基于物联网的智能联动控制系统设计

龙源期刊网基于物联网的智能联动控制系统设计作者：司强许飞云来源：《科学与信息化》2018年第10期摘要随着物联网技术在智能工厂的广泛应用，针对智能工厂中设备检测及设备之间组网控制，设计了一套基于物联网的智能控制系统。智能控制系统中子系统模块既能独立实现各自功能，又能通过子系统模块之间的信息传递实现对子系统模块的智能控制。关键词物联网；智能联动控制系统；无线通信AbstractWiththewideapplicationofIoTtechnologyinintelligentfactories，asetofintelligentcontrolsystembasedonIoTisdesignedfortheequipmentinspectionintheintelligentfactoryandthenetworkingcontrolbetweendevices.Eachsubsystemmoduleintheintelligentcontrolsystemcannotonlyrealizetheirownfunctionsindependently，butalsorealizetheintelligentcontrolofthesubsystemmodulesthroughtheinformationtransmissionbetweenthesubsystemmodules.Keywordsinternetofthing；intelligentlinkagecontrolsystem；Wirelesscommunication前言“工业4.0”是基于信息物理系统（CPS）为核心发展的智能制造。CPS包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，主要用于一些智能系统上如设备互联，物联传感，智能家居，机器人，智能导航等[1]。“工业4.0”主要分为三个主题：智能工厂、智能生产和智能物流。智能工厂是指工厂生产系统智能化，通过网络分布式生产设施实现；智能生产主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等；智能物流主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持[2-5]。智能工厂按照重视可持续性的服务中心的业务来设计，因此，服从性、灵活性、自适应以及学习等特征、容错能力，甚至风险管理都是其中不可或缺的要素。智能工厂的装备将实现高级自动化，主要是由基于自动观察生产过程的CPS的生产系统的灵活网络来实现的。通过可实时应对的灵活的生产系统，能够实现生产过程的彻底优化。同时，生产优势不仅仅是在特定生产条件下一次性体现，也可以实现多家工厂、多个生产单元所形成的世界级网络的最优化[6]。本文提出了一种广泛适用的基于物联网的智能联动控制系统方案，实现了对智能工厂设备自动化控制，实现多个生产单元设备的自动组网，实现智能工厂设备的状态监控。龙源期刊网所示的是智能联动控制系统的总体结构示意图。智能联动控制系统包括主机控制系统、从机控制系统、遥控器系统、触摸屏系统。从机控制系统一方面实现对自身监测设备运行状态的检测及控制，另一方面通过与主机控制系统通信，将从机控制系统设备的运行状态信息上报至主机控制系统。触摸屏系统通过与主机控制系统通信，将主机控制系统设备的运行状态以及与主机控制系统相连从机控制系统设备的运行状态在触摸屏系统上进行显示，并实现对主机控制系统及其相连的从机控制系统的控制。遥控器系统通过与主机控制系统通信，实现对主机控制系统的控制。主机控制系统一方面实现对自身监测设备运行状态的检测及控制，另一方面通过与从机控制系统、遥控器系统、触摸屏系统进行通信，实现从机控制系统、遥控器系统、触摸屏系统对主机控制系统的控制。同时，主机控制系统接入云平台，实现主机控制系统的远程监控。在一个智能联动控制系统中，一个主机控制系统可以与一个或者多个从机控制系统实现通信，一个从机控制系统只可以与一个主机控制系统实现通信。2系统实现2.1智能联动控制系统硬件系统设计主机控制系统包括MCU模块、无线网络模块、传感器模块、按键开关模块、编码开关模块、串口通信模块、指示灯模块。从机控制系统包括MCU模块、无线网络模块、传感器模块、按键开关模块、编码开关模块、串口通信模块、指示灯模块。遥控器系统包括MCU模块、无线网络模块、编码开关模块、按键开关模块。触摸屏系统包括显示模块、串口通信模块。2.2智能联动控制系统工作方式主机控制系统、从机控制系统内部各模块之间数据信息流如图2所示。主机控制系统与从机控制系统中MCU模块根据获取的编码开关模块信息，配置无线网络参数，无线网络模块根据配置的无线网络参数建立无线网络连接，实现主机控制系统与从机控制系统的无线网络通信。主机控制系统与从机控制系统中MCU模块根据传感器模块检测到的数据，对主机设备运行状态进行显示及控制。主机控制系统与从机控制系统中MCU模块根据按键开关模块信息，实现对主机设备的控制。主机控制系统与从机控制系统中MCU模块通过串口通信模块实现与串口相连设备的通信。主机控制系统与从机控制系统中MCU模块根据业务逻辑控制指示灯模块运行，实现对设备运行状态进行指示。龙源期刊网模块通过无线网络模块接入云平台，将主机控制系统监测设备运行状态及所连从机控制系统监测设备运行状态上传至云平台，实现主机控制系统的远程监控。遥控器中MCU模块及无线网络模块长时间处于休眠状态，通过按键开关唤醒MCU模块，MCU模块实现对无线网络模块的唤醒，然后将按键开关模块信息及编码开关模块数据信息，通过无线网络模块发送。