遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)視控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

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摘要：數(shù)據(jù)采集與堅(jiān)實(shí)控制系統(tǒng)在智能制造領(lǐng)域中是一項(xiàng)重要的組成。電動(dòng)機(jī)是一種動(dòng)力輸出設(shè)備，并且應(yīng)用十分廣泛，同時(shí)還擁有許多的種類?；诠ぷ麟娫吹牟町?，電動(dòng)機(jī)可以將其分為交流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)兩個(gè)大體類型。而同步電機(jī)則是一種交流感應(yīng)電機(jī)，與異步電機(jī)十分類似。本文將監(jiān)視控制系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)中的同步電機(jī)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以有效的增強(qiáng)生產(chǎn)的安全性，并獲得良好的效果。

關(guān)鍵詞：云平臺(tái)；同步電機(jī)；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集；監(jiān)視系統(tǒng)

引言

電動(dòng)機(jī)是一種十分活躍的組件，所以會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行異?，F(xiàn)象，如果不及時(shí)采取解決措施，不僅會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的使用壽命減少，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。所以，在同步電機(jī)中建立一套遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)非常有必要。

1同步電機(jī)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的需求

由于生產(chǎn)機(jī)器是采用高效同步電機(jī)，所以要想對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，首先就需要確定檢測(cè)參數(shù)，而如果選擇過于繁瑣的參數(shù)，將會(huì)浪費(fèi)計(jì)算資源以及處理成本，而參數(shù)選擇不準(zhǔn)的話，將會(huì)導(dǎo)致故障檢測(cè)不夠及時(shí)，從而導(dǎo)致電機(jī)的壽命受損。當(dāng)前在對(duì)于電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)以及故障診斷過程中，所采用的方式主要是基于信號(hào)的處理方式。將電機(jī)各參數(shù)作為一種實(shí)時(shí)變化的信號(hào)來進(jìn)行處理。而這一方法屬于高精度方法，比較適合應(yīng)用在故障已經(jīng)發(fā)生之后的身段中，或者是應(yīng)用在精密生產(chǎn)的故障預(yù)測(cè)方面。因此，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)需要及時(shí)的對(duì)同步電機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果出現(xiàn)參數(shù)超范圍的情況，將會(huì)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警[1]。因此，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)所選擇的監(jiān)控參數(shù)作為電流與電壓，同時(shí)讀取轉(zhuǎn)速以及頻率等，并且這些參數(shù)是直接從電機(jī)控制器中所讀取得到的數(shù)據(jù)，將其作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)同步電機(jī)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)。

1.2數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

同步電機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中，在云服務(wù)其上主要包括數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器等；數(shù)據(jù)庫適用于存放與系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)、信息等，并且還支持Web的運(yùn)行，根據(jù)不同的服務(wù)器端來選擇不同技術(shù)。而駐留程序主要是在服務(wù)器運(yùn)行，其具有兩方面的功能[2]。首先是接收數(shù)據(jù)，生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)將會(huì)發(fā)送給駐留程序，在接收數(shù)據(jù)之后，對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理；其次是數(shù)據(jù)庫通訊。在數(shù)據(jù)庫中錄入數(shù)據(jù)，設(shè)備端為貼近生產(chǎn)的各模塊，主要有HMI與PLC觸摸屏、生產(chǎn)線自帶的同步電機(jī)、WiFi通訊模塊、變頻器以及STM32單片機(jī)等；Web模塊則主要含有客戶端以及服務(wù)器端。其中，客戶端相當(dāng)于瀏覽器，用戶通過客戶端就能夠?qū)τ陧?xiàng)目數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。

1.3數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的硬件模塊主要包括變頻器、PLC、同步電機(jī)、觸摸屏HMI以及數(shù)據(jù)采集卡。HMI觸摸屏與PLC兩者之間相結(jié)合，能夠設(shè)計(jì)出更為復(fù)雜且全面的界面，同時(shí)還可以取代PLC的外接按鈕；變頻器的作用在于能夠?qū)ν诫姍C(jī)直接控制，從而對(duì)電機(jī)開展調(diào)速、故障檢測(cè)以及運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)等；數(shù)據(jù)擦機(jī)卡包括WiFi發(fā)射模塊以及STM32單片機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡與PLC通訊會(huì)在讀取數(shù)據(jù)之后，然后將其發(fā)送到云端；PLC主要是應(yīng)用于控制變頻器，以此來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程度更高的控制。如下圖1所示為硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。

1.4系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)

當(dāng)前，關(guān)于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的軟件模塊方面還尚未有準(zhǔn)確定義。所以，本文主要是通過WiFi模塊來發(fā)送數(shù)據(jù)，之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、儲(chǔ)存、以及處理的部分就是軟件。而本系統(tǒng)的軟件部分主要含有服務(wù)器駐留程序、數(shù)據(jù)庫、云服務(wù)器以及Web網(wǎng)頁客戶端。

1.4.1數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器駐留程序設(shè)計(jì)在windows系統(tǒng)下，對(duì)于云端數(shù)據(jù)庫SQLServer的訪問形式非常多，但是因?yàn)楸疚牟劣玫氖荢QLServer數(shù)據(jù)庫為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，所以只需要考慮OLEDB、DAO以及ADO的訪問方式。其中，OLEDB的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)﹃P(guān)系型、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)同時(shí)訪問，而其雖然偏底層，性能高，但是在實(shí)際的開發(fā)過程中，所投入的消耗也較大。而DAO這一方式在性能與可拓展性方面比較一般；ADP具有著OLEDB的優(yōu)勢(shì)，并且還完善了易用性。所以，適合應(yīng)用在本文中進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的訪問。服務(wù)器駐留程序是運(yùn)行在服務(wù)器端的一種程序，其主要目的是為了能夠與數(shù)據(jù)采集卡之間進(jìn)行通訊，并將其作為在數(shù)據(jù)庫中錄入數(shù)據(jù)的橋梁。

