本文摘要：摘要：本研究提出了基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集分析監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)計了針對唐山中潤煤化工有限公司煤焦化工藝中裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車等四大車的監(jiān)測監(jiān)控整體框架，實現(xiàn)了開發(fā)環(huán)境搭建、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、云端存儲、終端顯示功能。重點研發(fā)了信息采
摘要：本研究提出了基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集分析監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)計了針對唐山中潤煤化工有限公司煤焦化工藝中裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車等四大車的監(jiān)測監(jiān)控整體框架，實現(xiàn)了開發(fā)環(huán)境搭建、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、云端存儲、終端顯示功能。重點研發(fā)了信息采集設(shè)備、云平臺應(yīng)用程序等技術(shù)，并且以戶外大型設(shè)備中的推焦車數(shù)據(jù)采集為例進行了測試。本研究成功構(gòu)建了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測平臺，并在中潤公司得到了順利實施，達到了預(yù)期效果，為應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)煤焦化企業(yè)四大車的全面監(jiān)測監(jiān)控打下了堅實的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：煤化工,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),四大車監(jiān)測監(jiān)控,推焦車
相關(guān)論文投稿刊物：《信息安全與技術(shù)》雜志是我國信息安全和信息技術(shù)領(lǐng)域集學(xué)術(shù)性、技術(shù)性、專業(yè)性和權(quán)威性為一體的國家級月刊，面向中國信息安全與技術(shù)領(lǐng)域，展現(xiàn)學(xué)術(shù)水平和專業(yè)技術(shù)成果，創(chuàng)建中國信息安全與技術(shù)領(lǐng)域第一交流平臺，以期提高我國信息安全和信息技術(shù)的突破。
0引言
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開無線通信，智能移動設(shè)備，大數(shù)據(jù)，處理器，傳感器等領(lǐng)域的快速發(fā)展。其中，特別是傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，在整合靈敏度和成本方面做得更好。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，基于藍牙、Wi-Fi和LTE等協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)形式日益成熟，無線基站信號逐漸覆蓋大部分城市地區(qū)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以幫助傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級到智能化的新階段。
1技術(shù)方案
1.1研究目標
在本研究中，對嵌入式主板的整體開發(fā)。通過擴展外接設(shè)備，可監(jiān)測戶外大型設(shè)備的實際工作狀態(tài)。采集的數(shù)據(jù)可以被分析并進行匯總，傳輸?shù)皆品⻊?wù)器并在終端同步顯示。通過這種方式，相關(guān)人員可以通過遠程設(shè)備實時監(jiān)控大型設(shè)備的生產(chǎn)和運行狀態(tài)，從而提高生產(chǎn)管理效率。
1.2外接設(shè)備選型
根據(jù)實際需求和成本考慮，主控芯片選型選擇ARM內(nèi)核處理器，其型號為三星S5P4418微處理器，該主控芯片是控制的核心部分，它負責(zé)主要信息的采集和操作、邏輯分析、機制執(zhí)行等處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有體積小，功耗低，性能高，成本低等特點。
嵌入式處理器及主板參數(shù)本研究使用訊為公司生產(chǎn)的基于S5P4418微處理器的itop-4418嵌入式主板，其集成了豐富的硬件外設(shè)接口，例如USB接口，SPI接口，I2C總線接口，UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)，電源管理器，PWM定時器和許多通用輸入/輸出GPIO(GeneralPurposeInputOutput)引腳。
1.3操作系統(tǒng)的選擇
在操作系統(tǒng)中，各種操作系統(tǒng)的選擇應(yīng)充分考慮操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和兼容性，如果只為一個項目開發(fā)一個新的操作系統(tǒng)是非常困難的，特別是具有穩(wěn)定，高效和可靠等性能，作為嵌入式操作系統(tǒng)，通常是配置現(xiàn)有的操作系統(tǒng)。根據(jù)分析比較，Linux系統(tǒng)最適合這個項目的開發(fā)。Linux被選為本設(shè)計中用于開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)。
1.4接口與協(xié)議制定
目前嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設(shè)備接口有I/O接口，有RS-232接口(串行通信接口)、Ethernet(以太網(wǎng)接口)、USB(UniversalSerialBUS，通用串行總線接口)、I2C(InterIntegratedCircuit，I2C總線)、SPI、LVDS(Low-VoltageDifferentialSignaling，低電壓差分信號)、JTAG(JointTestActionGroup，聯(lián)合測試行動小組)、PCI(PeripheralComponentInterconnect，局部總線系統(tǒng))、HPI(HostPortInterface，主機通信接口)等。在推焦車上做實際測試采集三路數(shù)據(jù)，即推焦車啟停信息、位置距離信息、推桿工作信息。所以對于接口的數(shù)量選擇就是三個。
