【《基于物联网智慧工厂监控系统设计》14000字（论文）】

基于物联网智慧工厂监控系统设计摘要随着信息化与智能化技术的不断进步，制造企业对信息化与智能化的要求也越来越高。要实现智能制造与智能工厂，生产设备的运行状态等数据的采集是基础。因此，面向智能工厂的需求，研究并开发一种针对生产设备的数据采集与远程监控技术，对于推动企业智能制造系统的建设具有重要意义。本设计基于NiagaraN4软件架构与物联网技术，硬件框架主要由感知层、网络层、控制层及其现场设备组成，依据系统整体设计框架，选择适合工厂环境的各种硬件设备并安装成为一个控制柜；软件系统主要使用NiagaraN4软件架构平台开发的物联网在线管理平台，将数据实时集中传输到网络中，与PC进行通信时，通过JACE-8000网络控制器传输现场和现场设备传输的数据。通过路由器可对系统实现实时监控与管理，因此能够提高系统的便捷性与高效性。最终通过软硬件相结合，搭建主界面、控制界面、报警界面等可视化界面，实现数据实时采集，显示工厂内各传感器运行状况，超出设定量程可发出警报信号以及历史数据的查找等功能。该项目主要研究智能工厂的室内环境，并开发了一套公共生产线系统，基于Niagara物联网软件架构平台可将不同类型、不同通讯协议设备集成到一同监测平台中，实现工厂室内空气质量（PM2.5）监控和数据可视化，并对数据进行分析和处理。另外该监控系统可以通过网络层实现室内环境参数数据的实时采集，并通过NiagaraN4平台显示和存储检测的数据。关键点：Niagara；智慧工厂；物联网；远程监控管理平台；数据采集目录TOC\o"1-3"\h\u650第一章绪论 绪论研究的目的及意义智慧工厂的构建是实现工业4.0的关键，这一实现阶段需要智能硬件设备、各种数据的采集与感知、配套的应用软件共同实现，其中对设备的状态监控和远程诊断，是无人化工厂的重中之重。通过设备长期运行的大量数据支持，搭配安全可靠的云端计算能力，最终实现对各设备运行状态的运筹帷幄。智慧工厂是现代工厂信息化的新发展阶段，在数字化工厂（本质是信息收集）的模式下，它采用物联网技术和监控、检测技术来加强信息管理服务，使销售过程清晰地掌控整个系统的数字信息。通过加强对过程的控制来生产产品，减少了人为因素对生产线的干预，并且实时、精准地收集公共生产线以及控制柜平台中的数据，通过此数据与预设值进行比较，合理制定工厂内产品的生产量。将智能手段和智能系统等新兴技术融合在一起，计划建立一个高效率，绿色，环保的智慧工厂REF_Ref18160\r\h[1]。智慧工厂生产线系统拥有自己独有的数据收集，分析，判断和计划功能，可以通过多合一的视觉技术进行猜测和预测，并可以通过仿真和多媒体技术真正展示设计和制造过程。零件自我形成最佳的系统结构，具有良好的协调性，可重组性和可扩展性，该系统具有自我学习和自我管理的能力，因此，智能工厂是人与机器之间的和谐与协作，其实质是相互作用在人与机器之间。国内外研究历史与现状远程监控技术1997年1月，远程监控技术在国内外均引起广泛的关注，并由斯坦福大学和麻省理工学院联合举办了首届基于Internet的远程监控会议。杨树子等给出了分布式监控系统的定义。根据分布式监控系统的特点和设计要求，设计了分布式监控系统各层的层次结构和功能要求，并给出了设计实例。NicholsH.M.C等提出了一种基于Internet的远程监控系统，通过网络进行设备监控和故障咨询，并验证了可行性。徐世彬[2]等通过网络节点连接工业现场设施，该网络节点与工业总线上层基础的控制层进行通信。曲楠等人将MODBUS和TCP/IP协议应用到不同工业领域的监视系统中，以实现工业设施的远程监视功能，提高系统监视的真实性。最初的监控系统采用大型仪器进行集中监控，计算器技术经过一次新的技术革命，将现代控制技术和图形技术结合起来，实现了对工业生产现场设施的监控，监督和控制功能，形成了工业监控REF_Ref27176\r\h[2]。基于计算机的系统，实时数据库技术和客观的软件设计方法。等主要实现了如下功能：1.采集与处理功能，包括对工业现场设备产生的数字量、模拟量的采集及处理；2.遥控功能，根据采集到现场设备数据进行分析，可以对现场设备进行远程控制或者远程调节；3.故障定位，对检测到的故障数据进行分析判断，定位故障产生位置；4.报警功能，一旦监测到智能设备出现故障问题，发出相应的警报信息提示管理人员对故障判优与实时处理REF_Ref30315\r\h[2]。课题主要研究内容该项目主要研究智慧工厂的室内环境，并在此基础上开发了一套公共生产线系统，基于NiagaraN4物联网软件架构平台可安全稳定地将不同的设备、不同通讯协议集成到这一检测平台中，实现工厂室内空气质量（PM2.5）监控和数据可视化，可通过监控界面上的LED灯亮灭与报警器信号判断传感器报警位置，并分析和处理数据。该监控系统可以通过网络层实现室内环境参数数据的实时采集，并通过NiagaraN4平台显示和存储测量的数据，并通过安全策略对室内环境进行最佳控制，使用用户权限设置实现系统远程控制和多用户访问功能。通过研究达到对现场设备实时监控的目的，并在此基础上实现数据的匹配和优化，从而提高整个生产线的生产效率；通过公共生产线上各个传感器对产品进行实时检测，从而提高产品的生产质量。系统整体方案设计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)=−12Ts12TsX(f)ei2πfnTX(f)=Tsn=−∞+∞X(nTs)e−i2πfnTs（式x(nTs)可以完全确定X(f)从而确定x(t)，X(t)=n=−∞+∞X(nTs)−12Ts12Ts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中调用动态视频数据。内部缓存文件，严禁从外部站点访问本地服务器，限制外部站点对本地服务器的盗窃。2.Niagara的框架解决的关键问题有哪些？通过解决与不同设施的通信，减少了实时交互式控制软件的高成本；构建各种企业级服务和应用程序，在实时控制过程中将信息传递到上层平台；接受现有系统，并帮助系统从原有系统过渡到现有技术和产品。

