探究二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的設(shè)計
點擊次數(shù)：2032 發(fā)布時間：2021-01-08 05:43:23
摘要筆者介紹了二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的設(shè)計。此平臺實現(xiàn)了對二氧化碳流量計設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程維護(hù)以及遠(yuǎn)程報警管理。
前言
隨著社會的高速發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)隨著智能制造不斷地升級換代，工業(yè)窯爐設(shè)備自動化程度得到了飛速提高。在大大減輕了人力的同時，控制系統(tǒng)復(fù)雜程度及設(shè)備本身安全性能化設(shè)計也越來越高。如何提升設(shè)備利用率、加強設(shè)備維護(hù)維修時效性、簡化人工損耗越來越受到各個生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注和重視。設(shè)備的遠(yuǎn)程運行狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運維管理、遠(yuǎn)程報警管理將成為設(shè)備的重要組成部分。
１ 需求
工業(yè)窯爐燒成過程屬于一個時變性、大滯后、多干擾的熱工過程，并衍生出多種多樣的復(fù)雜配套控制系統(tǒng)。一旦窯爐出現(xiàn)復(fù)雜的燒成或工藝故障，若無專家?guī)椭茈y及時排除故障，從而影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，將會帶來不可預(yù)測的損失。二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)視該設(shè)備的運行狀況，并可實現(xiàn)不受空間、時間限制的操控該設(shè)備，從而完成了遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運維管理、遠(yuǎn)程報警管理，為預(yù)防、處理此類故障提供了*大的便利，節(jié)約了時間成本。
２ 平臺架構(gòu)
二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺大致可分為４層。*一層為硬件設(shè)備控制層，*二層為設(shè)備數(shù)據(jù)通訊層，*三層為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸層，*四層為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理層（如圖１所示）。
２．１二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺硬件設(shè)備層
在二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺中，*一層完成了設(shè)備的所有動作性能控制。加熱系統(tǒng)選用泰矽Ｔ７數(shù)顯設(shè)定調(diào)控器控制，集成了ＰＩＤ控溫和ＲＳ４８５通訊功能，配合熱電偶信號反饋，形成閉環(huán)控制，使設(shè)備加熱過程得以精確控溫；傳動系統(tǒng)選用三菱變頻器控制，使回轉(zhuǎn)速度可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)燒成工藝要求進(jìn)行自由調(diào)整；進(jìn)氣系統(tǒng)選用山武ＭＱＶ?jǐn)?shù)字質(zhì)量流量計控制，在物料反應(yīng)或保護(hù)過程中，可以精確控制氣體流量；升降、給出料等系統(tǒng)動作的控制，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可擴(kuò)展性，具有以太網(wǎng)通訊功能，選用西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＰＬＣ控制。
２．２二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺設(shè)備數(shù)據(jù)通訊層
由于工業(yè)窯爐設(shè)備的固有屬性，在設(shè)備現(xiàn)場必須有可靠的監(jiān)視和控制平臺，所以就地設(shè)置了觸摸屏來實現(xiàn)。觸摸屏是人機交互和信息傳輸、反饋的媒介，它實現(xiàn)了信息的內(nèi)部形式與用戶可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。為配合平臺的開發(fā)，選用了ＭＣＧＳ觸摸屏，配有兩個ＲＳ４８５串口和一個１０／１００Ｍ自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。加熱系統(tǒng)的調(diào)功器、傳動系統(tǒng)的變頻器以及進(jìn)氣系統(tǒng)的質(zhì)子流量計通過ＲＳ４８５串口與ＭＣＧＳ觸摸屏通訊，而升降、給出料等系統(tǒng)的ＰＬＣ通過以太網(wǎng)與ＭＣＧＳ觸摸屏通訊，提取設(shè)備所有的數(shù)據(jù)。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)，能夠提供二氧化碳流量計設(shè)備的控制、程序、報警、溫度曲線、報警記錄及數(shù)據(jù)記錄功能，提供更加便捷的人機交互平臺，*大地方便了現(xiàn)場人員對二氧化碳流量計的操控與管理。
２．３二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸層
二氧化碳流量計提取到的全部數(shù)據(jù)，由ＭＣＧＳ觸摸屏利用ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ／ＩＰ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，經(jīng)過工業(yè)級交換機，傳輸給智能網(wǎng)關(guān)，再通過智能網(wǎng)關(guān)上傳至云平臺端的數(shù)據(jù)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)傳輸層選用的ＨＩＮＥＴＭ１１１Ｔ智能網(wǎng)關(guān)，是一個集成多種互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，其包含的３Ｇ、４Ｇ、ＷＩＦＩ、有線網(wǎng)絡(luò)等多種互聯(lián)網(wǎng)接入方式。為設(shè)備的遠(yuǎn)程信息化管理提供高速便捷的安全通訊鏈路，為整個平臺各功能得以實現(xiàn)提供安全可靠的保障和基礎(chǔ)。
