一種基于工業(yè)4.0的多參數(shù)糧情檢測(cè)系統(tǒng)*

馮 浩 謝 鵬 趙小軍 蔣雪梅 姜祖新

(中儲(chǔ)糧成都儲(chǔ)藏研究院有限公司 610091)

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

糧情檢測(cè)系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)對(duì)儲(chǔ)糧生態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析的系統(tǒng)。目前的系統(tǒng)存在功能單一、兼容性差、擴(kuò)展能力差、智能化水平低等主要問(wèn)題，架構(gòu)缺乏系統(tǒng)性的考慮。不同廠家、不同種類的糧情數(shù)據(jù)很難在一個(gè)系統(tǒng)中融合，不同傳感器和機(jī)電設(shè)備接入系統(tǒng)的集成難度大、兼容差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一體化采集、控制與傳輸，已不適應(yīng)新的需求。

本文實(shí)現(xiàn)的糧情檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)在工業(yè)4.0體系結(jié)構(gòu)下的信息物理系統(tǒng)，依靠部署在現(xiàn)場(chǎng)的異構(gòu)傳感器通用接入硬件平臺(tái)及一體機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種糧情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知，協(xié)同控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，基于此基礎(chǔ)平臺(tái)構(gòu)建的智能化糧情檢測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)演化和升級(jí)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析傳感器數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，準(zhǔn)確提取糧情特征，形成一個(gè)可在線擴(kuò)展、在線維護(hù)的糧情檢測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)，其核心是可在線兼容各種異構(gòu)傳感器和設(shè)備，具有高度在線可擴(kuò)展性。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用自動(dòng)演化思想，將系統(tǒng)劃分為四大子系統(tǒng)：①前端糧倉(cāng)通用接入硬件平臺(tái)及一體機(jī)設(shè)備；②糧庫(kù)監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)；③后臺(tái)數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)；④糧情大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺(tái)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前端通用硬件平臺(tái)及一體機(jī)設(shè)備1個(gè)倉(cāng)房安裝1套，負(fù)責(zé)根據(jù)用戶需要接入不同的傳感器和機(jī)電控制設(shè)備；其設(shè)計(jì)采用工業(yè)4.0思想，將各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器和機(jī)電設(shè)備映射為獨(dú)立的IP地址，所有設(shè)備均可通過(guò)以太網(wǎng)通信，從而屏蔽了各種傳感器及設(shè)備通信物理層的異構(gòu)性，針對(duì)各種不同設(shè)備通信協(xié)議的異構(gòu)性采用協(xié)議封裝技術(shù)進(jìn)行包裝透明傳輸。此平臺(tái)還可將數(shù)據(jù)同時(shí)推送到不同的數(shù)據(jù)終端，并且允許合法登陸客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備調(diào)試。

后臺(tái)數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件負(fù)責(zé)接收并解析不同傳感器和機(jī)電設(shè)備的數(shù)據(jù)，具有監(jiān)控功能，并將數(shù)據(jù)保存到糧情大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，軟件采用全插件化框架開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)可隨著時(shí)間推移添加并更新最新研制的插件，并可將插件推送到購(gòu)買此項(xiàng)應(yīng)用的糧庫(kù)監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)中。

糧情大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺(tái)是整個(gè)大系統(tǒng)的“智慧產(chǎn)生地”，用于在糧情大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中找出傳感器數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、研制預(yù)測(cè)模型并優(yōu)化報(bào)警配置，并可促進(jìn)新的應(yīng)用和插件的研制，向用戶形成新的高附加值服務(wù)。

糧庫(kù)監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)是安裝在糧庫(kù)本地監(jiān)控室的核心軟件平臺(tái)，其采用全插件框架開(kāi)發(fā)，可通過(guò)自動(dòng)插件升級(jí)適應(yīng)不同的傳感器和機(jī)電設(shè)備的接入，并可通過(guò)授權(quán)下載最新的糧庫(kù)應(yīng)用來(lái)進(jìn)行服務(wù)升級(jí)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 通用硬件平臺(tái)及一體機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