硬件设计与实现本系统主要采用的是基于Niagara的嵌入式网络控制器和NiagaraFrameworkTM开放式软件框架平台。Niagara能够提供多种硬件架构，一种用于设备连接应用程序的软件框架平台技术，控制器中有两根网线，一根通过网线连接到PC设备，并且PC上安装了NiagaraN4软件，另一根网络可以连接到路由器。通过网络，然后连接到外部Internet，以实现远程网络的访问和控制功能。控制柜的设计为了更便捷地对PC服务器中的现场设施进行控制，控制智能工厂系统的实时数据，基于硬件设计并构建了基于Niagara的智能工厂监控系统的控制箱。包括。为了更好地实现PC服务器对现场设备的远程控制，掌握智慧工厂系统的实时数据，因此在硬件架构的基础上，设计并搭建了一个基于Niagara的智慧工厂监控系统控制柜。系统控制柜包括了硬件架构的主要设备：一台JACE-8000网络控制器、一台IO-22U输入/输出模块、各类传感器、报警器、一台PC机、四个排风扇和照明灯以及线槽REF_Ref1249\r\h[4]等。根据系统设计要求，物联网数据处理通信主机设计了一台PLC，对安装在现场相应设备部件上的各传感器的数据进行采集、储存，并通过屏蔽双绞线RS-485通讯线缆的数据线把数据传输到云平台；同时，排风扇、灯泡、温度传感器还发送RS-485信号以形成RS-485网络，并将其连接到一起。控制柜位置图如REF_Ref27106\h图3-1所示。图3-SEQ图\*ARABIC\s11控制柜位置图整体硬件架构在前期系统整体结构框架设计的基础上，对传感器和仪器类型进行统计，在对系统硬件框架按层次进行分类，依照现场设备及各种协议大致整个物联网系统大致可分为感知层，网络层，控制层三个层次。感知层主要是温湿度、噪声传感器、报警器、变送器等一些检测装置；网络层主要是部分工业控制常用协议，包括MODBUS协议和TCP/IP通讯协议，负责数据传输；控制层主要为JACE-8000网络控制器、IO-22U输入/输出以及PLC，对整个系统起到统筹控制作用。感知层感知层位于整个物联网系统的基础层，作为数据收集的重要组成部分，它通过特定的传感网络获取周围环境数据，其主要功能可概述为识别周边环境相关数据、并对其数据进行采集。采取某种特殊的方式将测量值转换为系统指定的直流电压（0-10V）或直流电流（4-20mA）信号后，该信号再通过相应的处理设备进行处理使其产生与系统相对应的信号和反应动作。感知层由各种现场设备组成，主要包括噪声传感器、温湿度传感器、光强度传感器、PM2.5传感器、PIR人感开关、烟感探测器、声光报警器、三色报警器、光电开关等。1.部分传感器介绍与选型（1）温湿度传感器温度湿度变送器是一种可以通过安装可湿性和温度敏感部件来测量和显示温度和湿度的传输设备，温度湿度传感器是指可以测量温度和湿度并将其转换为易于操作的设备或装置，来处理电磁波信号。温度和湿度传感器是一种在直接或间接接触被测介质后将信号发送到变速器的设备。由于温湿度传感器拥有比温湿度变送器精度高，抗干扰能力强的特点，更加适用于工厂环境的要求，因此我们应该选择温湿度传感器作为此项目的温湿度传感设备，温湿度传感器如REF_Ref27616\h图3-2所示。图3-SEQ图\*ARABIC\s12温湿度传感器温湿度传感器包含一个电阻式感湿元件和NTC测温元件，它应用专门的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品极高的可靠性与卓越的长期稳定性。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。四线制接法连接方便，使系统集成变得更清晰(接线如REF_Ref27694\h图3-3所示)。超小的体积、较低的功耗，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。图3-SEQ图\*ARABIC\s13四线制接法示意图优势：这款温湿度传感器相对于其他品牌同类的产品相比监测更精准，配送平台&软件使用，拥有远低于行业平均的故障率。对于施工安装后，设备经久耐用、故障率低客户省心又省钱，综合性价比更好，能够实现对环境24小时监测的目的。（2）烟感探测器烟感探测器就是发现一定浓度的烟雾，把信号传递给消防主机，并由特定报警器发出警报，而烟感报警器就是感受到就发出警报。根据工厂对探测器的要求，系统应该选择具有3级灵敏度的烟感探测器，3级灵敏度的探测器是红色，用于可以抽烟的地方，如走廊、楼梯间、吸烟室等。检查人员可以使用较轻的空气释放测试方法来检查检测器是否可以达到气体流量检测并对其进行多次测量。网络层网络层是OSI中最重要和最关键的层，并且是唯一负责整体数据传输和数据控制的层。监视和管理平台负责上载和传递数据，并且作为连接到物联网的神经中心，也是在信息传输过程中确保信息传输质量的主要通信手段。