２．４二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控層
二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控層通過３Ｇ、４Ｇ、ＷＩＦＩ、有線網(wǎng)絡(luò)等多種方式連接到互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，將本設(shè)備的所有數(shù)據(jù)提取出來，以組態(tài)的形式，將設(shè)備的監(jiān)控畫面呈現(xiàn)在ＰＣ端、移動手機端。同時也實現(xiàn)了對ＰＬＣ等控制器的遠(yuǎn)程程序更新、遠(yuǎn)程故障診斷以及組態(tài)的遠(yuǎn)程連接功能。在監(jiān)控畫面中，可以實時查看到二氧化碳流量計各個溫區(qū)的設(shè)定溫度、實際溫度、轉(zhuǎn)速、進(jìn)料量、出料產(chǎn)量、出料溫度、進(jìn)氣流量、爐內(nèi)壓力等工藝參數(shù)，也設(shè)置有歷史溫度曲線和數(shù)據(jù)報表功能。生產(chǎn)方可以根據(jù)實時的工藝參數(shù)分析出當(dāng)前設(shè)備的運行狀態(tài)，判斷設(shè)備是否正常運行，工藝工程是否符合當(dāng)前要求。根據(jù)歷史曲線、數(shù)據(jù)方便的分析出以往設(shè)備全面的運行狀態(tài)，優(yōu)化工藝過程。監(jiān)控畫面中還設(shè)有報警管理功能，記錄了設(shè)備所有異常狀態(tài)的內(nèi)容、時間以及處理報警的時間，并且能在報警的同時以發(fā)送短信、微信推送等形式，通知相關(guān)人員來進(jìn)行及時的處理。在對于現(xiàn)場人員無法處理，需要修改二氧化碳流量計設(shè)備程序，以及需通過監(jiān)控程序來查找故障原因的情況下，不需要工程師到達(dá)現(xiàn)場，在遠(yuǎn)程就能完成程序的監(jiān)控、故障診斷、上傳和下載，提高處理故障的效率，降低設(shè)備維護(hù)成本。
３ 結(jié)論
筆者通過采用互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)、工業(yè)ＲＳ４８５以及以太網(wǎng)通訊相結(jié)合的系統(tǒng)方式實現(xiàn)了對二氧化碳流量計設(shè)備數(shù)據(jù)安全、快捷的遠(yuǎn)程采集和傳輸。二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)視該設(shè)備的運行狀況，并實現(xiàn)不受空間、時間限制的操控該設(shè)備，完成了遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運行維護(hù)管理、遠(yuǎn)程報警管理，解決了遠(yuǎn)程程序上傳、下載的問題。經(jīng)過調(diào)試、生產(chǎn)證明了平臺的可行性，降低了設(shè)備的售后維護(hù)成本，并*大地提高了設(shè)備商的服務(wù)效率和質(zhì)量，為設(shè)備安全正常運行提供了多重保障。
前言
隨著社會的高速發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)隨著智能制造不斷地升級換代，工業(yè)窯爐設(shè)備自動化程度得到了飛速提高。在大大減輕了人力的同時，控制系統(tǒng)復(fù)雜程度及設(shè)備本身安全性能化設(shè)計也越來越高。如何提升設(shè)備利用率、加強設(shè)備維護(hù)維修時效性、簡化人工損耗越來越受到各個生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注和重視。設(shè)備的遠(yuǎn)程運行狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運維管理、遠(yuǎn)程報警管理將成為設(shè)備的重要組成部分。
１ 需求
工業(yè)窯爐燒成過程屬于一個時變性、大滯后、多干擾的熱工過程，并衍生出多種多樣的復(fù)雜配套控制系統(tǒng)。一旦窯爐出現(xiàn)復(fù)雜的燒成或工藝故障，若無專家?guī)椭茈y及時排除故障，從而影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，將會帶來不可預(yù)測的損失。二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)視該設(shè)備的運行狀況，并可實現(xiàn)不受空間、時間限制的操控該設(shè)備，從而完成了遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運維管理、遠(yuǎn)程報警管理，為預(yù)防、處理此類故障提供了*大的便利，節(jié)約了時間成本。
２ 平臺架構(gòu)
二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺大致可分為４層。*一層為硬件設(shè)備控制層，*二層為設(shè)備數(shù)據(jù)通訊層，*三層為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸層，*四層為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理層（如圖１所示）。
２．１二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺硬件設(shè)備層
