工业物联网终端平台升级探索

张展 徐州工程机械技师学院

1 背景

工业物联网终端设备演变于自动售货机，又称为Vending Machine或智能仓柜，是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易，于2012年开始引入生产现场，一般部署在车间生产线附近，辅以4G网络和物联网管理模块，通过云端网络集成管理所有信用记录，最终形成在线智能小仓库。它最主要的特点为现场管理、高频使用、实时在线，对传统的MRO产品服务的模式具有颠覆性的创新和改变，具有很大的降本作用和实践价值。

2 传统工业物联网终端设备的痛点与分析

传统工业物联网终端设备整个系统由Vending设备，数据库服务器和终端管理软件组成。Vending设备由饮料自动售货机直接演变而来，多为螺杆类设备，每个货道都有独立的电机进行控制，针对不同的物料配置不同间距的弹簧给每个货道，以电机驱动弹簧实现物料掉落至取物口完成生产现场的智能领料。

软件平台方面基于Windows开发，出于兼容性考虑采用了Access数据库和.NET编写客户端软件，通过串口232与底层控制板进行通信，控制前端设备的操作并记录相关领料数据，通过报表的形式呈现给客户。

运行一年后，陆续出现以下几个问题：

(1）机器故障，无法出库。

(2）串口打开失败，必须要重启才可以重新领用。

(3）数据同步异常，造成后台数据与客户端数据不一致。

(4）软件反应慢，造成补货入库等待时间较长，入库经常需要1个小时左右。

经过详尽分析，问题原因主要在于Windows平台的局限性：

(1）普通的Windows平台硬件体系长时间续航后稳定性极差，系统经常出现莫名其妙的错误，甚至崩溃。更换专业续航的平台硬件成本极高，性价比较低。

(2）Access数据库对于网络交互的稳定性和兼容性较差。另外，数据库容量达到一定规模后，数据处理效率大幅下降。

(3）老式控制板结构复杂，线路繁多，任何一个控制板上的一个模块错误，都会影响到整个设备的正常出货。

据此，我们制定了针对性的解决方案：

(1）将Vending中的主控板更换新板。

(2）针对串口错误和软件客户端界面出现假死机现象，增加人工维护频次，2天至少重启一次。

(3）数据同步问题每3个月清空一次Access数据库。

试行后，问题依旧没有得到根本性的解决，数据库的不延续性造成客户对历史数据不可实时追溯，设备频繁的故障和运维让现场服务人员苦不堪言。新更换的主控板又相继出现了原来的故障，稳定性得不到保障，客户的报怨和投诉也逐步增加，平台升级迫在眉睫。

3 平台升级解决方案

为了解决以上问题，2018年和2019年均参加了上海中国国际无人展会，发现Android平台的工控机已经逐步成熟，并且成本更加低廉。一台Windows主机的最低配置需要近2500元左右，而Android工控机约900元左右，且基于ARM处理器与底层STM32单片机主板通讯则更加稳定。但是缺点就是没办法进行远程处理，原Windows平台可以利用远程软件快速对客户端系统进行维护，但Android平台则无法进行远程维护。

整体更换设备成本极高，且旧设备很难处理，造成极大的浪费，因此我们以原设备改造为方向设计了平台升级的解决方案。

3.1 核心控制系统升级

Windows平台硬件系统更换为Android平台硬件系统，原来的主板、电源、CPU、内存、硬盘、14寸显示屏部分全部被一个7寸的安卓工控机代替；控制板部分由6块减少到1块，改造后空间、成本、故障率都有了大幅的降低。

3.2 线缆升级

主机连接线缆全部重新部署，并且连接测试，线缆顺序进行调整升级，适配新主板触发顺序。

3.3 电机改造

进行人工器件焊接改造，为了配合主板需要再对弹簧电机进行改造升级以适配新主板。

3.4 软件平台升级

原有的数据库系统和客户端软件更新为自主开发的安卓平台管理系统。

软件特点：

(1）物料出库、采购入库、库存盘点，轻松实现出库管理和入库管理。

(2）后台实时记录跟进，及时提醒补货任务，灵活调整补货数量。

(3）详尽的数据报表分析系统：领用明细、仓位库存、补货记录等，全方位支持企业管理人员追溯数据进行统计分析。

4 效果评价

(1）升级成本降低，仅为整理更换成本的10%。

(2）升级改造后，客户反馈领用速度明显提高，由原来的2分钟左右缩短至15秒，大幅提高了领用效率。

(3）领用物料的故障率明显降低，从原来的一天几次故障到目前运行1个月0故障，客户满意度明显提高。

（4）由于采用了实时有效的数据交互和校验技术，数据同步后完全匹配，分析统计报表的准确性得到了保证，成了客户进行成本分析和质量追溯的重要依据。

5 结语

传统工业物联网终端设备已部署多年，厂商的投入也相当巨大。本方案有效利用了原有Vending 中大部分机械类部件，对核心控制系统进行了颠覆性的低成本平衡升级，不仅解决了原有设备痼疾，也充分发挥出DT时代下高速带宽和物联网技术的长处，将日后硬件设备更新和维护成本、人力成本降到了最低，有极高的参考价值和实施意义。