本项目中使用的通讯协议主要有两种，一种是TCP/IP协议，主要负责JACE-8000网络控制器与PC上位机进行通讯，另一种为MODBUS协议，负责JACE-8000网络控制器与监控装置以及IO-22U与传感器之间进行通讯。网络层的架构方式为：通过JACE-8000网络控制器的PRI口，使用TCP/IP通信协议，并通过RS-485接口对PC上位机进行通讯；JACE-8000网络控制器同感知层中器件的接线方式和IO-22U模块都是通过COM口进行连接的，使用MODBUS通信协议与和传感器进行通讯，并获取传感器相应数据；与IO-22U模块相连接，通过对模块上的输入输出点位进行监控可方便直观的观测硬件系统设备的运行状态，还可以传输并采集其它各传感器及报警器上的模拟量数值。1.通信协议（1）TCP/IP协议TCP/IP协议是一种可信的数据传输协议，主要用于网络层的数据传输并以网络为目标，有三次连接握手的过程，同时具有差错检验功能，因而是一种可靠数据传输协议。该协议是目前Internet上通信协议应用最为广泛的协议，用于从应用程序到网络的数据传输控制。MODBUS协议MODBUS协议是应用于电子控制器的通用语言。通过此协议，控制器可以通过网络（例如以太网）彼此通信，也可以与其他设备通信。它已成为通用的行业标准。借助它，可以将不同制造商生产的控制设备链接到一个工业网络中，以进行集中监控。控制器通信使用主从技术，其中只有一个设备（主设备）可以初始化传输（查询）。主设备可以通过广播与从设备进行单独通信，也可以与所有从设备进行通信。在应用期间，可以将控制器设置为两种传输模式（RTU或ASCII）之一，以在标准MODBUS网络上进行通信。在配置每个控制器时，MODBUS网络上的所有设备必须选择相同的传输模式和串行端口参数，通讯地址如REF_Ref27387\h图3-4所示。图3-SEQ图\*ARABIC\s14MODBUS通讯地址控制层控制层位于整个物联网架构的最高层，相当于硬件系统的大脑，起着统筹全局的作用，对来自感知层的数据进行采集与分析。控制层的设备主要由JACE-8000网络控制器IO-22U模块组成。图3-SEQ图\*ARABIC\s15JACE-22U接线图1.JACE-8000网络控制器之前的JACE:要求工具去安装通讯卡；如果引脚错位，就容易出错；仅限于两张通讯卡；每种协议授权单独购买驱动包；通讯点位增多导致容量不够还涉及到内存升级。因此根据实际需要，并能够克服上述JACE不足的地方，选用更高级别的控制器——JACE-8000。JACE-8000:更少的安装工作量；热插拔的扩张；允许最多四个通讯卡；改进的导轨夹；仅按照所连设备购买授权。JACE-8000嵌入式网络控制器，可使用于通讯不同的仪表以及各控制系统，通过上位机设置出的Niagara4站点与JACE8000进行通信，可以上传实时监视数据，历史数据记录管理，图形界面显示和监视警报。图3-SEQ图\*ARABIC\s16JACE-8000网络控制器2.模块IO-22UVYKONIO-22U™模块是一种输入/输出功能模块，使用IO-22U可以通过现场总线连接方式，对受控设备进行控制以及对系统进行远程管理，能满足于一般或特殊的应用。IO-22U既适合作为简易的输入输出监控模块使用，也适合作为具备特定功能的现场控制。图3-SEQ图\*ARABIC\s17IO-22U作为本监控系统主要组成设备，IO-22U具有以下特点：独有的标准形式的开放式协议；提供多种输入/输出模块；高精度模拟输入/输出点；在线固件升级/配置；高稳定性的操作系统。公共生产线图3-SEQ图\*ARABIC\s18传送带系统实现功能实现功能在直流马达的作用下，传送带开始运行。首先通过无触点接近开关，当物体到达接近开关的感应区域时，能够检测与判断金属物质的位置以及行程，并迅速发出电气指令使开关闭合；经过电容式传感器检测是否有物体（导电物体和非导电物体）通过，由此便可控制电容式传感器开关的通断；接着就是对传送带上物体标签进行检测了，这就需要色标传感器发挥其作用了，色标传感器的应用范围极广，就算物体背景有很小不一样的颜色也可以用其检测到；最后通过带背景抑制功能漫反射光电传感器，当被测物体到达接收机设定的检测距离时，输出切换。它根据测角法原理工作，对物体的颜色，形状和表面特性的检测距离不应有影响。在明亮的背景前，可以清楚地识别出物体，当待测物体通过时，反射式接收器会在光线充足的情况下产生光电开关信号。本章小结本章首先对系统控制柜的设计以及硬件架构的搭建做出介绍，再对系统的硬件架构：感知层、网络层和控制层一一阐述，接着对硬件架构所需元器件分类介绍其参数及选型，最后对公共生产线主要功能进行简单地说明。最终该监视管理平台具备基本功能，例如系统运行数据收集，数据传输和数据分析，以满足对工厂生产线系统和环境进行实时监视和管理的需求。

