物联网的机械设备远程监控系统设计

◆任彬 潘维凯 耿欣 姚福江 闫冉 亓鑫

物联网的机械设备远程监控系统设计

◆任彬1潘维凯1耿欣1姚福江1闫冉2亓鑫1

（1.山东能源重装集团鲁中装备制造有限公司 山东 271000；2.泰安佰特瑞流体技术有限公司 山东 271000）

随着人工智能、大数据、云计算、物联网技术的出现，我国工业制造领域发生了巨大变化。本文从物联网技术下的远程监控技术入手，分析如何设计机械设备远程监控系统。

物联网；机械设备；远程监控系统；设计；立式压滤机

在固液分离物料生产中，立式压滤机是主要的生产设备，其广泛用于化工、食品、医药、冶金多个领域，由于立式压滤机具有产量大、能耗低、人工力少、产品粒度均匀等优势，可以为后续生产提供有力支持。然而，当前我国卧式压滤机的更新速度较慢，所配备控制系统自动化程度偏低，导致卧式压滤机的操作以人工为主，无法实时分析物料变化以及给料粒度，并且当前的卧式压滤机维修保养较为频繁，难以实时监控其运转状态，一旦出现润滑不良或者运行过载等情况，容易导致无法进行生产作业。为了提升过滤设备的运行效率，需要设计出一套科学的监控系统。

1 系统设计概况

本系统为物联网系统，涵盖了无线通讯、组态软件和自动控制等板块，可以形成智能监控立式压滤机，集中管理，统一调控的信息管理平台，并且整个监控系统呈现平面化、模块化、网络化的结构形式。此外，通过监控中心以及设备监控点，实现了数个PLC分布到现场或者和传感器连接，可以有效控制和采集监测点的温度、压力、油位等数据。该系统可以在监控中心实现远距离监控，形成可视化人机界面，然后把故障信息发送到移动端，为管理人员快速解除故障提供支持。该系统在实现数据通信、自诊断的基础上还可以对立式压滤机的液压系统、润滑系统以及各个部件进行监控，以此确保立式压滤机的良好运行，最大程度降低安全事故发生概率[1]。

2 物联网技术下远程监控技术

随着云计算、大数据等技术的出现，我国的监控技术也得到了有效发展。新时期的远程监控技术，有效融合了计算机网络技术以及无线信息传输技术，可以满足实时远程监控需要，并且远程监控技术广泛用于农业生产、机械制造等诸多领域，在满足图片、视频传输的同时，通过远程监控系统，可以对机械设备监督和调控，在最短时间内解决机械设备故障问题，对我国工业制造领域发展影响深远。

3 系统结构和工作过程设计

立式压滤机的监控系统包括网络层、应用层以及感知层。其中，应用层包括了数据库服务器连接In Touch组态软件，其作用在于可以实时显示远程采集到的报表和数据信息，然后借助移动端收集的故障信息对采集数据实时“交互”和共享，无线通信模块是连接监控系统的桥梁，可以将传感器和PLC采集的数据通过GPRS传输。感知层包括压力、温度、振动等传感器，PLC其作用在于对压滤机设备的数据采集和工业控制[2]。

在压滤机运行过程中，电机驱动液压马达带动驱动辊和导向辊的转动，随之带动滤布装置驱动；PLC可以控制不同的部件运行，同时还可以对电机的报警信号实时采集；传感器的作用在于对压滤机进料时流量、油压温度、液压系统、压力主轴温度、传动轴转速等信息检测，然后通过无线模块将采集到的数据发送出去。本次研究的系统利用无线模块与PLC通讯，借助以太网协议和传感器连接，然后把采集的主驱动辊转速、回油温度、油缸压力、入料时物料流量等系统启停连锁和模拟信号，通过GPRS传送到In Touch，实现对组态软件的监控，还能够将故障信息上报到管理人员手机中，然后利用手机实时监测不同设备的运行数据。整个物联网的工作流程系统性较强，具有可靠性，通过相关信息的采集与通讯能够实时分析立式压滤机的运行状态（如表1）。

表1 物联网监控系统结构

4 系统硬件设计

该系统硬件包括监控站硬件部分以及监控中心硬件部分。监控中心硬件涵盖了In Touch组态软件的PC机以及存储数据的服务器。监控站硬件构造包括设备控制PLC模块、无线通讯模块。

设备控制模块借助PLC达到控制目标，传统的继电器—接触器控制方式接线工作量大，工作环境恶劣，可靠性差，一旦出现故障停工检修时间长严重影响正常生产。而PLC控制系统不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算和数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。PLC是一种较为成熟的控制系统，借助微机技术确保整个集成电路相对封闭，结构紧凑并且抗干扰能力强，很少发生故障，此外还具有良好的逻辑运算能力和数据传输功能，进而满足数据处理、过程控制以及通信等具体要求。PLC模块是监控系统的关键部分，能够为立式压滤机的安全运行提供支持，利用传感器作为检测装置，把搜集的信息按照相关规律转化为电信号传输，进而对信息存储处理，并且在监控系统中，可以控制机体振动、驱动辊转速、油缸压力、回油温度、供油温度、流量进行系统启停连锁，同时还能够结合用户的具体要求，把给料量、水流量、冷却水温等输入信号进行扩展。整体看来，借助温度传感器、压力传感器、液位传感器的不同功能，可以集中为数据采集模块组建出监控系统的感知体系[3]。

