基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的煉鋼機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程集控管理系統(tǒng)

王志明

（承德承鋼工程技術(shù)有限公司，河北 承德 067001）

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，將傳感器等控制設(shè)備接入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中完成對機(jī)械設(shè)備的管理，已經(jīng)成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢。為推進(jìn)工業(yè)的智能化發(fā)展模式，構(gòu)建高效的數(shù)據(jù)采集和功能管理使能平臺，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念由此提出，其原理是在計算機(jī)技術(shù)和生產(chǎn)之間完成了信息化的轉(zhuǎn)變，更進(jìn)一步的加速了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟發(fā)展。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)與物聯(lián)網(wǎng)通信結(jié)合的優(yōu)勢，其涉及的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，在重型工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、航天事業(yè)和交通運輸?shù)葒谊P(guān)鍵行業(yè)領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用。中國作為一個制造業(yè)大國，現(xiàn)階段以重工行業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)支柱逐步地形成了自動化與信息化的生產(chǎn)架構(gòu)體系，但是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺建設(shè)方面仍處在初級階段，其技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)和綜合能力相對較弱，涵蓋整個行業(yè)的平臺仍未完成。我國現(xiàn)階段運用較多的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺包括航天云INDICS 平臺和浪潮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺兩大類，基本上都是屬于直接在設(shè)備管理和應(yīng)用控制上完成結(jié)合。但對于大多數(shù)重工行業(yè)尤其是煉鋼產(chǎn)業(yè)，為防止大型事故對人力物力的損失其機(jī)械設(shè)備往往離控制中心較遠(yuǎn)，而傳統(tǒng)管控系統(tǒng)對遠(yuǎn)距離的設(shè)備集中控制上存在較多耦合性，無法打破煉鋼廠機(jī)械設(shè)備在內(nèi)部位置較偏的管控問題，基于此本文展開對煉鋼機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)的研究，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運用下，解決遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)輸送產(chǎn)生的時延問題，提高管理的工作效率。

1 設(shè)計計量集成電路

計量專用的集成電路一般由六個二階式或者四階式轉(zhuǎn)換A/D形式組成。由于集成電路中不只含有一組電路，因此在電壓選擇上需要安裝轉(zhuǎn)換電阻來實現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)低壓的控制。集成電路在完成信息收集時必須同時具備兩個以上的有源件，按照相互連接的方式走三維配置路線，即一個有源件不能在同一組傳統(tǒng)電路中重復(fù)出現(xiàn)[1]。其次是確定用來制造集成電路的電子元件需要安裝類似幾何模式的傳導(dǎo)材料，其位置根據(jù)轉(zhuǎn)換電阻的功率大小來布局，具體電路設(shè)計如圖1所示。

圖1 計量集成電路

如圖所示在電路中設(shè)置了多個計量參數(shù)和校表參數(shù)，每個參數(shù)不能超過16。將幾何SPI串口的電阻功率大小設(shè)置在8～14歐之間，使得兩個參數(shù)能夠在SPI電阻之間相互傳遞輸入端和輸出端的信號。放置電阻前的為參考電壓線，電阻后為另一側(cè)的是數(shù)字信號處理電路，通過測量電路的數(shù)字信號中有功功率大小和因數(shù)變化，按照A/D轉(zhuǎn)換形成所需的集成數(shù)據(jù)即可。

2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)定C/S結(jié)構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中包含多個網(wǎng)關(guān)管理模塊，每個模塊主導(dǎo)的管理內(nèi)容各不相同，其中C/S結(jié)構(gòu)作為整個網(wǎng)絡(luò)中最重要的管理窗口，可以直接實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的第一觀測。因此在設(shè)定該結(jié)構(gòu)模塊時需要包含以下兩個功能部分：一是設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控和管理，主要是對設(shè)備的運行狀態(tài)完成實時監(jiān)控，以及設(shè)備工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息完成采集等，該功能中最重要的是及時了解設(shè)備何時需要更新，防止老舊模塊對生產(chǎn)的影響。二是設(shè)備的節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理，對傳感器產(chǎn)生的節(jié)點數(shù)據(jù)實時完成查詢列表建設(shè)，對重復(fù)和空白的節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除和修改工作，并針對歷史的數(shù)據(jù)設(shè)定儲存和調(diào)取功能，可以完成不同時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)查詢工作[2]。其中該結(jié)構(gòu)需要設(shè)置一個過期數(shù)據(jù)的定期清理功能，防止內(nèi)存過大引起處理速度減緩現(xiàn)象，在一定時間內(nèi)如果機(jī)械設(shè)備為完成更新板塊的回溯功能，可以對歷史數(shù)據(jù)發(fā)出刪除命令完成內(nèi)存的釋放。在此模式下完成對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)C/S結(jié)構(gòu)的設(shè)定后，可以采用RFID技術(shù)完成設(shè)備遠(yuǎn)程的集中管控。