通用硬件平臺(tái)及一體機(jī)包含一個(gè)通用硬件接口平臺(tái)及一臺(tái)一體機(jī)設(shè)備，如圖2所示。

圖2 通用硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

通用硬件接口平臺(tái)負(fù)責(zé)根據(jù)用戶需要接入不同的傳感器和機(jī)電控制設(shè)備，其設(shè)計(jì)采用物聯(lián)網(wǎng)思想，將各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器和機(jī)電設(shè)備映射為獨(dú)立的IP地址，所有設(shè)備均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，屏蔽了各種糧倉(cāng)傳感器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信物理層的異構(gòu)性，并且采用通信協(xié)議二次封裝技術(shù)對(duì)不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝透明傳輸，方便未來(lái)現(xiàn)場(chǎng)新型傳感器或設(shè)備的快速部署；在兼顧糧情本地監(jiān)控的同時(shí)還可將數(shù)據(jù)同時(shí)推送到不同的數(shù)據(jù)中心，形成可適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的糧情大數(shù)據(jù)信息源節(jié)點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)一體機(jī)設(shè)備采用一體化工控機(jī)，運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序采用框架結(jié)構(gòu)及插件模式，開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序具有很強(qiáng)的可靠性、靈活性及兼容性，實(shí)現(xiàn)糧情數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)可視化顯示與系統(tǒng)配置及高速、靈活的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，軟件具有在線升級(jí)功能。

3.2 糧庫(kù)監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)

糧庫(kù)監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)是用戶使用的軟件平臺(tái)，其采用全插件框架開(kāi)發(fā)，通過(guò)自動(dòng)插件升級(jí)適應(yīng)不同的傳感器和機(jī)電設(shè)備的接入，同時(shí)可遠(yuǎn)程向數(shù)據(jù)中心成功申請(qǐng)授權(quán)后下載最新的糧情應(yīng)用來(lái)進(jìn)行在線升級(jí)，如圖3所示。

圖3 監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)

3.3 后臺(tái)數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)

后臺(tái)數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)為安裝在數(shù)據(jù)中心的軟件平臺(tái)，負(fù)責(zé)接收并解析各個(gè)糧庫(kù)不同糧倉(cāng)發(fā)送過(guò)來(lái)的透明傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用全插件化框架開(kāi)發(fā)，一個(gè)插件可對(duì)應(yīng)不同的糧倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在單位數(shù)據(jù)中心內(nèi)就可遠(yuǎn)程監(jiān)控糧庫(kù)內(nèi)的全部數(shù)據(jù)信息，并且可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行透明傳輸模式下的遠(yuǎn)程調(diào)試和維護(hù)工作，形成所內(nèi)維護(hù)中心；同時(shí)單位內(nèi)研發(fā)的各種新應(yīng)用軟件，以此平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用發(fā)布；將糧庫(kù)數(shù)據(jù)保存到糧情大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，形成單位內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心。如圖4所示。

圖4 后臺(tái)數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)

3.4 糧情大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺(tái)

糧情大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺(tái)用于在糧情大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中找出傳感器數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、研制預(yù)測(cè)模型并優(yōu)化報(bào)警配置，并可促進(jìn)新的應(yīng)用和插件的研制，向用戶形成新的高附加值服務(wù)，并通過(guò)“數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)”向用戶進(jìn)行發(fā)布。

4 結(jié)論

系統(tǒng)采用通用的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)，升級(jí)前端傳感器和設(shè)備不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響，只需要開(kāi)發(fā)固定接口插件動(dòng)態(tài)鏈接，數(shù)據(jù)和維護(hù)中心都是插件體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的，系統(tǒng)功能擴(kuò)展只需要更換或添加不同的動(dòng)態(tài)連接塊，具有很好的可擴(kuò)展性。

采用通用化的前端系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝、升級(jí)不同傳感器或設(shè)備的集成過(guò)程將標(biāo)準(zhǔn)化，后臺(tái)中心在線設(shè)備調(diào)試功能，具有很好的可維護(hù)性。

系統(tǒng)提供基于歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘工具，找出未被發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系、研制預(yù)測(cè)模型和優(yōu)化配置信息。形成一個(gè)可持續(xù)化的智能化演化系統(tǒng)，可長(zhǎng)時(shí)間為用戶產(chǎn)生價(jià)值。