软件组态与调试本课题基于Niagara软件平台进行应用程序及视图开发，应用软件能实现如下功能：（1）运行参数实时画面显示，如温湿度、噪声、PM2.5、光强度等；（2）报警管理，如烟感故障报警、声光报警器等；（3）历史数据存储与显示，提供历史数据曲线与数据表格；（4）多用户管理，设置不同用户类型及管理权限；（5）本地控制和远程网络访问与控制REF_Ref32015\r\h[3]。Niagara简介NiagaraFramework是Tridium公司的核心专有技术，基于Java技术开发环境的实质是通用软件框架，通过集成各种类型的设备和系统，可以通过一个统一的平台来管理该框架，并通过配有网络标准协议的Web浏览器对远程平台进行实时监视。Niagara的核心是它可以连接到任何协议，任何设备，任何网络，并且符合企业管理系统。Niagara提供了一个使用HTML5的用户界面，可轻松创建和维护系统的自定义视图，HTML5的UX框架，无需JavaApplet的安装，在整个物联网架构平台接入层，软件界面图如REF_Ref28233\h图4-1、REF_Ref28239\h图4-2所示。图4-SEQ图\*ARABIC\s11Niagara电脑界面图图4-SEQ图\*ARABIC\s12NiagaraAPP界面图Niagara系统的架构是围绕着“以组件（Component）为导向的编程”为核心设计的。组件（Component）是使用Java编写、打包、部署为模块（modules）的自包含单位，多个组件（Component）通过连线连接构成一个应用（application）并运行于Station的运行时创建服务控制系统的信息通讯，Niagara结构框架图如图所示。图4-SEQ图\*ARABIC\s13Niagara结构框架图工作站主要组成工作站主要包括目录，例如主目录(Home)、警报(Alarm)、配置(Config)、文件(Files)、层次结构(Hierarchy)和历史记录(History)。报警功能和历史记录功能都有相应的数据库进行数据存储。在Config目录中，用户可以为站点建立相应的业务模型并配置相应的数据点。该功能是Niagara发展的重中之重，可以通过现场的特定设备和JACE类型选择合适的通信协议，然后可以根据所选的通信协议从Palette（组件面板）的功能块中选择合适的模型，以完成物联网的功能。该平台的构建主要基于其Modbus通信协议，智慧工厂Config模块如REF_Ref28817\h图4-5所示。图4-SEQ图\*ARABIC\s14智慧工厂Config模块Niagara设备数据通讯N4软件与JACE-8000数据通讯1、打开file文件新建一个Platform（Platform登录的用户名为Tridium1，密码Tridium123），输入JACE-8000网络控制器默认的IP地址（网口1的IP地址为40;网口2的IP地址为;WIFI的IP地址为）进行配置，如REF_Ref28896\h图4-5所示。图4-SEQ图\*ARABIC\s15本地连接设置程序配置Daemon

