基于自動化生產線的物聯網可視化監控系統

范景池

摘要：目前在全自動化的生產線上，出現了很多問題。比如設備故障報警、產品料倉儲存的狀態和其他因素導致的因素等可視化監控的問題。針對這些問題要討論出解決的方法，由此就提出并且設計了一種可視化監控系統。這個系統的運行可以使用戶更直觀、更快速地對生產系統和數據運輸進行監控。本文基于自動化生產線的物聯網可視化監控系統進行分析，得出幾點結論供參考。

關鍵詞：自動化生產線;物聯網;可視化監控系統

隨著科技的不斷發展，全球經濟也在不斷激烈發展。對于現階段來說，傳統的制造企業已經慢慢隨著現代制造企業進行轉型。隨著物聯網技術的不斷發展，MQTT（消息隊列遙測傳輸）作為一項新技術不斷發展。憑著其高效和低寬帶能夠更好地傳輸數據，在現代工業的發展中具有重要的價值。

1、可視化監控的模型框架

1.1感知層

感知層可以實現對自動化生產線的生產設備的采集工作。通過傳感網絡，可以將各個傳感器和加工運輸設備等連接到一起，這樣可以實現信息的互相交流和共享。通過設計集成控制系統，可以滿足對集成生產線中的監控。[1]感知層的數據可以為可視化的監控系統提供兩種信息數據，一個是設備運行狀態的數據，一個是瞬時異常狀態的數據。

1.2傳輸層

在物聯感知層獲得的數據可以通過傳輸層進行數據的推送和傳播。為了減少網絡資源的占用，保證信息傳輸的實效性，系統要做一個協調和審計，可以采用輕量級的MQTT物聯網系統對信息數據進行實時推送。[2]MQTT可以在最快的時間內把信息數據推動到訂閱端上，通過MQTT代理服務器進行發布。但是在發布的過程中，會將瞬時異常的信息數據也同時發送出去，另一方面將運行故障的狀態發送到終端上。用戶在終端上通過密碼可以獲取信息，這樣就可以實現模型的可視化運作監控。

1.3應用層

服務器訂閱和接收的異常信息在應用層進行解碼分析，然后將數據信息保存在數據庫中。這樣可以處理異常的信息數據，診斷信息數據異常的原因。[3]能夠享受可視化監控服務是用戶終端通過Web的終端訪問到企業的服務器，這樣用戶終端就可以通過訪問數據來完成對數據的分析。在可視化的界面中，通過不同模型訂閱的不同類型的數據，來實現模型之間的交流和運轉。當發現數據出現異常時，可以盡快地報警。對于存在數據丟失、網絡連接異常等問題，也可以及時發布通知，并且嘗試自主處理。

2、系統的設計與實現

2.1硬件設計與組成

硬件主要由運輸加工設備、環境參數傳感器、料倉保護裝置等組成的。糧倉保護裝置主要包含了氣動安全門、物料儲存料倉等。在進行控制的過程中，對于需要采集信號的部分和控制設備對應的系統，可以對信號的采集進行實現。設備硬件組成分為三個部分，運輸加工設備、保護儲存設備、還有環境傳感器和RFID。其中，運輸加工設備可以分成工業機器人、加工機床、設備輔助，這些可以實現對機器人系統的控制和機床數控系統的控制。保護、儲存設備可以實現對于料倉、外圍護罩、安全門和其他設備的控制。環境傳感器、RFID可以分成各類傳感器和單獨的RFID，從而實現對于RFID感知系統的控制。

