基于自动化生产线的物联网可视化监控系统

范景池

摘要：目前在全自动化的生产线上，出现了很多问题。比如设备故障报警、产品料仓储存的状态和其他因素导致的因素等可视化监控的问题。针对这些问题要讨论出解决的方法，由此就提出并且设计了一种可视化监控系统。这个系统的运行可以使用户更直观、更快速地对生产系统和数据运输进行监控。本文基于自动化生产线的物联网可视化监控系统进行分析，得出几点结论供参考。

关键词：自动化生产线;物联网;可视化监控系统

随着科技的不断发展，全球经济也在不断激烈发展。对于现阶段来说，传统的制造企业已经慢慢随着现代制造企业进行转型。随着物联网技术的不断发展，MQTT（消息队列遥测传输）作为一项新技术不断发展。凭着其高效和低宽带能够更好地传输数据，在现代工业的发展中具有重要的价值。

1、可视化监控的模型框架

1.1感知层

感知层可以实现对自动化生产线的生产设备的采集工作。通过传感网络，可以将各个传感器和加工运输设备等连接到一起，这样可以实现信息的互相交流和共享。通过设计集成控制系统，可以满足对集成生产线中的监控。[1]感知层的数据可以为可视化的监控系统提供两种信息数据，一个是设备运行状态的数据，一个是瞬时异常状态的数据。

1.2传输层

在物联感知层获得的数据可以通过传输层进行数据的推送和传播。为了减少网络资源的占用，保证信息传输的实效性，系统要做一个协调和审计，可以采用轻量级的MQTT物联网系统对信息数据进行实时推送。[2]MQTT可以在最快的时间内把信息数据推动到订阅端上，通过MQTT代理服务器进行发布。但是在发布的过程中，会将瞬时异常的信息数据也同时发送出去，另一方面将运行故障的状态发送到终端上。用户在终端上通过密码可以获取信息，这样就可以实现模型的可视化运作监控。

1.3应用层

服务器订阅和接收的异常信息在应用层进行解码分析，然后将数据信息保存在数据库中。这样可以处理异常的信息数据，诊断信息数据异常的原因。[3]能够享受可视化监控服务是用户终端通过Web的终端访问到企业的服务器，这样用户终端就可以通过访问数据来完成对数据的分析。在可视化的界面中，通过不同模型订阅的不同类型的数据，来实现模型之间的交流和运转。当发现数据出现异常时，可以尽快地报警。对于存在数据丢失、网络连接异常等问题，也可以及时发布通知，并且尝试自主处理。

2、系统的设计与实现

2.1硬件设计与组成

硬件主要由运输加工设备、环境参数传感器、料仓保护装置等组成的。粮仓保护装置主要包含了气动安全门、物料储存料仓等。在进行控制的过程中，对于需要采集信号的部分和控制设备对应的系统，可以对信号的采集进行实现。设备硬件组成分为三个部分，运输加工设备、保护储存设备、还有环境传感器和RFID。其中，运输加工设备可以分成工业机器人、加工机床、设备辅助，这些可以实现对机器人系统的控制和机床数控系统的控制。保护、储存设备可以实现对于料仓、外围护罩、安全门和其他设备的控制。环境传感器、RFID可以分成各类传感器和单独的RFID，从而实现对于RFID感知系统的控制。

