【壓縮機網】1、引言
空壓機是一種氣體壓縮和輸送設備，廣泛應用于礦山、機械、電子和醫療等各個行業，終端用戶對運行和維護服務要求越來越高。面對客戶新的需求，空壓機生產制造和售后服務要改變現狀，需要開發新的遠程監控方式。目前國內空壓機的監控方式［1-2］的研究尚處于起步階段，仍然停留在現場手動控制、人工抄表和定時記錄的方式上，準確性差、工作效率低和數據不全，發生故障時描述不清、維修不及時，長時間停機將帶來巨大損失。隨著科技的快速發展，工業自動化和信息化水平不斷提高，無線網絡技術的日益成熟為空壓機遠程監控系統開發提供技術支撐。
本文設計了一種基于新型3G無線模塊的空壓機物聯網方案，監控系統分為三個層次，底層聯控柜采集到空壓機組數據通過3G無線模塊轉成無線信息；通過GRPS或CDMA等各種無線通信方式將無線數據傳遞給云服務器［3-5］；通過存儲、分析和處理，廠商和用戶可以登陸網站遠程查看現場空壓機組運行情況，并且通過聊天工具可以在線指導，而不需要到現場，能夠有效地實現遠程監控。
2、系統網絡架構的搭建
整個監控系統分為三個層次：傳感層、網絡層和應用層，分別由數據采集終端、數據傳輸終端和云服務器組成。現場的空壓機或聯控柜的PLC 控制器、各類型傳感器和儀表進行通信，快速采集每個空壓機單元的實時數據，構成無線傳感網，實現信息感應和數據采集。通過RS485 接口與3G無線模塊連接；通過3G無線模塊傳輸過來的數據，采用GPRS或CDMA等各種無線通信方式傳輸給云服務器；云服務器設有 SCADA應用服務器、WEB 服務器和數據庫服務器，對上傳數據存儲、分析和處理，廠商和普通用戶通過物聯網終端，從監控界面能夠實時了解現場機器的運行狀態以及各傳感器采集到的現場信息。廠商根據得到的現場數據，及時為用戶提供警報、故障遠程診斷、維修服務以及預防性維護和備品備件管理服務。用戶也可以聯網查看，了解機器的運行情況。詳見圖2。
3、系統整體設計與實現
整個系統的三個層次分別由數據采集終端、數據傳輸終端和云服務器組成。數據采集終端是整個監控系統的源頭，主要實現實時采集現場的空壓機組信息，數據傳輸終端將根據預設向云服務器發送信息包，應用層的云服務器將收到數據包進行存儲、分析和處理。應用層監控中心軟件采用B/S 架構體系，以SQL SERVER 2008為后臺數據庫。系統的網絡層支持各種無線組網方式，采用公網固定的 IP 地址的方式。見圖3。
本文使用的控制器是PLC控制器，它采用RS485半雙工通信方式，支持MODBUS標準通訊協議。通訊為RS485接口，異步串行，半雙工傳輸。默認通訊協議方式采用ASCII方式：1位起始位，7個數據位，1位停止位， 1位奇偶校驗位。采用主從式通信方式，即主機發出請求命令，從機控制器做出判斷，判斷指令是否滿足通信要求，若滿足就完成主機指令，并將相應的信息反饋給主機。
傳感器信號的采集
按照輸出信號的特性，空壓機及機組所用的傳感器可分為以下幾種類型：1.溫度模擬傳感器。將現場測到的非電量信號轉換成模擬的電信號。它所采集的信號需通過模數轉換器A/D變換實現狀態參數的成功采集。2.電機電流傳感信號直接從控制柜遠程信號傳輸獲得。3.壓力傳感器。被測量的信號達到某設定值時，傳感器相應地輸出 1個無源干接點信號。
網絡傳輸
系統的傳輸層由無線網絡組成，它將底層現場空壓機組運行數據可靠安全地傳輸到云服務器，采用GPRS 或CDMA等無線傳輸方式。
