【《基于Niagara平台的工厂监控系统整体方案设计案例》2700字】

第第页共44页基于Niagara平台的工厂监控系统整体方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u30525基于Niagara平台的工厂监控系统整体方案设计案例 133421.1系统整体架构 1214561.2关键核心技术 2261.2.1数据采集系统 2281501.2.2远程监控系统 4120071.3系统设计中的问题及解决方案 5系统整体架构本系统整体分为基于Niagara平台的JACE控制器为核心的控制系统和以PC上位机为平台的远程监控系统，通过TCP/IP协议、RS-485接口与PC机连接，并进行通讯确保用户能够进行管理与检测；通过MODBUS协议与监控设备以及传感器连接，能够实现实时数据采集以及数据交互。PLC对工厂内远程监控的数据经数据采集模块回传进行分析并处理，然后驱动执行部件进行远程控制，系统整体框架如REF_Ref26884\h图2-1所示。图2-SEQ图\*ARABIC1系统整体框图远程监控的参数主要包括温湿度、光照强度、噪声、PM2.5浓度等，远程控制的执行机构主要包括温湿度调节模块、光照调节模块、噪声调节模块、PM2.5浓度调节模块、烟感探测模块以及PIR人感开关模块等。智慧工厂远程监控系统采集工厂内的空气温湿度、光照强度、噪声与PM2.5浓度等环境参数与预设值进行比较，系统结构框架如REF_Ref26963\h图2-2所示。图2-SEQ图\*ARABIC\s12系统结构框架本课题的研究工作主要有以下部分：(1)首先对智慧工厂控制柜整体方案设计，主要包括温湿度、PM2.5等系统原理设计及其对应监控系统原理设计；(2)从物联网出发，对元器件进行硬件设计与选型，如温湿度、噪声传感器、烟感探测器、声光报警器、光电开关、接近开关等；(3)从NiagaraN4软件架构平台出发，对监控系统按照需求进行组态，例如主界面、控制界面、报警与历史数据界面等，实现数据实时显示；(4)最后对软硬件监控系统同时进行安装与调试，保证控制柜能够实现数据实时采集以及用户远程监控的功能。关键核心技术数据采集系统基于物联网（IOT）技术的环境监控系统包括无线检测网络，网关和主机设备，如REF_Ref26789\h图2-3所示是采集系统结构框图。图2-SEQ图\*ARABIC\s13采集系统结构框图工厂环境参数的采集主要使用各种传感设备，将协调节点或感应节点放置在不同的位置。完成数据采集工作后，将数据处理和射频模块作为协调器输入并传输到节点，网关为WiFi传输方式，WiFi数据通过通讯系统传输到环境保护监测中心，上位摄像头接收每个监测点的数据，主程序主要负责数据的存储，显示和共享，用户有相应的监测情况的权限在监视和控制领域中，可以观察并提供决策支持，可以在互联网上对数据进行实时监控。也可以通过手机、平板电脑等手持设备在互联网上实时监控。数据采集原理物联网的数据采集意味着能够对来自外部环境的各种形式的模拟量转换为电磁波信号，然后再通过模数转换器将电磁波信号转换为可以处理的数字量信号，将其打包为一定的信息格式，并将其传输到数据中心储存并显示出来。数据采集的大致流程可以概括为接收器检测到外部环境数据，收集检测器检测到的信号并从数据收集终端收集数据。外部信号的收集通常是A/D转换过程。X(T)与频谱X(f)之间的关系可以表示为X(t)=−∞+∞X(f)ei2πωtdf（式2-SEQ式\*ARABIC\s11X(t)=−∞+∞X(t)e−i2πωtdf（式2-SEQ式\*ARABIC\s12计算出的样本脉冲信号X（nTs）恢复连续信号。从奈奎斯特采样定理可以看出，脉冲信号X（nTs）的采样间隔必须满足条件Ts≤12f，当采样信号的频率Fs是被采样信号最大频率F（max）两倍以上时，如果出现异常，则可以使用采样信号恢复连续信号。在区间[-12TsX(nTs)=−12Ts12TX(f)=Tsn=−∞+∞X(nTs)e−i2πfnTsx(nTs)可以完全确定X(f)从而确定x(t)，X(t)=n=−∞+∞X(nTs)−12Ts可以通过良好的分辨率，转换精度和快速的转换速度来减少收集的错误的数据采集终端A/D转换器，分辨率是指在模拟信号的变化中数字量变化最小时，足够的比例和2n的比率。转换速度是指实现一次模拟量信号向数字量信号转换所需1/T。此外根据被测信号的特性，有必要适当选择具有适当的采样芯片分辨率，以此来避免采样过程中信息丢失。远程监控系统第一层为远程控制终端，主要由现场仪表构成。可以和主控中心按照约定的通信协议进行数据通信。第二层为网络通信层。网络通信层用于中心和远程控制终端信息传输。第三层为主控中心，主要由计算机硬件、网络设备、HMI（人机交互界面）监控软件等组成。主控中心通过网络层与远控控制终端进行数据交换，实时采集现场温湿度、气体组分等模拟量数据以及设备状态。并通过HMI对远程控制终端发送命令实时对现场进行操作。主控中心将采集来的数据进行存储、分析、处理、打印，为生产调度提供决策支持。在远程监控系统中，本地计算机通过网络对远程分布式网络中的设施进行监视和控制，从而实现了对远程分布式网络中设施的状态监视、诊断和维护。采用无线网络技术将分布于不同区域的现场监控系统连接起来，把已存在的分散的现场监控系统融合成为一个远程监控体系构架，如REF_Ref26705\h图2-4所示。图2-SEQ图\*ARABIC4远程监控系统组成传感器节点接入网关，连接指示灯根据智能节点检测到的信息（温度，湿度），将网络本身传输到上层网关，并通过网络层处理网关收集的敏感信息，并发送给相应的执行部门。机构调整控制对象/测量对象的控制编号或发送一种指令信号，实现对它们的远程监控。本项目中的监视平台包括连接到该生产线的所有传感器与报警器装置，实时监视系统以及每个设备的操作状态，硬件框架如REF_Ref26613\h图2-5所示。图2-SEQ图\*ARABIC5监控装置硬件框图根据系统的实际监控目标情况，在设计监控系统的总体结构框架的基础上，针对不同对象对监控系统的硬件部分做出了相应调整，提高了信息采集的准确性，提高了控制命令传输的安全性，数据采集器采集环境信息，例如：例如温度，湿度和噪声通过几个传感器，数据通过MODBUS协议技术发送到主控制器，控制器可以接收和查看数据，数据可以通过路由器发送到终端进行远程控制。上位用户通过RS-485端口将其传输到PC来绘制一个图。在监控系统的软件设计过程中，我们设计了系统的实时数据传输系统和数据通信程序，以实时测量输送机设备的状态值，并使用Niagara平台开发了监控系统的用户界面（UI）。系统设计中的问题及解决方案本设计主要实现远程监控操作，但是需要满足功能要求的设施相对较多，在设计过程中内部控制程序的创建比较复杂，因此每个单元之间必须相互控制。主要解决以下几个问题：1.软硬件同时启动，如何解决服务器负载量过大不能正常运行？在运行过程中，会产生大量的视频文件，如果服务器接收的负载特别大，首先要检查服务器硬件内存是否不足以覆盖当前负载，如果内存不足，则可以增加通过增加服务器硬盘的存储量，通过优化数据库可访问性并降低服务器CPU的负载，可以将生成的动态视频数据存储在内部缓存中，并且在使用时可以直接从服务器