因推焦車的啟停信息在繼電器下取信號，對于繼電器信號的采集，因繼電器上接口為TTL，所以，這一路信號的采集主要通過TTL-串口轉(zhuǎn)換器與主板的串口連接。采用編碼器進行位置距離信息的采集，也可采用串口與主板連接。采用工業(yè)相機抓拍推桿工作照片，關(guān)于工業(yè)相機與主板的連接問題，首先考慮到傳輸?shù)氖菆D片，其圖片的數(shù)據(jù)較大，如果通過串口傳輸會造成很大的延遲并且會收不到圖片(串口傳輸速率較慢)，因此本研究中工業(yè)相機與主板的連接采用網(wǎng)口連接。
1.5數(shù)據(jù)傳輸
無線通信模塊設(shè)計系統(tǒng)采用了QuectelEC204G無線通信芯片，采用高通MDM9215平臺。EC20支持LTE和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)。EC20模塊封裝在標準PCIe接口中，嵌入式主板主要通過usb進行通信。
1.6云端應(yīng)用
實時數(shù)據(jù)是整個煤焦化四大車監(jiān)控系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是數(shù)據(jù)監(jiān)控中心重要的組成部分，應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器共用同一個數(shù)據(jù)庫。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，本研究具體實施中租用了阿里云ECS服務(wù)器，具體的配置為(2vCPU8GB(I/O優(yōu)化)、ecs.t5-lc1m4.large、2Mbps)。
在云端搭建了數(shù)據(jù)庫以及配置Web服務(wù)器。關(guān)于數(shù)據(jù)庫控制器的具體實現(xiàn)過程分為兩個步驟。首先，數(shù)據(jù)接收的具體實現(xiàn)是基于TCP/IP協(xié)議中HTTP協(xié)議的Socket通信。在本系統(tǒng)中4G發(fā)送端為客戶端，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為服務(wù)器端�？蛻舳烁鶕�(jù)IP和端口找到服務(wù)器，服務(wù)器端接受請求并建立連接，至此完成一個數(shù)據(jù)通信通道建立。
其次，在Web應(yīng)用層解析數(shù)據(jù)流，并分發(fā)至Service接口，在業(yè)務(wù)邏輯層操作Service對象進行存儲業(yè)務(wù)邏輯處理，然后在數(shù)據(jù)持久層操作DAO對象完成最基本的增添數(shù)據(jù)邏輯操作，建立數(shù)據(jù)庫表的映射關(guān)系，最后由數(shù)據(jù)庫層操作數(shù)據(jù)庫完成最后的數(shù)據(jù)寫入工作。本研究中推焦車的數(shù)據(jù)采集是不定時的，采用定時發(fā)送請求的方法。當有采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳變或超出正常值等安全隱患時，能夠?qū)eb遠程客戶端的用戶(包括管技人員的手機界面)發(fā)出警示信息提醒，可以遠程操作，進行人為干預(yù)，避免戶外大型設(shè)備運行中出現(xiàn)的隱患由于排查不及時影響焦化分廠正常生產(chǎn)。
1.7顯示終端界面
利用web前端技術(shù)，采用HTML、CSS3、JavaScript等對頁面的整體布局以及邏輯關(guān)系進行相應(yīng)的編寫，使其可以直觀的反應(yīng)機房智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。對進行數(shù)據(jù)更新的部分構(gòu)造出div或者相關(guān)的函數(shù)，采用JSON技術(shù)對界面的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的更新。
2通信協(xié)議的制定
關(guān)于協(xié)議的制定，因為傳輸?shù)姆绞讲捎?G傳輸，所以，協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，也就是利用socket編程，直接在串口進行網(wǎng)絡(luò)編程。這樣我們可以把串口當做一個客戶端，把服務(wù)端安裝在服務(wù)器上。通過直接編譯Linux下的非阻塞socket編程，把串口采集的數(shù)據(jù)通過tcp協(xié)議進行傳輸。其次在服務(wù)器與顯示端軟件的協(xié)議的制定，主要是前端界面顯示數(shù)據(jù)，在服務(wù)器上調(diào)用數(shù)據(jù)其用到的協(xié)議為HTTP(HyperTextTransferProtocol，超文本傳輸協(xié)議)協(xié)議。
3關(guān)鍵技術(shù)
本研究屬于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在戶外大型設(shè)備上的應(yīng)用研究，通過對嵌入式主板及外接設(shè)備進行開發(fā)，實現(xiàn)了對戶外大型設(shè)備運行狀態(tài)以及工作狀態(tài)等信息采集。同時，本研究搭建了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大型設(shè)備上的監(jiān)控平臺，對日后功能的擴展提供了便利條件。
本研究重點對于采集前端、云端服務(wù)器以及終端軟件進行了設(shè)計和實現(xiàn)，主要關(guān)鍵技術(shù)如下：①采用4G網(wǎng)絡(luò)的移植技術(shù)，將4G模塊嵌入至主板上，采用socket技術(shù)進行通信，將數(shù)據(jù)傳輸至云端，減少現(xiàn)場線路敷設(shè)。②用外接設(shè)備來對戶外大型設(shè)備運行狀態(tài)以及工作狀態(tài)等信息進行采集，并且對外接設(shè)備進行開發(fā)，以及通訊接口的開發(fā)。③操作系統(tǒng)操作移植技術(shù)，主要對嵌入式Linux系統(tǒng)進行操作，交叉編譯并且制作根文件系統(tǒng)。④遠程監(jiān)測網(wǎng)站開發(fā)技術(shù)，編寫適合企業(yè)人員的類似于組態(tài)軟件的界面，主要對PC端以及移動端進行編寫，主要用到的技術(shù)有C語言、Java、JAVAWEB、HTML、CSS3、JavaScript、AJAX、JDBC等。
4總結(jié)
本研究是基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的探索性實際應(yīng)用，旨在逐步建立對裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車四大車的全面監(jiān)測監(jiān)控的基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)平臺。所做的研究內(nèi)容屬于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在實際應(yīng)用的起始部分，為日后實現(xiàn)煤化工企業(yè)戶外大型設(shè)備的智能化與自動化監(jiān)測監(jiān)控搭建了有效的技術(shù)平臺。
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