2.2軟件設計

軟件設計又可以分成硬件通訊與信息數據采集設計、可視化監控顯示模塊組成設計、MATT集群分類設計和MQTT發布數據與可視化顯示模型映射。一般來說，為了保證信息數據的有效和穩定，生產設備之間采集數據一般都是采用通訊的方式，針對不同的設備可以提供不同的通訊協議接口來完成信息的采集。[4]可視化監控的數據信息可以分成兩個部分，一個部分是設備狀態信息，一個是設備異常事件信息。設備狀態信息可以反映出設備的運行信息和運行狀態，設備異常事件信息可以直接反映設備中出現的故障和一些外部因素引起的突發故障信息。可視化架空現實模板中的運動設備模型可以通過實際情況中的設備進行建設。當用戶終端訪問時，就可以將模型數據推送到終端。通過對可視化監控的數據成分進行分析，發現信息數據又可以細分為設備狀態信息、設備異常事件信息兩種。其中，設備狀態信息又包括設備傳感器提供的各種運行參數、RFID信息等，是對系統內設備的運行狀態、運行參數的直接表達;設備異常事件信息則是由各種異常設備提醒信息構成，它指的是設備在運行過程中，由于內部、外部環境變化引起的故障報警信息，可用于對故障的發生原因和解決途徑作出分析。系統需要MQTT 集群分類設計對實施監控設備進行技術支撐，以此獲取監控運行過程中，感知層通過監控發出的運動、狀態異常數據信息。MQTT集群分類設計分為三個部分，分別為運動參數監測、運行狀態信息以及報警信息，三個部分的信息通過MQTT信息發布集群進行整合、匯總，并最終發布到系統終端，實現報警提示。

2.3可視化監控的實現

可視化監控系統可以在用戶終端完成初始化后，可以對采集物料的儲存情況和設備運行情況進行實時的監控和顯示。用戶終端一旦發生問題和出現意外，可以進行及時的排查。這有利于明確問題發生的時間，具有一定的實效性。還可以將瞬時異常的信息添加到故障信息庫中，以后再遇到同樣的問題和故障時就可以查看以前的經驗和對策。這為維修和預防問題和故障的發生提供了方便。同時，在進行實時監控時，可以通過對網絡狀態的監控，進行實時的問題故障提示和處理。處理不了的問題也可以讓工作人員或者用戶及時發現。為了保證信息的快速運輸和畫面的連續性，還為了節省運行的性能，可以每間隔一段時間就進行數據傳輸，每間隔一段時間就向用戶提供一些數據。這樣方便運行狀態可以順暢的顯示，完成企業服務器異常信息的獲取和聚集。通過檢測監控結果，可以認為自動化生產線的物聯網可視化監控能夠完成對產線運行狀態的實時監測，并將運行狀態以數據的形式傳達、顯示給操作人員。對于出現異常狀態的部分，系統可以自動識別異常，并對異常信息進行收集和傳送，這些異常數據信息可以為后期的異常運行診斷工作提供有力的數據支持，并對今后的系統維護、檢修工作提供堅實的數據基礎。

2.4可視化監控運行性能的測試

為了保證可視化監控運行的良好性能，所以要經常開展可視化監控運行性能的測試工作。通過對性能的測試可以預防在運行的過程中容易發生的問題和情況，能夠做到提前預防和解決。需要模擬不同數量的用戶進行訪問，考察服務器的運行速度、運行頻率和傳輸文件所需的時間。調查發現，模擬用戶的數量雖然逐漸變多，但是代理服務器的運行效率并沒有下降。雖然用戶的數量對于代理服務器的運行和數據的傳輸速度有著一定的影響，但是影響的比較小。代理服務器可以在基本上滿足每位用戶的正常訪問和監控性能的實時需求，每位用戶所占的資源不多，對于網絡的處理效率影響的較小。基于此可以得出，基本上可以滿足多用戶進行遠程的可視化監控。

結語

在現階段傳統制造方式到現代制造方式轉型的過程中，提出的要求也越來越高。通過提出并且設計出自動化生產線基于物聯網技術的可視化監控系統，把設計的部分和實際情況進行結合和討論，認為這種技術在實際生產生活中具有一定的價值，還可以為其它想法的提出提供實現的可能性和實現的方式，促進物聯網及相關領域的不斷發展。

參考文獻

[1] 袁超. 基于物聯網系統自動化監控的設計與實現[J]. 數碼世界， 2019， 000（009）：122.

[2] 周曉舸， 黃金舫， 朱俊杰，等. 基于物聯網技術的鋼鐵物流可視化跟蹤監控系統[C]// 中國計量協會冶金分會會暨能源計量與綠色冶金論壇. 0.

[3] 孟帥， 仲梁維， 陳彩鳳. 基于物聯網的機械設備遠程監控系統設計[J]. 軟件導刊， 2018， 017（003）：114-116，120.