Version:

8

Daemon

HTTP

Port:

3011

Host

ID:

Win-1137-4BCF-97B6-FD32

Niagara

Runtime:

nre-core-qnx-armle-v7

(8)

Architecture:

armle-v7

Number

of

CPUs:

1

Model:

TITAN

Product:

JACE-8000

Enabled

Runtime

Profiles:

rt,ux,wb

Operating

System:

qnx-jace-n4-titan-am335x-hs

(0)

Java

Virtual

Machine:

oracle-jre-compact3-qnx-arm

(Oracle

Corporation

1.4)

Niagara

Stations

Enabled:

enabled

Platform

TLS

Support:

enabled

Port:

5011

Certificate:

tridium

Protocol:

TLSv1.0+

System

Home:

/opt/niagara

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/home/niagara2、测试配置的JACE-8000是否连接成功。使用40，说明配置成功，可以通信。图4-SEQ图\*ARABIC\s16通信配置3、配置后的详细信息图4-SEQ图\*ARABIC\s17详细信息IO-22U与JACE-8000数据通讯IO-22U模块与JACE网络控制器的通讯连接是通过RS-485总线，JACE-8000通过模块驱动识别IO-22U模块和读取其寄存器内的数据点，并可配置各数据点的属性。1.展开导航侧栏里面的站点的Config容器，并找到Drivers容器。展开Drivers容器视图;2.打开modbusTcp调色板，并找到ModbusTcpNetwork项目;3.将ModbusTcpNetwork从modbusTCP调色板拖出，并放到Drivers组件当中。保持名称不变;（注：ModbusNetwork也可以通过Driver的DriverManager视图，然后选择位于窗口底部的New按钮来进行添加）4.在NavTree里面双击ModbusTCPNetwork，以便打开ModbusTcpDeviceManager视图;5.使用视图底部的New按钮，创建一个ModbusTcpDevice，并将其命名为IO-22U;6.按照下图所示设定相关参数。图4-SEQ图\*ARABIC\s18IO-22U与软件连接配置图4-SEQ图\*ARABIC\s19IO-22U驱动模块系统界面平台界面的设计是使用本地工作站Supervisor上软件框架中的图形组件直观地显示系统的设备和操作。模块化编程功能可处理和分析数据。Web技术已添加到Internet。并且每个子系统的监控页面以HTML页面的形式统一，使用户的直观操作和远程访问变得更加方便。如REF_Ref28997\h图4-10所示，平台界面设计包括安全管理界面、主界面、控制界面、报警界面等，可清晰地呈现出所需的数据。图4-SEQ图\*ARABIC\s110平台界面组成建立了可视化的监控界面，对界面的功能区域进行了划分，并在监控管理平台上显示了智能工厂系统的运行过程，实时运行参数，LED亮灭状态等数据。同时，在同一局域网中，通过Web浏览器登录IP地址，另一台计算机或手机可以访问该平台，以实现对系统的实时监控。在完成管理平台的基础上，基于Niagara的分布式监控系统物联网管理平台可以很好地将Niagara物联网技术与智慧工厂相结合，准确地处理和分析系统数据，并保障系统稳定高效地运行。安全管理界面1.创建Station（1）点击Tools菜单—选择NewStation，在弹出的界面输入Station的名字，如REF_Ref16660\h图4-11所示；图4-SEQ图\*ARABIC\s111站点命名（2）点击Next,界面内点击SetPassword，输入密码，输入完成后点击Finish即可，如REF_Ref17172\h图4-12所示。图4-SEQ图\*ARABIC\s112登录2.创建Platform（1）右键MyHost在弹出的菜单中选择openplatform，之后选择OK；（2）弹出Authentication（身份验证）的界面，输入电脑开机时的用户名和密码，如REF_Ref18857\h图4-13所示；图4-SEQ图\*ARABIC\s113身份验证（3）进入platform界面，点击stationcoypier，选中station然后点击copy，在弹出的StationTransferWizard界面点Next—finish，平台界面如REF_Ref18952\h图4-14所示；图4-SEQ图\*ARABIC\s114Platform平台界面3.