【壓縮機(jī)網(wǎng)】1、引言

　　空壓機(jī)是一種氣體壓縮和輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于礦山、機(jī)械、電子和醫(yī)療等各個(gè)行業(yè)，終端用戶對(duì)運(yùn)行和維護(hù)服務(wù)要求越來越高。面對(duì)客戶新的需求，空壓機(jī)生產(chǎn)制造和售后服務(wù)要改變現(xiàn)狀，需要開發(fā)新的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。目前國(guó)內(nèi)空壓機(jī)的監(jiān)控方式［1-2］的研究尚處于起步階段，仍然停留在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、人工抄表和定時(shí)記錄的方式上，準(zhǔn)確性差、工作效率低和數(shù)據(jù)不全，發(fā)生故障時(shí)描述不清、維修不及時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)將帶來巨大損失。隨著科技的快速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化和信息化水平不斷提高，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟為空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)提供技術(shù)支撐。

　　本文設(shè)計(jì)了一種基于新型3G無線模塊的空壓機(jī)物聯(lián)網(wǎng)方案，監(jiān)控系統(tǒng)分為三個(gè)層次，底層聯(lián)控柜采集到空壓機(jī)組數(shù)據(jù)通過3G無線模塊轉(zhuǎn)成無線信息；通過GRPS或CDMA等各種無線通信方式將無線數(shù)據(jù)傳遞給云服務(wù)器［3-5］；通過存儲(chǔ)、分析和處理，廠商和用戶可以登陸網(wǎng)站遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)空壓機(jī)組運(yùn)行情況，并且通過聊天工具可以在線指導(dǎo)，而不需要到現(xiàn)場(chǎng)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　2、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建

　　整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)分為三個(gè)層次：傳感層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，分別由數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)傳輸終端和云服務(wù)器組成?，F(xiàn)場(chǎng)的空壓機(jī)或聯(lián)控柜的PLC 控制器、各類型傳感器和儀表進(jìn)行通信，快速采集每個(gè)空壓機(jī)單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)成無線傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息感應(yīng)和數(shù)據(jù)采集。通過RS485 接口與3G無線模塊連接；通過3G無線模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)，采用GPRS或CDMA等各種無線通信方式傳輸給云服務(wù)器；云服務(wù)器設(shè)有 SCADA應(yīng)用服務(wù)器、WEB 服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，對(duì)上傳數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和處理，廠商和普通用戶通過物聯(lián)網(wǎng)終端，從監(jiān)控界面能夠?qū)崟r(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)以及各傳感器采集到的現(xiàn)場(chǎng)信息。廠商根據(jù)得到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，及時(shí)為用戶提供警報(bào)、故障遠(yuǎn)程診斷、維修服務(wù)以及預(yù)防性維護(hù)和備品備件管理服務(wù)。用戶也可以聯(lián)網(wǎng)查看，了解機(jī)器的運(yùn)行情況。詳見圖2。

 

　　3、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　整個(gè)系統(tǒng)的三個(gè)層次分別由數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)傳輸終端和云服務(wù)器組成。數(shù)據(jù)采集終端是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的源頭，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的空壓機(jī)組信息，數(shù)據(jù)傳輸終端將根據(jù)預(yù)設(shè)向云服務(wù)器發(fā)送信息包，應(yīng)用層的云服務(wù)器將收到數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理。應(yīng)用層監(jiān)控中心軟件采用B/S 架構(gòu)體系，以SQL SERVER 2008為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層支持各種無線組網(wǎng)方式，采用公網(wǎng)固定的 IP 地址的方式。見圖3。

　　本文使用的控制器是PLC控制器，它采用RS485半雙工通信方式，支持MODBUS標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議。通訊為RS485接口，異步串行，半雙工傳輸。默認(rèn)通訊協(xié)議方式采用ASCII方式：1位起始位，7個(gè)數(shù)據(jù)位，1位停止位， 1位奇偶校驗(yàn)位。采用主從式通信方式，即主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求命令，從機(jī)控制器做出判斷，判斷指令是否滿足通信要求，若滿足就完成主機(jī)指令，并將相應(yīng)的信息反饋給主機(jī)。

