探究二氧化碳流量計遠程監控平臺的設計
點擊次數：2896 發布時間：2021-01-08 05:43:23
摘要筆者介紹了二氧化碳流量計遠程監控平臺的設計。此平臺實現了對二氧化碳流量計設備的遠程監控、遠程工藝管理、遠程維護以及遠程報警管理。
前言
隨著社會的高速發展，傳統制造業隨著智能制造不斷地升級換代，工業窯爐設備自動化程度得到了飛速提高。在大大減輕了人力的同時，控制系統復雜程度及設備本身安全性能化設計也越來越高。如何提升設備利用率、加強設備維護維修時效性、簡化人工損耗越來越受到各個生產企業的關注和重視。設備的遠程運行狀態監控、遠程工藝管理、遠程運維管理、遠程報警管理將成為設備的重要組成部分。
１ 需求
工業窯爐燒成過程屬于一個時變性、大滯后、多干擾的熱工過程，并衍生出多種多樣的復雜配套控制系統。一旦窯爐出現復雜的燒成或工藝故障，若無專家幫助，很難及時排除故障，從而影響生產正常進行，將會帶來不可預測的損失。二氧化碳流量計遠程監控平臺實現了遠程監視該設備的運行狀況，并可實現不受空間、時間限制的操控該設備，從而完成了遠程工藝管理、遠程運維管理、遠程報警管理，為預防、處理此類故障提供了極大的便利，節約了時間成本。
２ 平臺架構
二氧化碳流量計遠程監控平臺大致可分為４層。*一層為硬件設備控制層，*二層為設備數據通訊層，*三層為數據網絡傳輸層，*四層為數據遠程監控管理層（如圖１所示）。
２．１二氧化碳流量計遠程監控平臺硬件設備層
在二氧化碳流量計遠程監控平臺中，*一層完成了設備的所有動作性能控制。加熱系統選用泰矽Ｔ７數顯設定調控器控制，集成了ＰＩＤ控溫和ＲＳ４８５通訊功能，配合熱電偶信號反饋，形成閉環控制，使設備加熱過程得以精確控溫；傳動系統選用三菱變頻器控制，使回轉速度可以在一定范圍內根據燒成工藝要求進行自由調整；進氣系統選用山武ＭＱＶ數字質量流量計控制，在物料反應或保護過程中，可以精確控制氣體流量；升降、給出料等系統動作的控制，根據經濟性、可靠性、可擴展性，具有以太網通訊功能，選用西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＰＬＣ控制。
２．２二氧化碳流量計遠程監控平臺設備數據通訊層
由于工業窯爐設備的固有屬性，在設備現場必須有可靠的監視和控制平臺，所以就地設置了觸摸屏來實現。觸摸屏是人機交互和信息傳輸、反饋的媒介，它實現了信息的內部形式與用戶可以接受形式之間的轉換。為配合平臺的開發，選用了ＭＣＧＳ觸摸屏，配有兩個ＲＳ４８５串口和一個１０／１００Ｍ自適應以太網接口。加熱系統的調功器、傳動系統的變頻器以及進氣系統的質子流量計通過ＲＳ４８５串口與ＭＣＧＳ觸摸屏通訊，而升降、給出料等系統的ＰＬＣ通過以太網與ＭＣＧＳ觸摸屏通訊，提取設備所有的數據。經過處理的數據，能夠提供二氧化碳流量計設備的控制、程序、報警、溫度曲線、報警記錄及數據記錄功能，提供更加便捷的人機交互平臺，極大地方便了現場人員對二氧化碳流量計的操控與管理。
２．３二氧化碳流量計遠程監控平臺數據網絡傳輸層
二氧化碳流量計提取到的全部數據，由ＭＣＧＳ觸摸屏利用ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ／ＩＰ數據轉發協議，經過工業級交換機，傳輸給智能網關，再通過智能網關上傳至云平臺端的數據服務器。網絡傳輸層選用的ＨＩＮＥＴＭ１１１Ｔ智能網關，是一個集成多種互聯網通訊技術，其包含的３Ｇ、４Ｇ、ＷＩＦＩ、有線網絡等多種互聯網接入方式。為設備的遠程信息化管理提供高速便捷的安全通訊鏈路，為整個平臺各功能得以實現提供安全可靠的保障和基礎。
