基于工業互聯網的煉鋼機械設備遠程集控管理系統

王志明

（承德承鋼工程技術有限公司，河北 承德 067001）

隨著信息技術的不斷發展與更新，將傳感器等控制設備接入到工業互聯網絡中完成對機械設備的管理，已經成為當前的發展趨勢。為推進工業的智能化發展模式，構建高效的數據采集和功能管理使能平臺，工業互聯網概念由此提出，其原理是在計算機技術和生產之間完成了信息化的轉變，更進一步的加速了工業互聯網技術的成熟發展。在工業互聯網服務與物聯網通信結合的優勢，其涉及的應用范圍逐漸擴大，在重型工業、醫療行業、航天事業和交通運輸等國家關鍵行業領域都發揮了重要作用。中國作為一個制造業大國，現階段以重工行業為主的經濟支柱逐步地形成了自動化與信息化的生產架構體系，但是在工業互聯網的平臺建設方面仍處在初級階段，其技術基礎建設和綜合能力相對較弱，涵蓋整個行業的平臺仍未完成。我國現階段運用較多的工業互聯網平臺包括航天云INDICS 平臺和浪潮工業互聯網平臺兩大類，基本上都是屬于直接在設備管理和應用控制上完成結合。但對于大多數重工行業尤其是煉鋼產業，為防止大型事故對人力物力的損失其機械設備往往離控制中心較遠，而傳統管控系統對遠距離的設備集中控制上存在較多耦合性，無法打破煉鋼廠機械設備在內部位置較偏的管控問題，基于此本文展開對煉鋼機械設備的遠程集中管控系統的研究，在工業互聯網的運用下，解決遠距離數據輸送產生的時延問題，提高管理的工作效率。

1 設計計量集成電路

計量專用的集成電路一般由六個二階式或者四階式轉換A/D形式組成。由于集成電路中不只含有一組電路，因此在電壓選擇上需要安裝轉換電阻來實現高壓轉低壓的控制。集成電路在完成信息收集時必須同時具備兩個以上的有源件，按照相互連接的方式走三維配置路線，即一個有源件不能在同一組傳統電路中重復出現[1]。其次是確定用來制造集成電路的電子元件需要安裝類似幾何模式的傳導材料，其位置根據轉換電阻的功率大小來布局，具體電路設計如圖1所示。

圖1 計量集成電路

如圖所示在電路中設置了多個計量參數和校表參數，每個參數不能超過16。將幾何SPI串口的電阻功率大小設置在8～14歐之間，使得兩個參數能夠在SPI電阻之間相互傳遞輸入端和輸出端的信號。放置電阻前的為參考電壓線，電阻后為另一側的是數字信號處理電路，通過測量電路的數字信號中有功功率大小和因數變化，按照A/D轉換形成所需的集成數據即可。

2 基于工業互聯網設定C/S結構

工業互聯網中包含多個網關管理模塊，每個模塊主導的管理內容各不相同，其中C/S結構作為整個網絡中最重要的管理窗口，可以直接實現對數據信息的第一觀測。因此在設定該結構模塊時需要包含以下兩個功能部分：一是設備狀態的監控和管理，主要是對設備的運行狀態完成實時監控，以及設備工作產生的數據信息完成采集等，該功能中最重要的是及時了解設備何時需要更新，防止老舊模塊對生產的影響。二是設備的節點數據監控和管理，對傳感器產生的節點數據實時完成查詢列表建設，對重復和空白的節點數據進行刪除和修改工作，并針對歷史的數據設定儲存和調取功能，可以完成不同時間段內的數據查詢工作[2]。其中該結構需要設置一個過期數據的定期清理功能，防止內存過大引起處理速度減緩現象，在一定時間內如果機械設備為完成更新板塊的回溯功能，可以對歷史數據發出刪除命令完成內存的釋放。在此模式下完成對工業互聯網C/S結構的設定后，可以采用RFID技術完成設備遠程的集中管控。