　　傳感器信號(hào)的采集

　　按照輸出信號(hào)的特性，空壓機(jī)及機(jī)組所用的傳感器可分為以下幾種類型：1.溫度模擬傳感器。將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)到的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的電信號(hào)。它所采集的信號(hào)需通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D變換實(shí)現(xiàn)狀態(tài)參數(shù)的成功采集。2.電機(jī)電流傳感信號(hào)直接從控制柜遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸獲得。3.壓力傳感器。被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某設(shè)定值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出 1個(gè)無源干接點(diǎn)信號(hào)。

　　網(wǎng)絡(luò)傳輸

　　系統(tǒng)的傳輸層由無線網(wǎng)絡(luò)組成，它將底層現(xiàn)場(chǎng)空壓機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)可靠安全地傳輸?shù)皆品?wù)器，采用GPRS 或CDMA等無線傳輸方式。

　　3D無線模塊將現(xiàn)場(chǎng)采集到的空壓機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)與采集終端的 ID號(hào)和端口號(hào)一起封裝成數(shù)據(jù)包，主要通過GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)把封裝好的數(shù)據(jù)包發(fā)送到云服務(wù)器。云服務(wù)器具有固定IP 地址，用戶可以通過撥號(hào)上網(wǎng)來接收傳輸過來的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。通過解讀和 ID號(hào)判斷數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)來源，經(jīng)過驗(yàn)證，通過則返回1個(gè)應(yīng)答信號(hào)。通過 GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)底層數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用層云服務(wù)器之間就建立了1 條數(shù)據(jù)傳輸渠道。

　　空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過公網(wǎng)進(jìn)行傳輸，因此數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全問題是空壓機(jī)廠商和終端用戶的共同關(guān)注焦點(diǎn)?；跀?shù)據(jù)傳輸可靠性要求，本系統(tǒng)采用通用的TCP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。監(jiān)控系統(tǒng)是通過TCP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的，3G無線模塊作為TCP客戶端的身份與云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中充當(dāng)信息傳輸?shù)臉蛄海品?wù)器可以與多臺(tái)客戶端相連，實(shí)現(xiàn)1對(duì)多的信息交互。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　采用SQL SERVER 2008數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)大容量實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)的入庫(kù)、檢索、查詢、運(yùn)算，支持用戶遠(yuǎn)程登陸后的數(shù)據(jù)檢索、查詢和應(yīng)用。

　　4、系統(tǒng)功能模塊

　　本系統(tǒng)采用了多角色多用戶權(quán)限設(shè)置，如表1所示，主要包括5個(gè)模塊: 維保管理、運(yùn)營(yíng)管理、監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)管理。

　　5、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果

　　實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置監(jiān)控，能監(jiān)控空壓機(jī)在百度地圖上的位置，見圖4。

　　通過干接點(diǎn)采集傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以采集視頻數(shù)據(jù)，并通過 3G 或以太網(wǎng)把這些數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器。能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線視頻監(jiān)控，能遠(yuǎn)程操控空壓機(jī)，見圖5。

　　圖6為維保計(jì)劃表，根據(jù)維保計(jì)劃，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，并通過信息告知有權(quán)責(zé)任人。

　　從系統(tǒng)我們可以觀察到空壓機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行的信息，并能對(duì)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見圖7、8。

 

　　為保證機(jī)器的安全性，用優(yōu)盾對(duì)有權(quán)人進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，見圖9。

　　6、結(jié)束語

　　通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建、系統(tǒng)功能模塊劃分以及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立等設(shè)計(jì)，3G 無線模塊通過與 PLC 交換數(shù)據(jù)把空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)通過無線中繼模塊經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)器中，用戶可通過登陸服務(wù)器地址遠(yuǎn)程監(jiān)控空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使在客戶終端的每臺(tái)空壓機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)與生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持等管理和服務(wù)功能。能夠極大地提高效率，保證了空壓機(jī)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

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來源：■文/梅堅(jiān)