２．４二氧化碳流量計遠程監控平臺數據遠程監控層
二氧化碳流量計遠程監控平臺的數據遠程監控層通過３Ｇ、４Ｇ、ＷＩＦＩ、有線網絡等多種方式連接到互聯網中的網絡服務器，將本設備的所有數據提取出來，以組態的形式，將設備的監控畫面呈現在ＰＣ端、移動手機端。同時也實現了對ＰＬＣ等控制器的遠程程序更新、遠程故障診斷以及組態的遠程連接功能。在監控畫面中，可以實時查看到二氧化碳流量計各個溫區的設定溫度、實際溫度、轉速、進料量、出料產量、出料溫度、進氣流量、爐內壓力等工藝參數，也設置有歷史溫度曲線和數據報表功能。生產方可以根據實時的工藝參數分析出當前設備的運行狀態，判斷設備是否正常運行，工藝工程是否符合當前要求。根據歷史曲線、數據方便的分析出以往設備全面的運行狀態，優化工藝過程。監控畫面中還設有報警管理功能，記錄了設備所有異常狀態的內容、時間以及處理報警的時間，并且能在報警的同時以發送短信、微信推送等形式，通知相關人員來進行及時的處理。在對于現場人員無法處理，需要修改二氧化碳流量計設備程序，以及需通過監控程序來查找故障原因的情況下，不需要工程師到達現場，在遠程就能完成程序的監控、故障診斷、上傳和下載，提高處理故障的效率，降低設備維護成本。
３ 結論
筆者通過采用互聯網通訊技術、工業ＲＳ４８５以及以太網通訊相結合的系統方式實現了對二氧化碳流量計設備數據安全、快捷的遠程采集和傳輸。二氧化碳流量計遠程監控平臺達到了遠程監視該設備的運行狀況，并實現不受空間、時間限制的操控該設備，完成了遠程工藝管理、遠程運行維護管理、遠程報警管理，解決了遠程程序上傳、下載的問題。經過調試、生產證明了平臺的可行性，降低了設備的售后維護成本，并極大地提高了設備商的服務效率和質量，為設備安全正常運行提供了多重保障。
前言
隨著社會的高速發展，傳統制造業隨著智能制造不斷地升級換代，工業窯爐設備自動化程度得到了飛速提高。在大大減輕了人力的同時，控制系統復雜程度及設備本身安全性能化設計也越來越高。如何提升設備利用率、加強設備維護維修時效性、簡化人工損耗越來越受到各個生產企業的關注和重視。設備的遠程運行狀態監控、遠程工藝管理、遠程運維管理、遠程報警管理將成為設備的重要組成部分。
１ 需求
工業窯爐燒成過程屬于一個時變性、大滯后、多干擾的熱工過程，并衍生出多種多樣的復雜配套控制系統。一旦窯爐出現復雜的燒成或工藝故障，若無專家幫助，很難及時排除故障，從而影響生產正常進行，將會帶來不可預測的損失。二氧化碳流量計遠程監控平臺實現了遠程監視該設備的運行狀況，并可實現不受空間、時間限制的操控該設備，從而完成了遠程工藝管理、遠程運維管理、遠程報警管理，為預防、處理此類故障提供了極大的便利，節約了時間成本。
２ 平臺架構
二氧化碳流量計遠程監控平臺大致可分為４層。*一層為硬件設備控制層，*二層為設備數據通訊層，*三層為數據網絡傳輸層，*四層為數據遠程監控管理層（如圖１所示）。
２．１二氧化碳流量計遠程監控平臺硬件設備層
在二氧化碳流量計遠程監控平臺中，*一層完成了設備的所有動作性能控制。加熱系統選用泰矽Ｔ７數顯設定調控器控制，集成了ＰＩＤ控溫和ＲＳ４８５通訊功能，配合熱電偶信號反饋，形成閉環控制，使設備加熱過程得以精確控溫；傳動系統選用三菱變頻器控制，使回轉速度可以在一定范圍內根據燒成工藝要求進行自由調整；進氣系統選用山武ＭＱＶ數字質量流量計控制，在物料反應或保護過程中，可以精確控制氣體流量；升降、給出料等系統動作的控制，根據經濟性、可靠性、可擴展性，具有以太網通訊功能，選用西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＰＬＣ控制。
