基于物聯網與計算機技術的工業設備監控系統設計方案分析

關鍵詞：物聯網；計算機技術；工業設備監控系統

中圖分類號：TP277；TP393.1 文獻標識碼：A

0 引言

物聯網作為新一代信息技術的高度集成和綜合運用，可以將日常生活中的各類事物與互聯網相連接，并借助現代化技術，實現各類事物的智能化管理。通過科學地應用物聯網技術及其他新興技術，可以實現各種工業設備實時檢測和智能化監管，從而獲取信息數據，然后對這些數據進行分析和總結，并以此為依據進行自動化調節和操控。目前，隨著研究理論日益深入，物聯網在工業領域中發揮的作用也愈發重要?；谖锫摼W技術的優勢，通過結合計算機技術等，可以實現工業設備智能互聯和自動監管，在相關技術助力下，為我國工業企業智能化發展做出重要貢獻。

1 研究背景

越來越多現代化技術的出現加快推進我國工業化進程。目前，在多元化技術支持下，工業智能化發展成為主要方向。從宏觀角度來看，智能化建設是指設備、服務器之間通過有效連接來實現交互；從微觀角度來看，智能化建設是指設備實現自動化、智能化建設水平。工業智能化發展為智慧工廠建設奠定了基礎，而設備聯網是其決定性因素。設備聯網的核心在于服務器可以實現對設備的實時化、遠程化管控[1]。

現階段，以設備聯網、智能化建設為核心的工業設備監控系統平臺得到廣泛研究，相關理論日益成熟豐富。具體來看，監控工業設備的系統平臺設計方案多種多樣，以某系統設計方案為例，其通過結合以太網和無線傳感器網絡技術來構建系統架構，但該系統造價成本相對高昂，對于一部分實力較弱的企業而言，經濟壓力較大。因此，本文從成本角度出發，提出一種基于物聯網與計算機技術的工業設備監控系統設計方案，旨在為工業企業進一步推進智能化、實時化管控提供支持。

2 系統設計方案概述

2.1 系統設計需求分析

目前，“工業4.0”“智慧工廠”等概念不斷深化，為我國工業發展指明了智能化、自動化的新方向。在此背景下，基于現代化技術，構建科學、高效、智能的工業設備監控系統成為重點。

該系統主要目的是實現工業設備的智能化監管和遠程化操控。因此，在設計系統架構過程中，需要綜合考慮以下5 項內容：①全面性。保證該系統可以對工業設備進行全方位監管，實時化掌控設備運行狀態、操作參數及產生的數據等各項信息。②遠程化。確保該系統可以實現遠程操作，借助網絡系統并且無須近距離接觸儀器設備，實現系統的智能化調控。③便捷化。系統采集的各項信息均可以自動化匯總、分析、處理和備份存儲，利用網絡將其分類并且傳輸到相應操縱界面，便于工作人員查看和調取。④智能化。系統具備異常信息自動化識別、分析及預警功能，其可以將采集的信息與歷史信息進行對比，確定異常信息，并及時通過網絡傳輸到相應的操作界面，同時自動示警來提示工作人員。⑤安全性。系統內部儲存大量信息內容，應科學構建防護體系，避免信息遺失、錯漏或者被惡意篡改[2]。

2.2 系統架構設計

本文設計的工業設備監控系統由軟件部分和硬件部分組成。其中，軟件部分包括服務器網站系統和設備端視覺檢查軟件。軟件運行機制流程如圖1 所示。

由圖1 可知，該系統軟件部分的設備端視覺檢查軟件先發揮作用，對產品標簽進行檢查，保存設備信息。借助物聯網將獲取的信息傳輸到服務器中的數據庫，同時發揮用戶界面（user interface，UI）截圖的作用，將獲取的圖像文件通過文件傳輸協議（file transfer protocol，FTP）傳輸到服務器。服務器接收到來自數據庫或者FTP 目錄文件發送的刷新信號后，將其展現在網站界面上，便于工作人員查看，從而實現設備遠程智能化管理。此外，服務器可以基于自身內部的算法、模型自動判斷設備是否正常，如果正常則完成本次設備監控，等待下一次監控信號；如果存在問題，則依靠設備端光源展示信息，判斷具體問題并示警。例如，未通過（notgood，NG）信號表明產品標簽環節有誤。基于此，設備的實時狀態得到智能化管理。

結合圖2 可知， 硬件由服務器PC（serverPC）、設備PC（machine PC）和有線局域網組成。server PC 和machine PC 依靠有線局域網實現信息交互。

2.3 遠程數據庫和FTP 作用發揮過程

為了確保系統功能得以充分發揮，其服務器網站具備實時查看設備端軟件信息、軟件UI 圖像的功能，這也是實現系統監視功能的前提。本文提出的設計方案中，服務器端網頁以因特網服務器為基礎，應用腳本語言ASP.NET 完成開發。該軟件部分在HTTP 請求文檔上完成創建[3]。