用户登录（1）完成相应配置后，通过登录界面登录成功后可访问系统各功能模块，登录界面如REF_Ref22960\h图4-15所示；图4-SEQ图\*ARABIC\s115登录界面（2）该监控管理平台可以通过切换用户实现多用户、多平台管理，认证登录的历史数据信息如REF_Ref27692\h图4-16所示。图4-SEQ图\*ARABIC\s116认证登录的历史数据信息主界面1.部分程序说明CO2模块<!--NiagaraPresentationXML--><PXversion="1.0"media="workbench:WbPXMedia"><import>；程序入口<modulename="BAJA"/>；定义模块名称（BAJA）<modulename="BAJAUI"/>；定义模块名称（BAJAUI）<modulename="GX"/>；定义模块名称（GX）<modulename="GXBrowser"/>；定义模块名称（GX浏览器）<modulename="workbench"/>；定义模块名称（工作台）</import>；导入<content>；内容<CanvasPanename="content"viewSize="1260.0,700.0"scale="fitRatio"minScaleFactor="0.5"maxScaleFactor="1.0">；定义安全区间<WebWidgetlayout="0.0,0.0,1260.0,700.0"GS="view:webChart:ChartWidget">；WEB部件布局<WbViewBindingORD="station:|slot:/Logic/CO2_Sensor"/>；定义CO2部件站点<Stringname="title"f="3"value=""/>；定义字符串名称<Stringname="dashboardChartData"f="rh3"value=""/></WebWidget></CanvasPane></ScrollPane></content></PX>；PX视图显示其它模块程序如图所示图4-SEQ图\*ARABIC\s117PX文件2.创建PX视图（1）在Files里新建一个文件夹，命名为“图片”。（用于存储照片）（2）可以从网站上下载一些图片到图片文件夹。新建的图片文件夹位置C盘>Niagara>Niagara-98>DaemonUserHome>Station>你的站名>shared>图片。（3）右键环境监控系统>New>folder>命名为环境监控PX>右键新建夹>New>Views>NewView>命名为环境监控。（4）双击新建PX文件夹，打开画布，右键画布>New>Label>双击新建Label>image>选择适当图形。同样的步骤添加其他传感器。（5）拖动PIR人感开关到>FromPalette>KitControl>Lighting>LightSensorOcc1组件。（6）再次拖动PIR点位到画布上，选择BoundLabel，同时勾选FormateText和MakeDisplayNameLabel，以同样的方式添加其他图标标签。（7）添加完成后，调整组件位置，数据显示界面如REF_Ref19249\h图4-15所示。图4-SEQ图\*ARABIC\s118数据显示界面控制界面1.创建逻辑点（1）运行站点，右键Config>New>folder>重命名为环境监控系统；（2）打开环境监控系统文件夹WireSheet视图；（3）添加Palette>KitControl>ControlPalette>Points>NumericWritable点位,并重命名为PM2.5传感器、噪声传感器、温湿度传感器、光强照传感器。（4）添加Palette>KitControl>ControlPalette>Points>BooleanWritable点位，并重命名为PIR人感开关、声光报警器、三色报警灯、烟感探测器。图4-SEQ图\*ARABIC\s119逻辑点图4-SEQ图\*ARABIC\s120IO-22U代理点2.