2.2软件设计

软件设计又可以分成硬件通讯与信息数据采集设计、可视化监控显示模块组成设计、MATT集群分类设计和MQTT发布数据与可视化显示模型映射。一般来说，为了保证信息数据的有效和稳定，生产设备之间采集数据一般都是采用通讯的方式，针对不同的设备可以提供不同的通讯协议接口来完成信息的采集。[4]可视化监控的数据信息可以分成两个部分，一个部分是设备状态信息，一个是设备异常事件信息。设备状态信息可以反映出设备的运行信息和运行状态，设备异常事件信息可以直接反映设备中出现的故障和一些外部因素引起的突发故障信息。可视化架空现实模板中的运动设备模型可以通过实际情况中的设备进行建设。当用户终端访问时，就可以将模型数据推送到终端。通过对可视化监控的数据成分进行分析，发现信息数据又可以细分为设备状态信息、设备异常事件信息两种。其中，设备状态信息又包括设备传感器提供的各种运行参数、RFID信息等，是对系统内设备的运行状态、运行参数的直接表达;设备异常事件信息则是由各种异常设备提醒信息构成，它指的是设备在运行过程中，由于内部、外部环境变化引起的故障报警信息，可用于对故障的发生原因和解决途径作出分析。系统需要MQTT 集群分类设计对实施监控设备进行技术支撑，以此获取监控运行过程中，感知层通过监控发出的运动、状态异常数据信息。MQTT集群分类设计分为三个部分，分别为运动参数监测、运行状态信息以及报警信息，三个部分的信息通过MQTT信息发布集群进行整合、汇总，并最终发布到系统终端，实现报警提示。

2.3可视化监控的实现

可视化监控系统可以在用户终端完成初始化后，可以对采集物料的储存情况和设备运行情况进行实时的监控和显示。用户终端一旦发生问题和出现意外，可以进行及时的排查。这有利于明确问题发生的时间，具有一定的实效性。还可以将瞬时异常的信息添加到故障信息库中，以后再遇到同样的问题和故障时就可以查看以前的经验和对策。这为维修和预防问题和故障的发生提供了方便。同时，在进行实时监控时，可以通过对网络状态的监控，进行实时的问题故障提示和处理。处理不了的问题也可以让工作人员或者用户及时发现。为了保证信息的快速运输和画面的连续性，还为了节省运行的性能，可以每间隔一段时间就进行数据传输，每间隔一段时间就向用户提供一些数据。这样方便运行状态可以顺畅的显示，完成企业服务器异常信息的获取和聚集。通过检测监控结果，可以认为自动化生产线的物联网可视化监控能够完成对产线运行状态的实时监测，并将运行状态以数据的形式传达、显示给操作人员。对于出现异常状态的部分，系统可以自动识别异常，并对异常信息进行收集和传送，这些异常数据信息可以为后期的异常运行诊断工作提供有力的数据支持，并对今后的系统维护、检修工作提供坚实的数据基础。

2.4可视化监控运行性能的测试

为了保证可视化监控运行的良好性能，所以要经常开展可视化监控运行性能的测试工作。通过对性能的测试可以预防在运行的过程中容易发生的问题和情况，能够做到提前预防和解决。需要模拟不同数量的用户进行访问，考察服务器的运行速度、运行频率和传输文件所需的时间。调查发现，模拟用户的数量虽然逐渐变多，但是代理服务器的运行效率并没有下降。虽然用户的数量对于代理服务器的运行和数据的传输速度有着一定的影响，但是影响的比较小。代理服务器可以在基本上满足每位用户的正常访问和监控性能的实时需求，每位用户所占的资源不多，对于网络的处理效率影响的较小。基于此可以得出，基本上可以满足多用户进行远程的可视化监控。

结语

在现阶段传统制造方式到现代制造方式转型的过程中，提出的要求也越来越高。通过提出并且设计出自动化生产线基于物联网技术的可视化监控系统，把设计的部分和实际情况进行结合和讨论，认为这种技术在实际生产生活中具有一定的价值，还可以为其它想法的提出提供实现的可能性和实现的方式，促进物联网及相关领域的不断发展。

参考文献

[1] 袁超. 基于物联网系统自动化监控的设计与实现[J]. 数码世界， 2019， 000（009）：122.

[2] 周晓舸， 黄金舫， 朱俊杰，等. 基于物联网技术的钢铁物流可视化跟踪监控系統[C]// 中国计量协会冶金分会会暨能源计量与绿色冶金论坛. 0.

[3] 孟帅， 仲梁维， 陈彩凤. 基于物联网的机械设备远程监控系统设计[J]. 软件导刊， 2018， 017（003）：114-116，120.