3D無線模塊將現場采集到的空壓機組運行數據與采集終端的 ID號和端口號一起封裝成數據包，主要通過GPRS或CDMA網絡把封裝好的數據包發送到云服務器。云服務器具有固定IP 地址，用戶可以通過撥號上網來接收傳輸過來的現場數據。通過解讀和 ID號判斷數據包中數據來源，經過驗證，通過則返回1個應答信號。通過 GPRS或CDMA網絡底層數據采集和應用層云服務器之間就建立了1 條數據傳輸渠道。
空壓機遠程監控數據通過公網進行傳輸，因此數據傳輸過程中的安全問題是空壓機廠商和終端用戶的共同關注焦點。基于數據傳輸可靠性要求，本系統采用通用的TCP數據傳輸協議。監控系統是通過TCP 協議實現網絡通信的，3G無線模塊作為TCP客戶端的身份與云服務器進行數據交換，在空壓機監控系統中充當信息傳輸的橋梁，云服務器可以與多臺客戶端相連，實現1對多的信息交互。
數據庫的建立和系統實現
采用SQL SERVER 2008數據庫為基礎，實現大容量實時及歷史數據的入庫、檢索、查詢、運算，支持用戶遠程登陸后的數據檢索、查詢和應用。
4、系統功能模塊
本系統采用了多角色多用戶權限設置，如表1所示，主要包括5個模塊: 維保管理、運營管理、監控管理、數據統計和系統管理。
5、遠程監控系統的設計效果
實現實時位置監控，能監控空壓機在百度地圖上的位置，見圖4。
通過干接點采集傳感器數據，同時還可以采集視頻數據，并通過 3G 或以太網把這些數據傳送到服務器。能實現現場在線視頻監控，能遠程操控空壓機，見圖5。
圖6為維保計劃表，根據維保計劃，系統會報警，并通過信息告知有權責任人。
從系統我們可以觀察到空壓機實時運行的信息，并能對信息進行統計分析，見圖7、8。
為保證機器的安全性，用優盾對有權人進行權限設置，見圖9。
6、結束語
通過系統結構分析、網絡架構搭建、系統功能模塊劃分以及數據庫的建立等設計，3G 無線模塊通過與 PLC 交換數據把空壓機的運行狀態及參數通過無線中繼模塊經互聯網發送到服務器中，用戶可通過登陸服務器地址遠程監控空壓機的運行狀態，使在客戶終端的每臺空壓機通過互聯網與生產廠家進行實時通訊。在互聯網環境下，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持等管理和服務功能。能夠極大地提高效率，保證了空壓機系統的可靠運行。
參考文獻
［1］崔揚，周澤魁，施麗蓮.基于PLC 的多組空壓機組遠程監控系統［J］. 壓縮機技術, 2004(1):22 － 24．
［2] 饒新，方建安.BP 神經網絡在空壓機遠程監控系統中的應用［J］．工業控制計算機，2012，25( 10):9 － 10．
［3］黃綠格.GRPS DTU與組態軟件在油田遠程監控系統中的應用［J］.儀器儀表用戶，2007，14( 3) :59-60
［4］ 劉志雄，余臻，陳燕萍.GRPS DTU 數據中心的通信設計［J］.工業控制計算機，2007(12) :23-24.
［5］ 王耀廷，郭文成.基于GPRS的DTU嵌入式軟件設計［J］. 儀器儀表用戶，2013( 5) :87-89.
［6］ 李慧玲，羅敏，羅春暉.基于PLC 的空壓機遠程監控系統的設計與實現［J］． 計算技術與自動化，2014，33( 3) : 55 － 57．
［7］ 苑旭陽，王啟立，何敏，等． 基于工業以太網的空壓機遠程監控系統設計［J］． 壓縮機技術，2014( 1) : 23 － 25．
［8］陸文婷，程武山.基于網絡的空氣壓縮機遠程監控系統［J］．輕工機械，2015（2）：57-59.