模拟温度部分（1）首先我们需要一个新建一个文件夹来存放报警信息；图4-SEQ图\*ARABIC\s121Temperatrue文件夹需要一个模拟温度曲线的模块，在kitControl库的中找到SineWave（正弦波）模块，拖拽至WireSheet界面；图4-SEQ图\*ARABIC\s122模拟温度模块（3）对逻辑单元的属性进行调整，将它的Amplitude（振幅）和Offset（下限；补偿）设置成2525，这样这个模块就会模拟出一个在0-50之间变化的曲线；图4-SEQ图\*ARABIC\s123属性调整图4-SEQ图\*ARABIC\s124变化曲线（4）需要一个逻辑单元，来继承这个模拟出的曲线，在WireSheet界面右键—新建一个NumericWritable（数字化的逻辑单元）；图4-SEQ图\*ARABIC\s125逻辑单元（5）双击以打开它的属性，点击Facet—设置units中的Value值—找到Temperature然后选择摄氏度；图4-SEQ图\*ARABIC\s126单元属性（6）将曲线模式和逻辑单元连结起来，就会发现，逻辑单元的数值也随着曲线模块的变化而变化。图4-SEQ图\*ARABIC\s127曲线模块与逻辑单元连接图4-SEQ图\*ARABIC\s128变化后模块3.LED灯控制新建Floder右键Config->New->Flode,如REF_Ref21111\h图4-26所示图4-SEQ图\*ARABIC\s129新建Floder添加逻辑组件（1）新建BooleanWritable（右键Config->New->Floder）控件，并命名，修改参数。图4-SEQ图\*ARABIC\s130修改参数（2）选中刚才创建的组件，Ctrl+C复制，Ctrl+V粘贴，新建一个Light2组件，并进行默认值得修改，新建BooleanWritable，并进行连接与默认值的设置。图4-SEQ图\*ARABIC\s131逻辑块组态创建View（1）选中Light_Control，点击右键，选择Views->NewView。（2）把左侧Light_Control文件夹下的逻辑组件，拖到画布布局上，选择FromPalette。然后点击文件夹文件夹按钮。（3）选择BoundLabel，在格式化文字选项中，输入%displayName%以显示组建的名字。（4）把两个灯泡拖拽到布局中，选择FromPalette，查找kitPxHvac并选择bulb样式。图4-SEQ图\*ARABIC\s132灯泡显示布局点击运行按钮，即可控制。4.3.4报警界面1.故障报警界面（1）点开逻辑单元的属性，同时左侧打开Alarm库找到Extensions文件夹，然后将OutOfRengeAlarmExt模块拖至逻辑单元的空白处，这样就将一个报警拓展添加至逻辑单元中；图4-SEQ图\*ARABIC\s133警报拓展模块（2）就具体设置报警的预设值等信息；图4-SEQ图\*ARABIC\s134设置报警预设值（3）当有预警之后，需要知道预警该发向何处，我们在Config目录下找到Services目录，在这个目录下有一个AlarmService目录，双击就可以进入界面了，所有的报警信息都会传到这里；图4-SEQ图\*ARABIC\s135报警信息界面（4）需要一个接受报警信息的逻辑单元，在Alarm库Recipient（接受者）文件夹中将ConsoleRecipient拖至WireSheet界面；图4-SEQ图\*ARABIC\s136警报逻辑单元（5）让Default逻辑单元与ConsoleRecipient逻辑单元联立就可以接受信息；图4-SEQ图\*ARABIC\s137警报逻辑点（6）双击ConsoleRecipient逻辑单元就能看到报警信息，如REF_Ref22090\h图4-35所示。图4-SEQ图\*ARABIC\s138报警界面显示2.历史数据界面（1）使用History容器，确定需要添加历史的点，如REF_Ref22022\h图4-36所示；（2）使用history调色板中NumericCov,BooleanCov等控件将点进行属性的扩展，设置好参数；图4-SEQ图\*ARABIC\s139历史信息模块（3）在HistoryService中对历史进行启用；（4）在站点的History中通过不同视图查看各个历史点的曲线；（5）切换查看历史记录内容，并修改历史记录，如REF_Ref21891\h图4-37所示。注：HistoryTable是表格查看、HistoryEditor是编辑历史记录。图4-SEQ图\*ARABIC\s140历史记录本章小结Niagara平台与云平台通信后，可以通过手机访问该系统，在主界面中，传感器将一个LED灯每单位分配给工厂输送系统，以反映每个模块的警告情况，从而使其更加方便。为了使管理员保护和管理整个系统，分别设计了一个警报模块，一个历史记录模块和一个权限设置模块，其中，历史记录和权限设置模块是一系列运行在Web服务器上的软件包。监控中心内部当超细粉尘（PM2.5），传输带生产线中的温度和湿度超过标准时，相应的传感器会收到警报信号，并通过LED和警报声来测量故障的位置。