触摸屏系统对串口通信模块获取到的数据进行显示，并根据触摸屏界面上的操作信息通过串口通信模块发送。3系统应用现有的集尘器控制系统主要通过机器本身的启停按键实现变频器的启停控制，并且没有对集尘器状态检测的显示，因此存在以下问题：①集尘器早于粉尘设备开机或者粉尘设备停机之后集尘器一直运行，造成能源浪费；②粉尘设备开机一段时间后集尘器开机运行，此时产生的粉尘没有被及时清理造成粉尘设备周边粉尘浓度较高，造成空气污染；③没有对集尘器运行状态监测显示，无法对集尘器的工作故障进行有效判断并告警；④集尘器的启停操作必须要操作人员近距离接触集尘器进行控制，使用不便利。因此，将智能联动控制系统应用于集尘器的控制，实现对集尘器的智能控制。整个除尘器智能联动控制系统包括安装在除尘器上的主机控制器、触摸屏，安装在粉尘设备上的从机控制器，遥控器。3.1主机控制器如图3所示，除尘器的变频器控制主要包括远程控制、自动控制、手动控制、预警控制等方式。遥控器检测到开机或停机按键信息时，将开机或停机信息发送给主机控制器，从而实现遥控器对除尘器变频器的远程启停控制。从机控制器根据霍尔电流传感器检测到的从机设备电机的电流值，计算从机设备运行功率，判断从机设备处于开机还是停机状态，并将设备状态通过无线wifi模块发到主机控制器，从而实现从机控制器对除尘器变频器的自动启停控制。触摸屏检测到其参数设置界面上开机或停机按键信息时，将开机或停机信息发送到主机控制器，从而实现触摸屏对除尘器变频器的手动启停控制。主机控制器根据压力传感器模块检测到的除尘器粉尘通道中压力数据、尘高传感器模块检测到的除尘器尘箱中粉尘高度数据，判断除尘器粉尘通道压力、尘箱中粉尘高度是否达到报警阈值，实现对除尘器变频器的智能控制。主机控制器中压力传感器、尘高传感器的检测流程如图4所示。通过判断压力传感器、尘高传感器检测数据是否达到预警阈值，实现对除尘器变频器的智能控制。如图5所示，主机控制器、从机控制器根据拨码开关信息配置无线wifi网络参数，建立无线wifi网络连接，实现链路层网络通信。3.2从机控制器龙源期刊网所示，从机控制器每20us获取一次霍尔电流传感器数据，每1000个数据计算出最大值与最小值之差，即每20ms计算获取一次电流的峰值，作为单次霍尔电流传感器采样电流。从机控制器应用层程序每20ms读取霍尔电流传感器采样电流，计算从机运行设备功率，根据启动功率大小，判断当前从机设备的启停状态，并将从机设备状态通过无线wifi发送到主机控制器。3.3触摸屏触摸屏获取或设置从机启动功率的流程如图7所示。触摸屏向主机控制器发送获取或设置从机启动功率指令，主机控制器根据接收到的信息，向从机控制器发送获取或设置从机动功率指令，从机控制器接收到信息后，向存储模块读取或写入从机启动功率，并向主机控制器发送返回信息，主机控制器接收到从机控制器信息，判断是否超时，如果超时，向触摸屏发送异常码，否则根据从机控制器返回信息发送相关返回信息，触摸屏接收主机控制器返回信息，判断是否超时，如果超时，显示“Moudbus通信故障”，如果接收到异常码，显示“wifi通信故障”，否则显示从机启动功率或“启动功率设置成功”。4结束语针对智能工厂中设备运行状态检测及设备组网通信，结合物联网技术，提出了一套基于物联网的智能联动控制系统，包括主机控制系统、从机控制系统、遥控器系统、触摸屏系统等子系统。各个从机控制系统独立工作，同时与主机控制系统组成网络，通过网络通信实现主机控制系统的智能控制。将智能联动控制系统应用在集尘器领域中，实现对集尘器的智能控制，一方面便于对集尘器的智能管理，另一方面有利于对整个车间机器的智能控制。本文提出的智能联动控制系统具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济等优点。随着物联网、云计算等新技术的普及应用，新型智能传感器及仪器装置等产品的研发，智能联动控制系统的功能将会不断拓展，定会有更加光明的未来。参考文献[1]王喜文.工业4.0：智能工业[J].物联网技术，2013，（12）：2-3.[2]GonzálezGR，OrganeroMM，KloosCD.EarlyInfrastructureofanInternetofThingsinSpacesforLearning[C].EighthIEEEInternationalConferenceonAdvancedLearningTechnologies.IEEE，2008：381-383.[3]InternationalTelecommunicationUnionUIT.ITUInternetReports2005：TheInternetofThings[J].TheInternetofThings2005，（17）：19-21.[4]GUSTAVORG，MARIOMO，CARLOSDK.EarlyinfrastructureofanInternetofThingsinSpacesforLearning[C].EighthIEEEInternationalConferenceonadvancedLearningTechnologies，2008：381-383.龙源期刊网[5]AMARDEOC，SARMA，JG.IdentitiesintheFutureInternetofThings[J].WirelessPersCommun2009，（49）：353-363.[6]赵静，喻晓红，黄波，等.物联网的结构体系与发展[J].通信技术，2010，（9）：106-108.