无线通讯模块采用4G网络，既可满足通讯要求，并且内置网页发布功能可以为PLC提供通信协议支持，直接和PLC接口连接把数据采集模块搜集的多种数据储存到云服务器。系统通过In Touch组态软件调用云服务器大数据至监控中心中，进而满足采集需求。同时能够对PLC控制系统随时访问，对程序监控进行设备维护和发送报警短信。

5 系统软件设计

（1）PLC控制系统设计

在监控系统中的自动控制PLC发挥出了重要作用，可以对油泵运行状态、滤板板框的打开合拢、滤布的运行、跑偏以及入料挤压洗涤干燥等各工艺参数都进行了监控，工作模式各阶段可手动控制和自动控制，设计有阶段定时器，可实现工作循环计数，采用触摸屏与PLC 实现数字通信，显示整个工艺流程，并具有追溯工作参数的能力，采用可编程控制器，灵活的程序设计，保证系统可靠、准确。PLC程序是由一个主程序和多个子程序构成。其中，主程序作为设备的控制程序涵盖了系统初始化程序、自动转换程序、运行模式、故障检测和预警程序，可以对立式压滤机的作业流程负责。子程序涵盖了手动和自动两个子程序，分别管理立式压滤机的手动控制以及自动控制板块。其中手动控制主要是操作人员通过现场触摸屏人机交互操作执行工作，通常在系统维修和检测中利用，压滤机处于自动控制状态下，PLC可以实现自动控制，借助监控中心组态软件触摸屏实时显示相关状态，还可在故障发生之后通过触屏按钮进行远距离控制。

PLC系统包括自动运行和手动运行两种模式，通常情况下系统为自动运行状态，操作人员转动自动运行开关，如果检测不到系统故障，输入点接收到信号之后进入自动运行子程序，随即进入到自动模式，该模式下包括了油压下限开关，如果油缸压力比设定值低，PLC控制程序自动控制电机，可以自动对油缸补压，实现油压的恒定。调节到手动开关状态后，输入点开始接收信号，随即进入到手动模式，之后通过触摸屏虚拟按钮控制油泵的启停。

（2）组态软件In Touch监控系统设计

这是一款人机交互软件，具有智能化特征，可以为工厂生产和操作人员提供可视化操作界面，能够快速建立和检测实时信息、自动化应用，In Touch监控系统的可视化界面开发包括了登录界面、控制界面、监控界面以及查询界面。其中，查询界面和监控界面又包括了不同的二级功能界面，可以对采集的数据显示，分析故障情况进行报表打印，然后数据传送到数据库当中，满足于操作人员进行数据的查询需要。同时，该设计系统能够实时显示油位、温度、传动装置转速、各项压力，尤其是查询界面，涵盖了轴承数据库分析系统以及故障诊断分析系统，为操作人员远程控制提供了极大便利（如表2）。

表2 In Touch界面结构

在固液分离作业中安全操作十分关键，因此需要对安全作业进行监控，In Touch提供了基于用户等级的安全管理系统，可以结合用户等级权限允许或者禁止其操作监控系统。通过设置界面优先访问权，确保系统处于安全运行状态，具体流程为操作人员点击登录按钮并输入操作员密码，成功登录后会显示操作员的等级以及权限，以此判定是否允许操作，之后按下配置按钮，对操作员进行增加、删减、修改等操作（如图1）。

6 物联网下的工程机械远程监控系统

（1）远程监控通信功能

在信息技术飞速发展的今天，远程监控技术得到了极大的发展，在满足远程监控需要的同时还可以进行通信，具体说来：在远程监控系统下可以对网络信息搜集，然后将机械的运行状态显示出来，进而分析设备是否存在故障，在网络信号较差的地方，也可以利用无线网络技术进行通信与监控。

（2）多向控制监控中心

在大数据和“云计算”等技术下，远程监控系统可以成为手机终端，也可以成为计算机终端，具体说来：一方面，在手机功能日益智能化的今天，不仅可以满足通信需要，还有视频等多种功能，比如利用手机和车载电脑的远程监控装置可以实现监控，然后手机监控中心可以将压力状态、行驶信息反馈出来；另一方面，电脑终端的控制中心与移动网络技术、远程监控设备的融合，可以通过对电脑的控制实现远程监控（如图2）。

图1 安全登录界面

图2 手机监控登录界面

7 结语

综上所述，通过分析立式压滤机监控系统可以发现该系统涵盖了PLC控制技术、传感器检测技术、网络技术、无线通信技术、组态软件监控技术，这些技术共同组成了物联网系统，并借助In Touch人机界面实现可视化操作，能够满足自动和手动操作需要，一旦系统出现故障，还可以及时发出警告，实现在网络环境下的数据接收与共享。整体看来，在物联网技术的支持下，立式压滤机可以满足信息的采集、传输与自动控制，可以实现对立式压滤机的监控与优化配置，显著提升其工作效率，确保生产安全，因此具有重大意义。

[1]冯挺，杜向党，郭玉嘉.物联网云平台环境下的手机远程监控系统设计[J].自动化仪表，2020，41（3）：72-75.

[2]孟鹏飞，刘昱芊.水电站启闭设备远程智能综合管理系统设计[J].华电技术，2020，42（2）：33-36，41.

[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，2018，17（3）：114-116，120.