总结与展望随着科技的不断进步，物联网技术逐渐的在各个领域取得了一定的应用和前景，尽管越来越多的在线通信技术被应用于智慧工厂的建设中，但是目前，在系统集成技术领域中，应用仍在不断发展。由于这些设备来自不同的公司，使用的方式不同，通信协商也不同，因此在系统聚合方面存在一定的困难。应对与这种复杂的集成环境与协议，采用NiagaraFrameworkTM物联网开放式软件框架平台，能够实现工厂内部与远程智能设备和系统进行相互联系、互联共通的目的,从而帮助企业打造全透明的智慧工厂设备设施集成管理系统,使智慧工厂真正实现无人化管理，为企业带来各种增值服务。本文的主要内容包括以下几个部分：（1）指出了本课题的研究目的与意义，并介绍了数据采集和远程监控系统的国内外研究现状；（2）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；（3）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；（4）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；（5）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。该系统是基于Niagara软件技术的集成系统，主要实现智能工厂中各种参数和设施的控制和管理。尽管目前该系统已经基本实现了故障报警和智能控制的功能，但仍有一些重要的地方需要进一步改进。（1）该系统已经可以在工厂中实现各种环境，实时监视输出，但由于工厂中内部环境相对复杂，参数之间相互交叉彼此可能会产生一定的影响。仪表测量也可能存在某些错误，所以我们需要开发更好的算法，进而保障数据的准确性和算法的稳定性。（2）尽管此系统有各种智能设备组成，能基本实现智能化，但仍需要员工日常进行维护。因此我们正在该系统的基础上继续改进以用于将来的工作，并将该系统开发成真正的人工智能，真正实现工厂的无人值守管理。

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