物聯網技術在復雜設備監控上的應用

潘哲

（閩江學院，福建 福州 350011）

物聯網技術在復雜設備監控上的應用

潘哲

（閩江學院，福建 福州 350011）

本文把PLC技術融入到物聯網的感知層，提出了兩個擴展模型，很好地解決了大型復雜設備的監控問題.結合實際案例，實踐證明本文提出的兩個擴展模型穩定可靠，性能良好.

物聯網；自動控制；大型復雜設備

物聯網技術也稱為傳感網技術，它綜合了傳感器技術、嵌入式技術、分布式信息處理技術、現代網絡及無線通信技術等，將各種信息傳感設備與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，把所有物品（設備）都與網絡連接在一起，實現智能化識別和管理[1-2].物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后信息產業的第三次浪潮，正在得到迅猛發展和應用[3].

本文提出在物聯網的感知層引入可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），用于處理開關量、脈沖量、模擬量、數字量等，這相對于傳感器來說，PLC對于大型復雜設備的監控有得天獨厚的優勢，目前工業自動化技術比較成熟[4-5]，兩者相結合必將對現代化的工業生產起極大的推動作用.

2 物聯網的擴展

2.1 物聯網擴展原理

在復雜的物聯網中常常需要監視、控制復雜大型設備，為此本文提出在物聯網的感知層添加一個PLC模塊，用于處理大型復雜設備，如圖1所示.應用系統通過以太網發出命令及命令參數，PLC模塊接收到后傳給設備，設備根據命令及命令參數執行相應動作，把結果回傳給PLC模塊，最后傳回給應用系統，從而實現對設備的監視、控制.

圖1 物聯網擴展PLC結構圖

假設某大型復雜設備EquipMent為一臺工業用電機，為了監控該電機的運行狀況，包括啟動動作、停止動作、運行狀態等.則把對設備的監控模塊并入到物聯網的感知層，PLC模塊和其它的傳感器為并行關系，共同感知所需要監控設備，為應用層提供基礎數據.

在工程項目實施過程中，需要有一臺主控計算機，用于發送命令、接收監視數據；一臺本地機柜，機柜內放置PLC模塊，當計算機控制失靈時可以直接通過本地機柜中的按鈕來發送控制命令.具體工藝流程（以啟動電機為例，電機停止運行的工藝流程基本一樣，如圖2所示）：在主控計算機或者本地機柜發送“啟動”，PLC模塊將先接收設備的狀態信息，判斷此時設備是否處于“故障”狀態，如果是則不啟動，否則把該命令發送給設備，設備將反饋是否已經處于“啟動”狀態，如果是則反饋設備狀態，不做任何操作其他操作，否則直接啟動設備.其工作流程如圖2所示.

圖2 電機啟動工作流程圖

表1 輸入參數及其地址

2.2 實現途徑

本文使用OMRON公司的CX-Programmer來完成上述流程，工作流程需要5個輸入參數，3個輸出參數（表1）.在PLC中設置5個輸入參數，用于獲取電機的反饋信息，例如：運行反饋、停止反饋、設備故障反饋、電流AD值反饋，頻率AD值反饋等.2個輸出用于發送設備啟動、設備停止、設備故障指令.具體定義如表1、2、3所示.其中機柜的輸入輸出參數較少，目的是在系統發生故障時，手工處理電機操作.

表2 輸出參數及其地址

根據上述表的輸入、輸出參數使用OMRON公司的CX-Programmer開發工具，畫出梯形圖，從梯形圖導出相應助記符.

2.2 物聯網擴展模型之二

如果某大型工廠有多臺大型復雜設備需要監控，則可在上述擴展模型的基礎上，增加少量幾個PLC模塊基本能滿足需求.但如果需要監控的大型復雜設備比較多，則應考慮PLC的拓撲結構，本文采用星型結構（也可以采用其他結構，只不過PLC編程稍復雜而已）.PLC有很大的靈活性，具備強大的擴展能力，因此完全可以實現各種拓撲結構.把圖1的PLC模塊改造成PLC群組，以實現大規模大型復雜設備的監控，其結構圖如圖3所示.

圖3 物聯網擴展PLC拓撲結構圖

從圖3可以清晰地看出，設置一個PLC主站，用于管理多個PLC從站，每個PLC從站可以連接一個或多個大型復雜設備，每個設備的輸入輸出參數由各自PLC從站負責處理（PLC從站可參考本文的擴展模型一），PLC主站負責協調、調度.這樣大規模的復雜設備監控問題迎刃而解，本文以某水泥廠除塵工藝為例說明本模型的有效性.

某水泥廠經常需要除灰塵，并且有一系列的除塵設備需要管理，這些設備存在邏輯上的先后順序.利用本模型設計出工藝結構圖，如圖4所示.

該工藝要求：先啟動除塵設備1，把灰斗1中的灰塵掃除并進入管道，然后啟動除塵設備2，本灰斗2中的灰塵掃除并進入管道，以此類推，直到最后一個灰斗的灰塵進入管道，最后進入灰塵容器中.

每個除塵設備的操作可以根據本文的“模型一”來實現，PLC主站主要用于控制4個PLC遠程站的時序，即必須先啟動除塵設備1，完成除塵工作后才能啟動除塵設備2，同理除塵設備3和除塵設備4工作原理完全相同，即前一個設備的啟動時后一個設備啟動的條件.本案例使用使用OMRON公司的CX-Programmer來開發，具體定義如表3所示.

圖4 某水泥廠除塵工藝結構圖

表3

根據上述虛擬地址參數，利用CX-Programmer畫出梯形圖，導出其助記符.

3 總結

本文簡述了物聯網針對大型復雜設備監控的局限性，基于物聯網提出了兩個擴展模型，很好地解決大型復雜設備的監控問題，通過電機監控案例、某水泥廠除塵工藝的實踐檢驗，證明這兩個擴展模型穩定可靠，性能良好.

〔1〕張云霞，來勐，成建波．智慧城市概念辨析[J]．研究與開發，2011（12）.

〔2〕梁志明，李磊，梁仕文．基于ZigBee技術的大型儀器設備管理系統[J]．實驗技術與管理，2011（12）.

〔3〕石軍.“感知中國”促進中國物聯網加速發展[J].通信管理與技術，2009（10）：1－3.

TP393.1

A

1673-260X（2014）03-0024-02