來源：■文/梅堅
【壓縮機網】1、引言
空壓機是一種氣體壓縮和輸送設備，廣泛應用于礦山、機械、電子和醫療等各個行業，終端用戶對運行和維護服務要求越來越高。面對客戶新的需求，空壓機生產制造和售后服務要改變現狀，需要開發新的遠程監控方式。目前國內空壓機的監控方式［1-2］的研究尚處于起步階段，仍然停留在現場手動控制、人工抄表和定時記錄的方式上，準確性差、工作效率低和數據不全，發生故障時描述不清、維修不及時，長時間停機將帶來巨大損失。隨著科技的快速發展，工業自動化和信息化水平不斷提高，無線網絡技術的日益成熟為空壓機遠程監控系統開發提供技術支撐。
本文設計了一種基于新型3G無線模塊的空壓機物聯網方案，監控系統分為三個層次，底層聯控柜采集到空壓機組數據通過3G無線模塊轉成無線信息；通過GRPS或CDMA等各種無線通信方式將無線數據傳遞給云服務器［3-5］；通過存儲、分析和處理，廠商和用戶可以登陸網站遠程查看現場空壓機組運行情況，并且通過聊天工具可以在線指導，而不需要到現場，能夠有效地實現遠程監控。
2、系統網絡架構的搭建
整個監控系統分為三個層次：傳感層、網絡層和應用層，分別由數據采集終端、數據傳輸終端和云服務器組成。現場的空壓機或聯控柜的PLC 控制器、各類型傳感器和儀表進行通信，快速采集每個空壓機單元的實時數據，構成無線傳感網，實現信息感應和數據采集。通過RS485 接口與3G無線模塊連接；通過3G無線模塊傳輸過來的數據，采用GPRS或CDMA等各種無線通信方式傳輸給云服務器；云服務器設有 SCADA應用服務器、WEB 服務器和數據庫服務器，對上傳數據存儲、分析和處理，廠商和普通用戶通過物聯網終端，從監控界面能夠實時了解現場機器的運行狀態以及各傳感器采集到的現場信息。廠商根據得到的現場數據，及時為用戶提供警報、故障遠程診斷、維修服務以及預防性維護和備品備件管理服務。用戶也可以聯網查看，了解機器的運行情況。詳見圖2。
3、系統整體設計與實現
整個系統的三個層次分別由數據采集終端、數據傳輸終端和云服務器組成。數據采集終端是整個監控系統的源頭，主要實現實時采集現場的空壓機組信息，數據傳輸終端將根據預設向云服務器發送信息包，應用層的云服務器將收到數據包進行存儲、分析和處理。應用層監控中心軟件采用B/S 架構體系，以SQL SERVER 2008為后臺數據庫。系統的網絡層支持各種無線組網方式，采用公網固定的 IP 地址的方式。見圖3。
本文使用的控制器是PLC控制器，它采用RS485半雙工通信方式，支持MODBUS標準通訊協議。通訊為RS485接口，異步串行，半雙工傳輸。默認通訊協議方式采用ASCII方式：1位起始位，7個數據位，1位停止位， 1位奇偶校驗位。采用主從式通信方式，即主機發出請求命令，從機控制器做出判斷，判斷指令是否滿足通信要求，若滿足就完成主機指令，并將相應的信息反饋給主機。
傳感器信號的采集
按照輸出信號的特性，空壓機及機組所用的傳感器可分為以下幾種類型：1.溫度模擬傳感器。將現場測到的非電量信號轉換成模擬的電信號。它所采集的信號需通過模數轉換器A/D變換實現狀態參數的成功采集。2.電機電流傳感信號直接從控制柜遠程信號傳輸獲得。3.壓力傳感器。被測量的信號達到某設定值時，傳感器相應地輸出 1個無源干接點信號。
網絡傳輸
系統的傳輸層由無線網絡組成，它將底層現場空壓機組運行數據可靠安全地傳輸到云服務器，采用GPRS 或CDMA等無線傳輸方式。