1.4.2客戶訪問端設(shè)計(jì)客戶端的訪問方式分為手機(jī)端、電腦端。但是大部分的監(jiān)控需求主要是在辦公區(qū)域中，因此本研究采用的是電腦端。而電腦端的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)體系結(jié)構(gòu)又可以分為C/S結(jié)構(gòu)以及B/S結(jié)構(gòu)。其中，C/S結(jié)構(gòu)即客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)；B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。因?yàn)榭紤]到經(jīng)濟(jì)因素，所以選擇采用B/S結(jié)構(gòu)來開發(fā)客戶端。并且由于本文所選擇的SQLServer數(shù)據(jù)庫，所以選擇ASPNET技術(shù)來開發(fā)Web網(wǎng)頁。

2同步電機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的邊緣計(jì)算

2.1邊緣計(jì)算與云計(jì)算概述

在靠近物或是數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行計(jì)算、儲(chǔ)存等應(yīng)用就是邊緣計(jì)算。并且邊緣計(jì)算非常注重在接近數(shù)據(jù)或傳輸?shù)牡胤絹韺?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，基于此來降低運(yùn)行過程中計(jì)算中心的壓力。而由于不需要與計(jì)算中心之間進(jìn)行通訊，所以具有安全性、敏捷性以及實(shí)時(shí)性等優(yōu)勢(shì)。因此，利用邊緣計(jì)算，主要目的是為了打造一個(gè)智能的傳輸系統(tǒng)或者是智能終端系統(tǒng)。邊緣計(jì)算是一個(gè)十分廣泛的概念，既可以是微處理器、計(jì)算機(jī)，也可以是智能終端，只要具有計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存功能即可。

2.2邊緣計(jì)算—數(shù)據(jù)預(yù)處理

邊緣計(jì)算的一項(xiàng)重要功能就是對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，從而在海量的數(shù)據(jù)中提取其中的機(jī)制，同時(shí)減少冗余，以此來降低數(shù)據(jù)上傳的體量。而由于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理之后，將會(huì)知識(shí)云中心的負(fù)載降低，因此處理結(jié)果與設(shè)備端更加靠近，在檢測(cè)到異常情況之后，可以進(jìn)行十分迅速的反映。簡單數(shù)據(jù)處理是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化程序，能夠封裝在邊緣節(jié)點(diǎn)，而數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，其算法則能夠封裝在STM32開發(fā)板中。另外，如果計(jì)算比較繁瑣的話，無需將其放在云端，在利用邊緣計(jì)算能力的同時(shí)，可以使得云計(jì)算中心的負(fù)載得到有效的減輕。

3同步電機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

3.1遺傳算法求解背包問題最優(yōu)解的驗(yàn)證

當(dāng)具有大量的數(shù)據(jù)文件時(shí)，遺傳算法可以得到一個(gè)接，但是所得到的這一個(gè)解是否是最優(yōu)解或者是近似最優(yōu)解很難去判斷，因此通過小數(shù)據(jù)量觀察，最終求出最優(yōu)解。假設(shè)，緩存大小為50M，訪問3次以上的文件數(shù)共有5個(gè)。而當(dāng)緩存大小存在限制的時(shí)候，上述的緩存替換最優(yōu)解為將x1、x2、x3替換至緩存。而根據(jù)傳統(tǒng)的最高頻次法，將訪問10次、8次的放入緩存x1、x2，此時(shí)總大小為48M，總訪問次數(shù)為18次，這一結(jié)果表明，最高頻詞法得到結(jié)果有可能不是最優(yōu)解，甚至還可能是一般解。

3.2數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的運(yùn)行試驗(yàn)

3.2.1客戶端運(yùn)行試驗(yàn)利用一臺(tái)可以上網(wǎng)的電腦，在IE瀏覽器中輸入訪問地址，之后將會(huì)跳轉(zhuǎn)至登錄首頁，并填寫登錄名、密碼以及驗(yàn)證碼之后才可以登錄。其中，導(dǎo)航欄電極狀態(tài)按鈕能夠勘察所有電機(jī)的歷史數(shù)據(jù)信息；生產(chǎn)線電機(jī)按鈕可以查看生產(chǎn)線電機(jī)；狀態(tài)監(jiān)測(cè)按鈕能夠顯示出各個(gè)電極最近的一次數(shù)據(jù)采集情況。

3.2.2數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)在現(xiàn)場的PLC上安裝數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)登錄遠(yuǎn)程服務(wù)器的主機(jī)，并將服務(wù)器主流程序打開，并輸入本機(jī)公網(wǎng)IP地址，并電極Start按鈕進(jìn)行監(jiān)聽，之后在服務(wù)器端打開數(shù)據(jù)庫，新建查詢，查詢數(shù)據(jù)。如果WiFi模塊連接服務(wù)期之后立即開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，并且之后每間隔一分鐘就會(huì)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集的話，這表示數(shù)據(jù)采集卡能夠正常運(yùn)行，同時(shí)數(shù)據(jù)采集也可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)定的要求。

4總結(jié)

本文通過對(duì)同步電機(jī)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出來其中的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，并且對(duì)于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的邊緣計(jì)算進(jìn)行了相關(guān)研究和應(yīng)用，得到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]祁國成,李科杰,李亞峰,等.油氣管道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)實(shí)驗(yàn)[J].強(qiáng)激光與粒子束,2015,27(12):162-167.

[2]王博.同步電機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)[D].浙江:浙江大學(xué),2018.

作者：張士榮 吳蓮 單位：江蘇理工學(xué)院