3 RFID技術(shù)完成設(shè)備遠(yuǎn)程的集中管控

利用互聯(lián)網(wǎng)感知層RFID技術(shù)，能改變機(jī)械設(shè)備銘牌標(biāo)識的方式實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)確識別，為自動化集中管理奠定基礎(chǔ)。機(jī)械設(shè)備一般包含身份ID、運行狀態(tài)和性能與安全生產(chǎn)等關(guān)鍵信息，此類信息數(shù)據(jù)可以在電子標(biāo)簽的設(shè)定下及時儲存和更新。該技術(shù)下生成的電子標(biāo)簽信息具有存儲和更新特點，能確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息與機(jī)械設(shè)備相匹配，減少信息的誤記率實現(xiàn)簡單快速的管理工作。除此之外煉鋼廠的數(shù)據(jù)信息不具備保密協(xié)議的設(shè)定，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件可以在整合之后直接向遠(yuǎn)端控制中心完成輸送，沒有重新對數(shù)據(jù)上碼或加符號等復(fù)雜環(huán)節(jié)。RFID技術(shù)應(yīng)用的原理關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的智能回傳，即在機(jī)械設(shè)備通過匹配好的儀器連入互聯(lián)網(wǎng)中，可以按照協(xié)議的設(shè)定將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)依次排列在消息傳輸樞紐上，互聯(lián)網(wǎng)的上層模塊可以以訂閱的方式讀取數(shù)據(jù)[3]。在被標(biāo)識的設(shè)備上可以直接讀取其身份電子信息，將每個傳輸回來的數(shù)據(jù)按照對象ID進(jìn)行分類，根據(jù)每個信息內(nèi)的數(shù)據(jù)按照文件大小進(jìn)行統(tǒng)一管控，完成遠(yuǎn)距離設(shè)備的集中控制。由此在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和RFID技術(shù)的作用下完成軟件設(shè)計。

4 實驗論證分析

4.1 測試環(huán)境搭建

為驗證本文設(shè)計的集控管理系統(tǒng)具有實際的應(yīng)用效果，選取一組傳統(tǒng)系統(tǒng)作為對照進(jìn)行對比實驗，該傳統(tǒng)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的傳輸產(chǎn)生的文件采用排隊下載方式。檢測相同時段下煉鋼機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)大小對傳輸時延的影響。依托室內(nèi)實驗室搭建測試環(huán)境，采用23.54MHz射頻識別模塊，對遠(yuǎn)距離煉鋼機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，通過不同ID號實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的存儲功能，每個數(shù)據(jù)按照內(nèi)存大小進(jìn)行文件排序。將設(shè)置好的數(shù)字標(biāo)簽和USB串口連接，實物如下圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程測試設(shè)備實物圖

如圖所示此次選擇的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點硬件是LPC1970嵌入式芯片，操作頻率能夠?qū)⑸漕l識別模塊的頻率提升5倍。每個煉鋼機(jī)械設(shè)備距離實驗室的距離在5km以上，在測試開始前將傳感器安置在每個煉鋼廠設(shè)備中。搭建完畢后向設(shè)備輸送任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。

4.2 任務(wù)分發(fā)測試結(jié)果分析

通過傳統(tǒng)排隊下載系統(tǒng)與本文設(shè)計的系統(tǒng)對遠(yuǎn)程設(shè)備分發(fā)任務(wù)時的傳輸時延進(jìn)行比較，測試兩種系統(tǒng)性能的差異。在同一工作環(huán)境下，選擇7組不同大小的文件進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)樣本 分 別 為20.58MB、37.65MB、42.32MB、56.12MB、95.27MB、135.68MB、145.23MB。選擇傳感節(jié)點為15個的傳輸時延進(jìn)行比較，具體結(jié)果如下表1所示。

表1 不同系統(tǒng)下對文件的傳輸時延對比結(jié)果（s）

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，采用傳統(tǒng)管控系統(tǒng)下的文件傳輸時延，受數(shù)據(jù)大小影響。當(dāng)文件超過50MB時該系統(tǒng)的時延超過300s，處理速度急速下降。本文系統(tǒng)在選取的數(shù)據(jù)樣本中可以把時延控制在150s之內(nèi)，對文件的傳輸時間起到節(jié)約效果。說明本文設(shè)計的系統(tǒng)能夠縮短遠(yuǎn)程煉鋼設(shè)備的集控管理時間，提高工作效率。

5 結(jié)語

本文在設(shè)計過程中保留原有系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集模式的分類輸送，對影響信息傳輸速度的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了可控刪除，完成了縮短時延的控制效果。實驗結(jié)果表明在本文設(shè)計的系統(tǒng)中，傳輸文件的內(nèi)存大小不會造成時延的劇烈波動，可以控制在150s之內(nèi)，大大提高了集中管控的工作效率。但文本在設(shè)計過程中受時間精力不足影響，無法對可以更新的硬件進(jìn)行及時替換，產(chǎn)生的控制效果會造成一定偏差。后續(xù)研究過程中會分配好自己的時間，對需要更換的硬件設(shè)備及時替換，為煉鋼機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程集控提供更科學(xué)的管理方法。