3D無線模塊將現場采集到的空壓機組運行數據與采集終端的 ID號和端口號一起封裝成數據包，主要通過GPRS或CDMA網絡把封裝好的數據包發送到云服務器。云服務器具有固定IP 地址，用戶可以通過撥號上網來接收傳輸過來的現場數據。通過解讀和 ID號判斷數據包中數據來源，經過驗證，通過則返回1個應答信號。通過 GPRS或CDMA網絡底層數據采集和應用層云服務器之間就建立了1 條數據傳輸渠道。
空壓機遠程監控數據通過公網進行傳輸，因此數據傳輸過程中的安全問題是空壓機廠商和終端用戶的共同關注焦點。基于數據傳輸可靠性要求，本系統采用通用的TCP數據傳輸協議。監控系統是通過TCP 協議實現網絡通信的，3G無線模塊作為TCP客戶端的身份與云服務器進行數據交換，在空壓機監控系統中充當信息傳輸的橋梁，云服務器可以與多臺客戶端相連，實現1對多的信息交互。
數據庫的建立和系統實現
采用SQL SERVER 2008數據庫為基礎，實現大容量實時及歷史數據的入庫、檢索、查詢、運算，支持用戶遠程登陸后的數據檢索、查詢和應用。
4、系統功能模塊
本系統采用了多角色多用戶權限設置，如表1所示，主要包括5個模塊: 維保管理、運營管理、監控管理、數據統計和系統管理。
5、遠程監控系統的設計效果
實現實時位置監控，能監控空壓機在百度地圖上的位置，見圖4。
通過干接點采集傳感器數據，同時還可以采集視頻數據，并通過 3G 或以太網把這些數據傳送到服務器。能實現現場在線視頻監控，能遠程操控空壓機，見圖5。
圖6為維保計劃表，根據維保計劃，系統會報警，并通過信息告知有權責任人。
從系統我們可以觀察到空壓機實時運行的信息，并能對信息進行統計分析，見圖7、8。
為保證機器的安全性，用優盾對有權人進行權限設置，見圖9。
6、結束語
通過系統結構分析、網絡架構搭建、系統功能模塊劃分以及數據庫的建立等設計，3G 無線模塊通過與 PLC 交換數據把空壓機的運行狀態及參數通過無線中繼模塊經互聯網發送到服務器中，用戶可通過登陸服務器地址遠程監控空壓機的運行狀態，使在客戶終端的每臺空壓機通過互聯網與生產廠家進行實時通訊。在互聯網環境下，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持等管理和服務功能。能夠極大地提高效率，保證了空壓機系統的可靠運行。
參考文獻
［1］崔揚，周澤魁，施麗蓮.基于PLC 的多組空壓機組遠程監控系統［J］. 壓縮機技術, 2004(1):22 － 24．
［2] 饒新，方建安.BP 神經網絡在空壓機遠程監控系統中的應用［J］．工業控制計算機，2012，25( 10):9 － 10．
［3］黃綠格.GRPS DTU與組態軟件在油田遠程監控系統中的應用［J］.儀器儀表用戶，2007，14( 3) :59-60
［4］ 劉志雄，余臻，陳燕萍.GRPS DTU 數據中心的通信設計［J］.工業控制計算機，2007(12) :23-24.
［5］ 王耀廷，郭文成.基于GPRS的DTU嵌入式軟件設計［J］. 儀器儀表用戶，2013( 5) :87-89.
［6］ 李慧玲，羅敏，羅春暉.基于PLC 的空壓機遠程監控系統的設計與實現［J］． 計算技術與自動化，2014，33( 3) : 55 － 57．
［7］ 苑旭陽，王啟立，何敏，等． 基于工業以太網的空壓機遠程監控系統設計［J］． 壓縮機技術，2014( 1) : 23 － 25．
［8］陸文婷，程武山.基于網絡的空氣壓縮機遠程監控系統［J］．輕工機械，2015（2）：57-59.
來源：■文/梅堅
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