù)據(jù)和峰值數(shù)據(jù)，保證一定時期內(nèi)數(shù)據(jù)一致性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過利用RFID感應(yīng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)把真空計、空調(diào)壓縮機(jī)、機(jī)械工作臺車、空調(diào)抽真空監(jiān)測儀進(jìn)行綁定、互聯(lián)，打通了底層數(shù)據(jù)鏈，服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控空調(diào)壓縮機(jī)的抽真空監(jiān)測過程，并繪制過程曲線、判斷結(jié)果、保存數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)物物之間互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)交互，為工廠數(shù)字化提供基礎(chǔ)。系統(tǒng)還通過增加內(nèi)嵌過濾函數(shù)，對傳輸過程中產(chǎn)生的峰值數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)進(jìn)行二次過濾，保證空調(diào)器抽真空過程監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和及時性。