基于物联网的挤压机远程监控系统研究

张金

摘要：随着工业发展和智能化生产的逐渐成熟，现场总线技术、Internet网络传输技术广泛应用于工业生产，在挤压机的生产运行中，基于工业远程安全通信模块和PLC工业远程安全通信技术，将挤压机的液压系统、机械系统、机前操作系统、辅助系统等连接为统一的监控系统，为决策提供更加详实的数据资料，更加切合实际的智慧分析，实现对挤压机状态的系统化、现代化管理，全力确保挤压机状态监控系统的安全运行。该文结合挤压机工作中信号的采集方式、处理方式、远程传输，依据实际应用效果，阐述挤压机状态监控系统的安全、稳定、可靠。

关键词：物联网；远程监控；远程通信；信号采集

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）03-0248-02

1 概述

在挤压机生产运行过程中，挤压过程受主缸压力、挤压筒温度、挤压速度等工艺参数和设备运行状态的影响。在传统的挤压机挤压生产过程中，由于生产工艺简单，往往缺乏对生产过程工艺参数和生产现场的监测监控，发生故障时，难以迅速排查，设备运行时各种参数及工艺也无法实时获取和保存。而对于单点的监控，只有当在监控的范围之内，现场设备发生异常情况时候，才能发挥一定的作用。因此，采用基于物联网的挤压机生产过程信息综合管理系统，可同时采集不同的相关信息，进行有效的提取和传输，可以有效实现统一规划、统一标准、实时高效，从而达到挤压机生产的过程监控、强化安全、节约资源和提高效益的目标。

2 搭建挤压机信息化监控中心

搭建挤压机信息化监控中心，主要分为感知层、传输层以及应用层三个部分。

2.1 感知层

温度传感器、速度传感器、压力传感器等其他多种传感器是感知层的构成。传感器是可以感受到被测量信息的检测装置。为了满足挤压机生产信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制，实现对挤压机生产过程自动检测和自动控制等要求，传感器按一定的规律，将检测感受到的信息按一定规律转换成电信号或者其他形式的信息输出，满足对信息显示、传输、记录和存储等要求。

在挤压生产中应用到的传感器，负责将挤压筒温度、主缸压力、挤压速度等关乎挤压机的挤压生产参数，通过现场总线通信技术感知、量化后传输到西门子PLC电气控制系统。通过数据记录，并结合产品的特性、现场工作人员的经验，不断调整生产的参数模型，将参数调整到最适合挤压生产所需的状态。

2.2 传输层

无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。在挤压机监控管理中心与现场设备之间的信息交换，大部分通过无线通信技术来实现。现场挤压机设备与监控中心距离一般会在5km以上，有的甚至会超过10km，通过无线通信模块进行数据传输，不但节省了成本，而且还可以有效地保证远程通信的便捷与可靠。

无线通信信号是属于一种电磁波信号，具有波的特性。利用无线进行通信时，主要考虑通信干扰和通信距离两个因素。

无线通信产品受到的干扰，主要来自于三方面：

1）供电电源的稳定性。在进行无线通信时，供电电源要从交流的220V转变成直流的24V，实际输出值须在24V上下小范围内波动，以保证无线通信模块在工作时电源达到稳定。

2）通信线的屏蔽能力。PLC和无线模块两个通信接口之间的通信线，必须要能够屏蔽外来信号的干扰，使得无线信号免受干扰。

3）同频干扰。无线通信中，同频信号必定会受到干扰。降低同频干扰的可能性的方法就是减小带宽。

挤压机远程监控中心与现场无线通信系统拓扑图如图1所示：

针对挤压机智能化设备以及监控中心的需求，设计了远程监控系统。该系统可以实现在监控中心对现场的实时在线诊断、实时显示现场设备动作、实时在线监控等功能。系统的SCADA拓扑图如图2所示。

可编程逻辑控制器PLC从现场的设备采集到信息，经工业以太网传输到现场监控主机，再经由无线网络连接到挤压机监控中心，实现了监控中心对现场PLC的程序访问，可以完成在线诊断和上下载程序的功能，节省了施工成本，实现了对现场设备的信息化管理和物联网的网络化和智能化。同时，监控中心到现场的每一个站点在读写程序上支持OPC协议，可实现数据在远端服务器执行的云计算。

通过该系统，可以实现监控中心对挤压机的主缸压力、挤压筒温度、挤压速度的远程监控，具体体现在以下三个方面：

1）应用远程通信模块，实现了存储数据从局域网到广域网的转变，可以对每一层数据进行检查监控，并且支持S-Link协议转换。

2）S-Link协议是工业数据在Internet中传输过程中，基于标准协议不通用性，对广域网传输所开发的一种协议。该协议采用RSA算法，利用公钥和私钥结合的方式进行加密，确保了工业数据在传输过程中的真实性。

3）现场设备的所有变量均在一个局域网中，满足工业数据传输的实时性要求，因此，该系统采用VLAN技术，提高工业数据传输的安全性。

2.3 应用层

应用层是实现挤压机监控中心对现场挤压机设备进行信息化管理，是在搭建完毕感知层、传输层，大量数据采集和汇总之后，显示现场挤压机设备的实时信息。

1）数据监测功能：挤压机设备的主缸压图、挤压筒温度、挤压速度等信息，可集中到可编程控制器中的信息，均可实现在线监测。

2）远程监控功能：接在PLC上的设备，通过该系统均可实现对设备的远程启停。

3）报警功能：挤压机监控中心对存储在服务器中的监测数据、报警信息进行建立参数预警保障机制，可以实时显示挤压机设备的运行状态，同时也可以将报警数据、监测数据生成报表导出，支持打印输出。

3 结论

基于物联网的挤压机传感器采集技术、无线远程传输技术、组态二次开发技术以及串口无线通信技术、PLC逻辑控制技术而搭建起来的挤压生产远程监控系统，为决策提供了更加详实的数据资料，可以实现对现场设备统一规划、统一标准、实时高效的远程监控，达到挤压机生产的实时监控、强化安全、节约资料和提高效益的目标，提升了挤压产品的质量和挤压生产工艺，在其他相关领域的监控具有广泛的应用价值。

参考文献：

[1] 蒋婷婷.大型挤压机监控系统方案设计及实验研究[D].长沙： 中南大学， 2012.

[2] 朱暉，彭海.西门子S7-300在挤压机监控系统中的应用[J].现代经济信息， 2013（10）.

[3] 杨武.大型挤压机等温挤压及速度控制系统研究[D]. 长沙：中南大学， 2014.

[4] 贾召喜.基于工业物联网的生产线远程监控系统研究[D].天津：河北工业大学， 2015.

[5] 傅陈毅.基于物联网的危险品远程监控系统设计[D]. 大连：大连海事大学， 2013.