物联网技术在复杂设备监控上的应用

2014-07-21潘哲

赤峰学院学报·自然科学版 2014年6期

关键词：机柜除尘启动

潘哲

（闽江学院，福建福州 350011）

物联网技术在复杂设备监控上的应用

潘哲

（闽江学院，福建福州 350011）

本文把PLC技术融入到物联网的感知层，提出了两个扩展模型，很好地解决了大型复杂设备的监控问题.结合实际案例，实践证明本文提出的两个扩展模型稳定可靠，性能良好.

物联网；自动控制；大型复杂设备

物联网技术也称为传感网技术，它综合了传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术、现代网络及无线通信技术等，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，把所有物品（设备）都与网络连接在一起，实现智能化识别和管理[1-2].物联网被称为继计算机、互联网之后信息产业的第三次浪潮，正在得到迅猛发展和应用[3].

本文提出在物联网的感知层引入可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），用于处理开关量、脉冲量、模拟量、数字量等，这相对于传感器来说，PLC对于大型复杂设备的监控有得天独厚的优势，目前工业自动化技术比较成熟[4-5]，两者相结合必将对现代化的工业生产起极大的推动作用.

2 物联网的扩展

2.1 物联网扩展原理

在复杂的物联网中常常需要监视、控制复杂大型设备，为此本文提出在物联网的感知层添加一个PLC模块，用于处理大型复杂设备，如图1所示.应用系统通过以太网发出命令及命令参数，PLC模块接收到后传给设备，设备根据命令及命令参数执行相应动作，把结果回传给PLC模块，最后传回给应用系统，从而实现对设备的监视、控制.

图1 物联网扩展PLC结构图

假设某大型复杂设备EquipMent为一台工业用电机，为了监控该电机的运行状况，包括启动动作、停止动作、运行状态等.则把对设备的监控模块并入到物联网的感知层，PLC模块和其它的传感器为并行关系，共同感知所需要监控设备，为应用层提供基础数据.

在工程项目实施过程中，需要有一台主控计算机，用于发送命令、接收监视数据；一台本地机柜，机柜内放置PLC模块，当计算机控制失灵时可以直接通过本地机柜中的按钮来发送控制命令.具体工艺流程（以启动电机为例，电机停止运行的工艺流程基本一样，如图2所示）：在主控计算机或者本地机柜发送“启动”，PLC模块将先接收设备的状态信息，判断此时设备是否处于“故障”状态，如果是则不启动，否则把该命令发送给设备，设备将反馈是否已经处于“启动”状态，如果是则反馈设备状态，不做任何操作其他操作，否则直接启动设备.其工作流程如图2所示.

图2 电机启动工作流程图

表1 输入参数及其地址

2.2 实现途径

本文使用OMRON公司的CX-Programmer来完成上述流程，工作流程需要5个输入参数，3个输出参数（表1）.在PLC中设置5个输入参数，用于获取电机的反馈信息，例如：运行反馈、停止反馈、设备故障反馈、电流AD值反馈，频率AD值反馈等.2个输出用于发送设备启动、设备停止、设备故障指令.具体定义如表1、2、3所示.其中机柜的输入输出参数较少，目的是在系统发生故障时，手工处理电机操作.

表2 输出参数及其地址

根据上述表的输入、输出参数使用OMRON公司的CX-Programmer开发工具，画出梯形图，从梯形图导出相应助记符.

2.2 物联网扩展模型之二

如果某大型工厂有多台大型复杂设备需要监控，则可在上述扩展模型的基础上，增加少量几个PLC模块基本能满足需求.但如果需要监控的大型复杂设备比较多，则应考虑PLC的拓扑结构，本文采用星型结构（也可以采用其他结构，只不过PLC编程稍复杂而已）.PLC有很大的灵活性，具备强大的扩展能力，因此完全可以实现各种拓扑结构.把图1的PLC模块改造成PLC群组，以实现大规模大型复杂设备的监控，其结构图如图3所示.

图3 物联网扩展PLC拓扑结构图

从图3可以清晰地看出，设置一个PLC主站，用于管理多个PLC从站，每个PLC从站可以连接一个或多个大型复杂设备，每个设备的输入输出参数由各自PLC从站负责处理（PLC从站可参考本文的扩展模型一），PLC主站负责协调、调度.这样大规模的复杂设备监控问题迎刃而解，本文以某水泥厂除尘工艺为例说明本模型的有效性.

某水泥厂经常需要除灰尘，并且有一系列的除尘设备需要管理，这些设备存在逻辑上的先后顺序.利用本模型设计出工艺结构图，如图4所示.

该工艺要求：先启动除尘设备1，把灰斗1中的灰尘扫除并进入管道，然后启动除尘设备2，本灰斗2中的灰尘扫除并进入管道，以此类推，直到最后一个灰斗的灰尘进入管道，最后进入灰尘容器中.

每个除尘设备的操作可以根据本文的“模型一”来实现，PLC主站主要用于控制4个PLC远程站的时序，即必须先启动除尘设备1，完成除尘工作后才能启动除尘设备2，同理除尘设备3和除尘设备4工作原理完全相同，即前一个设备的启动时后一个设备启动的条件.本案例使用使用OMRON公司的CX-Programmer来开发，具体定义如表3所示.