２．２二氧化碳流量計遠程監控平臺設備數據通訊層
由于工業窯爐設備的固有屬性，在設備現場必須有可靠的監視和控制平臺，所以就地設置了觸摸屏來實現。觸摸屏是人機交互和信息傳輸、反饋的媒介，它實現了信息的內部形式與用戶可以接受形式之間的轉換。為配合平臺的開發，選用了ＭＣＧＳ觸摸屏，配有兩個ＲＳ４８５串口和一個１０／１００Ｍ自適應以太網接口。加熱系統的調功器、傳動系統的變頻器以及進氣系統的質子流量計通過ＲＳ４８５串口與ＭＣＧＳ觸摸屏通訊，而升降、給出料等系統的ＰＬＣ通過以太網與ＭＣＧＳ觸摸屏通訊，提取設備所有的數據。經過處理的數據，能夠提供二氧化碳流量計設備的控制、程序、報警、溫度曲線、報警記錄及數據記錄功能，提供更加便捷的人機交互平臺，極大地方便了現場人員對二氧化碳流量計的操控與管理。
２．３二氧化碳流量計遠程監控平臺數據網絡傳輸層
二氧化碳流量計提取到的全部數據，由ＭＣＧＳ觸摸屏利用ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ／ＩＰ數據轉發協議，經過工業級交換機，傳輸給智能網關，再通過智能網關上傳至云平臺端的數據服務器。網絡傳輸層選用的ＨＩＮＥＴＭ１１１Ｔ智能網關，是一個集成多種互聯網通訊技術，其包含的３Ｇ、４Ｇ、ＷＩＦＩ、有線網絡等多種互聯網接入方式。為設備的遠程信息化管理提供高速便捷的安全通訊鏈路，為整個平臺各功能得以實現提供安全可靠的保障和基礎。
２．４二氧化碳流量計遠程監控平臺數據遠程監控層
二氧化碳流量計遠程監控平臺的數據遠程監控層通過３Ｇ、４Ｇ、ＷＩＦＩ、有線網絡等多種方式連接到互聯網中的網絡服務器，將本設備的所有數據提取出來，以組態的形式，將設備的監控畫面呈現在ＰＣ端、移動手機端。同時也實現了對ＰＬＣ等控制器的遠程程序更新、遠程故障診斷以及組態的遠程連接功能。在監控畫面中，可以實時查看到二氧化碳流量計各個溫區的設定溫度、實際溫度、轉速、進料量、出料產量、出料溫度、進氣流量、爐內壓力等工藝參數，也設置有歷史溫度曲線和數據報表功能。生產方可以根據實時的工藝參數分析出當前設備的運行狀態，判斷設備是否正常運行，工藝工程是否符合當前要求。根據歷史曲線、數據方便的分析出以往設備全面的運行狀態，優化工藝過程。監控畫面中還設有報警管理功能，記錄了設備所有異常狀態的內容、時間以及處理報警的時間，并且能在報警的同時以發送短信、微信推送等形式，通知相關人員來進行及時的處理。在對于現場人員無法處理，需要修改二氧化碳流量計設備程序，以及需通過監控程序來查找故障原因的情況下，不需要工程師到達現場，在遠程就能完成程序的監控、故障診斷、上傳和下載，提高處理故障的效率，降低設備維護成本。
３ 結論
筆者通過采用互聯網通訊技術、工業ＲＳ４８５以及以太網通訊相結合的系統方式實現了對二氧化碳流量計設備數據安全、快捷的遠程采集和傳輸。二氧化碳流量計遠程監控平臺達到了遠程監視該設備的運行狀況，并實現不受空間、時間限制的操控該設備，完成了遠程工藝管理、遠程運行維護管理、遠程報警管理，解決了遠程程序上傳、下載的問題。經過調試、生產證明了平臺的可行性，降低了設備的售后維護成本，并極大地提高了設備商的服務效率和質量，為設備安全正常運行提供了多重保障。