3 RFID技術完成設備遠程的集中管控

利用互聯網感知層RFID技術，能改變機械設備銘牌標識的方式實現對機械設備準確識別，為自動化集中管理奠定基礎。機械設備一般包含身份ID、運行狀態和性能與安全生產等關鍵信息，此類信息數據可以在電子標簽的設定下及時儲存和更新。該技術下生成的電子標簽信息具有存儲和更新特點，能確保傳輸的數據信息與機械設備相匹配，減少信息的誤記率實現簡單快速的管理工作。除此之外煉鋼廠的數據信息不具備保密協議的設定，由此產生的數據文件可以在整合之后直接向遠端控制中心完成輸送，沒有重新對數據上碼或加符號等復雜環節。RFID技術應用的原理關鍵在于數據的智能回傳，即在機械設備通過匹配好的儀器連入互聯網中，可以按照協議的設定將轉化后的數據依次排列在消息傳輸樞紐上，互聯網的上層模塊可以以訂閱的方式讀取數據[3]。在被標識的設備上可以直接讀取其身份電子信息，將每個傳輸回來的數據按照對象ID進行分類，根據每個信息內的數據按照文件大小進行統一管控，完成遠距離設備的集中控制。由此在工業互聯網和RFID技術的作用下完成軟件設計。

4 實驗論證分析

4.1 測試環境搭建

為驗證本文設計的集控管理系統具有實際的應用效果，選取一組傳統系統作為對照進行對比實驗，該傳統系統對數據的傳輸產生的文件采用排隊下載方式。檢測相同時段下煉鋼機械設備產生的數據大小對傳輸時延的影響。依托室內實驗室搭建測試環境，采用23.54MHz射頻識別模塊，對遠距離煉鋼機械設備產生的數據信息進行采集，通過不同ID號實現數據庫的存儲功能，每個數據按照內存大小進行文件排序。將設置好的數字標簽和USB串口連接，實物如下圖2所示。

圖2 遠程測試設備實物圖

如圖所示此次選擇的工業互聯網傳感器節點硬件是LPC1970嵌入式芯片，操作頻率能夠將射頻識別模塊的頻率提升5倍。每個煉鋼機械設備距離實驗室的距離在5km以上，在測試開始前將傳感器安置在每個煉鋼廠設備中。搭建完畢后向設備輸送任務數據進行檢測。

4.2 任務分發測試結果分析

通過傳統排隊下載系統與本文設計的系統對遠程設備分發任務時的傳輸時延進行比較，測試兩種系統性能的差異。在同一工作環境下，選擇7組不同大小的文件進行測試，數據樣本 分 別 為20.58MB、37.65MB、42.32MB、56.12MB、95.27MB、135.68MB、145.23MB。選擇傳感節點為15個的傳輸時延進行比較，具體結果如下表1所示。

表1 不同系統下對文件的傳輸時延對比結果（s）

根據表中數據可知，采用傳統管控系統下的文件傳輸時延，受數據大小影響。當文件超過50MB時該系統的時延超過300s，處理速度急速下降。本文系統在選取的數據樣本中可以把時延控制在150s之內，對文件的傳輸時間起到節約效果。說明本文設計的系統能夠縮短遠程煉鋼設備的集控管理時間，提高工作效率。

5 結語

本文在設計過程中保留原有系統對數據采集模式的分類輸送，對影響信息傳輸速度的歷史數據進行了可控刪除，完成了縮短時延的控制效果。實驗結果表明在本文設計的系統中，傳輸文件的內存大小不會造成時延的劇烈波動，可以控制在150s之內，大大提高了集中管控的工作效率。但文本在設計過程中受時間精力不足影響，無法對可以更新的硬件進行及時替換，產生的控制效果會造成一定偏差。后續研究過程中會分配好自己的時間，對需要更換的硬件設備及時替換，為煉鋼機械設備的遠程集控提供更科學的管理方法。