在二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺中，*一層完成了設(shè)備的所有動作性能控制。加熱系統(tǒng)選用泰矽Ｔ７數(shù)顯設(shè)定調(diào)控器控制，集成了ＰＩＤ控溫和ＲＳ４８５通訊功能，配合熱電偶信號反饋，形成閉環(huán)控制，使設(shè)備加熱過程得以精確控溫；傳動系統(tǒng)選用三菱變頻器控制，使回轉(zhuǎn)速度可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)燒成工藝要求進(jìn)行自由調(diào)整；進(jìn)氣系統(tǒng)選用山武ＭＱＶ?jǐn)?shù)字質(zhì)量流量計控制，在物料反應(yīng)或保護(hù)過程中，可以精確控制氣體流量；升降、給出料等系統(tǒng)動作的控制，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可擴(kuò)展性，具有以太網(wǎng)通訊功能，選用西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＰＬＣ控制。
２．２二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺設(shè)備數(shù)據(jù)通訊層
由于工業(yè)窯爐設(shè)備的固有屬性，在設(shè)備現(xiàn)場必須有可靠的監(jiān)視和控制平臺，所以就地設(shè)置了觸摸屏來實現(xiàn)。觸摸屏是人機交互和信息傳輸、反饋的媒介，它實現(xiàn)了信息的內(nèi)部形式與用戶可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。為配合平臺的開發(fā)，選用了ＭＣＧＳ觸摸屏，配有兩個ＲＳ４８５串口和一個１０／１００Ｍ自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。加熱系統(tǒng)的調(diào)功器、傳動系統(tǒng)的變頻器以及進(jìn)氣系統(tǒng)的質(zhì)子流量計通過ＲＳ４８５串口與ＭＣＧＳ觸摸屏通訊，而升降、給出料等系統(tǒng)的ＰＬＣ通過以太網(wǎng)與ＭＣＧＳ觸摸屏通訊，提取設(shè)備所有的數(shù)據(jù)。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)，能夠提供二氧化碳流量計設(shè)備的控制、程序、報警、溫度曲線、報警記錄及數(shù)據(jù)記錄功能，提供更加便捷的人機交互平臺，*大地方便了現(xiàn)場人員對二氧化碳流量計的操控與管理。
２．３二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸層
二氧化碳流量計提取到的全部數(shù)據(jù)，由ＭＣＧＳ觸摸屏利用ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ／ＩＰ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，經(jīng)過工業(yè)級交換機，傳輸給智能網(wǎng)關(guān)，再通過智能網(wǎng)關(guān)上傳至云平臺端的數(shù)據(jù)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)傳輸層選用的ＨＩＮＥＴＭ１１１Ｔ智能網(wǎng)關(guān)，是一個集成多種互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，其包含的３Ｇ、４Ｇ、ＷＩＦＩ、有線網(wǎng)絡(luò)等多種互聯(lián)網(wǎng)接入方式。為設(shè)備的遠(yuǎn)程信息化管理提供高速便捷的安全通訊鏈路，為整個平臺各功能得以實現(xiàn)提供安全可靠的保障和基礎(chǔ)。
２．４二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控層
二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控層通過３Ｇ、４Ｇ、ＷＩＦＩ、有線網(wǎng)絡(luò)等多種方式連接到互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，將本設(shè)備的所有數(shù)據(jù)提取出來，以組態(tài)的形式，將設(shè)備的監(jiān)控畫面呈現(xiàn)在ＰＣ端、移動手機端。同時也實現(xiàn)了對ＰＬＣ等控制器的遠(yuǎn)程程序更新、遠(yuǎn)程故障診斷以及組態(tài)的遠(yuǎn)程連接功能。在監(jiān)控畫面中，可以實時查看到二氧化碳流量計各個溫區(qū)的設(shè)定溫度、實際溫度、轉(zhuǎn)速、進(jìn)料量、出料產(chǎn)量、出料溫度、進(jìn)氣流量、爐內(nèi)壓力等工藝參數(shù)，也設(shè)置有歷史溫度曲線和數(shù)據(jù)報表功能。生產(chǎn)方可以根據(jù)實時的工藝參數(shù)分析出當(dāng)前設(shè)備的運行狀態(tài)，判斷設(shè)備是否正常運行，工藝工程是否符合當(dāng)前要求。根據(jù)歷史曲線、數(shù)據(jù)方便的分析出以往設(shè)備全面的運行狀態(tài)，優(yōu)化工藝過程。監(jiān)控畫面中還設(shè)有報警管理功能，記錄了設(shè)備所有異常狀態(tài)的內(nèi)容、時間以及處理報警的時間，并且能在報警的同時以發(fā)送短信、微信推送等形式，通知相關(guān)人員來進(jìn)行及時的處理。在對于現(xiàn)場人員無法處理，需要修改二氧化碳流量計設(shè)備程序，以及需通過監(jiān)控程序來查找故障原因的情況下，不需要工程師到達(dá)現(xiàn)場，在遠(yuǎn)程就能完成程序的監(jiān)控、故障診斷、上傳和下載，提高處理故障的效率，降低設(shè)備維護(hù)成本。
３ 結(jié)論
筆者通過采用互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)、工業(yè)ＲＳ４８５以及以太網(wǎng)通訊相結(jié)合的系統(tǒng)方式實現(xiàn)了對二氧化碳流量計設(shè)備數(shù)據(jù)安全、快捷的遠(yuǎn)程采集和傳輸。二氧化碳流量計遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)視該設(shè)備的運行狀況，并實現(xiàn)不受空間、時間限制的操控該設(shè)備，完成了遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運行維護(hù)管理、遠(yuǎn)程報警管理，解決了遠(yuǎn)程程序上傳、下載的問題。經(jīng)過調(diào)試、生產(chǎn)證明了平臺的可行性，降低了設(shè)備的售后維護(hù)成本，并*大地提高了設(shè)備商的服務(wù)效率和質(zhì)量，為設(shè)備安全正常運行提供了多重保障。