設備端軟件應用C# 語言完成開發。該部分具備自動拍照功能，可以通過服務器發布的命令實現自動拍照，并對產品標簽進行視覺檢查，確定標簽是否存在。同時，其可以匯總檢查結果并借助網絡將其傳輸到服務器端。該設計方案中各光源設備之間存在聯系，使智能化管控成為可能。這為系統具備光源控制功能奠定了基礎，當檢查標簽無狀態時，呈現NG 信號，此時標簽設備相應的光源開關被觸發，并且同步示警，提醒相關人員。

此外，為了保證該系統具備可擴展性，降低后期維護難度，設備端、服務器端軟件都借助NET平臺完成開發。這確保了軟件功能的整體耦合性，避免出現各功能模塊難以協同運行的問題。

machine PC 與server PC 通過有線局域網實現連接。服務器端數據庫開啟遠程讀寫允許配置，設備端軟件借助SPL 語句實現特定IP、端口數據庫插入。為了確保遠程數據庫記錄清晰明了，數據翔實，服務器網站每隔2 s 讀取數據庫信息并顯示在屏幕端，此時可以在網站頁面查看來自設備端的信息[4]。

設備端軟件完成產品檢查后，會自動對軟件當前狀態界面進行截圖，然后歸檔保存，并通過FTP協議發送到服務器FTP 目錄中。網站會實時獲取拍攝的圖像文件，將其與信息數據內容進行對比驗證。通過這一操作，保證設備端和服務器端界面能夠有效對應，從而提升工作人員查看流暢度和效率，避免信息失真、失誤的現象出現。

2.4 基于Socket 的設備狀態控制過程

在采集設備端檢查作業數據信息后，基于套接字（Socket）控制設備狀態，其會自動識別判斷服務器設備是否正常，如果識別出的信號為NG信號，則會對相關數據做出自動反應（如數據提取、匯總及分析等）。此過程中，信號通過有線局域網傳輸到設備端軟件部分，其接收到信號后，觸發光源控制按鈕，在確保按鈕打開時同步示警。通過這一設計，可以實現設備智能化監控，即使作業現場無人值守，也可以智能化地完成工業設備信息反饋。Socket 通過描述IP 地址和端口，實現不同虛擬機之間或者不同計算機之間的通信，也可以將其看作是通信鏈的句柄[5]。

在實際應用過程中，服務器和設備端主機往往包含多個服務軟件，內部包含多個服務體系，可以提供種類多樣的服務，為了有效區分服務類型，確保每個服務都可以打開一個Socket，其可以與對應的端口進行連接。盡管服務器和設備端主機上存在多個類似的Socket，但其對應的服務和服務端口可以被精準區分。

本文應用Socket 實現設備狀態控制，其過程如下：設備端負責監聽并獲得信號，此時網絡正常運行，可以實時監控及傳輸信息，并且設備端處于待連接狀態。服務器發出請求后，基于IP 和端口，借助Socket 實現連接。確認連接之后，設備端就連接請求做出響應，此時新線程建立，設備端處于持續工作狀態，可以接收來自服務器的相關命令，并根據命令信息，有針對性地做出響應動作[6]。

3 系統方案驗證

通過實驗驗證該系統設計方案的可行性和實用性。在實驗之前，按照本文提出的系統設計方案，以某無標簽設備和有標簽設備為研究對象，借助系統識別設備信息，并且以結果為基準，探究該系統設計方案的應用價值[7]。

對于無標簽的設備進行識別，在檢測過程中，設備端軟件識別出NG 信號，將其信息傳輸至遠程數據庫。服務器接收到數據庫端的信息刷新信號后，將信息同步更新到網站界面，實現網頁頁面和設備端的信息一致，之后基于Socket 通信向設備端軟件發出打開光源命令信號，此時設備端軟件接收信號并且打開光源。經過人工復檢，發現設備端同步打開光源，此時服務器端也呈現該提示。

對于標簽正常的設備進行識別，在檢測過程中，設備端軟件信號正常，將其傳輸到服務器數據庫。服務器數據庫網站實時讀取信號并同步刷新界面，然后服務器判斷信號，確定其代表產品有標簽，則不會觸發設備端光源報警，直接完成設備監控。通過人工復檢發現，設備端軟件并未激發光源設備打開。

由上述驗證可知，該系統架構合理，可以滿足對工業設備的自動化、實時化管控的需求。同時，相較于傳統人工監控方式，該方法效率更高，其所需時間為傳統人工方式完成監控時長的1/3，且準確率達到99.99%。雖然其也會受多種因素影響出現故障，但其準確性具有一定的優勢。

4 結語

本文圍繞工業設備監控需求，提出了一種基于物聯網和計算機技術的工業設備監控系統設計方案。該系統由硬件部分和軟件部分組成，是確保其功能實現的基礎。實驗結果表明，提出的設計方案在工業設備監控中具備優良性能，可以有效識別產品狀態。相較于傳統人工監控方式，其在準確性、效率和整體成本方面占據優勢。