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OneNet云平臺(tái)倉庫環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究

信息來源：   發(fā)布時(shí)間：2021-07-28  點(diǎn)擊數(shù)：

0 引言 互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及以及各種智能設(shè)備終端的誕生，使 傳統(tǒng)行業(yè)領(lǐng)域不斷向著智能、便捷、迅速方面開始發(fā)展。而 經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展也同時(shí)加劇了倉儲(chǔ)領(lǐng)域由傳統(tǒng)倉 儲(chǔ)向智能化倉儲(chǔ)的發(fā)展，智能化倉儲(chǔ)不僅要求可以對倉儲(chǔ) 環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格把控，而且要做到可以讓用戶遠(yuǎn)程且實(shí)時(shí)的 監(jiān)控倉儲(chǔ)環(huán)境的信息。云平臺(tái)的誕生，正好為用戶與倉儲(chǔ) 建立了可以信息共享，實(shí)時(shí)監(jiān)控的平臺(tái)，使得倉儲(chǔ)環(huán)境信 息變得更加透明化，更加具有實(shí)時(shí)性。正是在此背景下，設(shè) 計(jì)一種基于 OneNet 平臺(tái)，選用傳感器，可邏輯編程控制器 建立一個(gè)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控倉儲(chǔ)環(huán)境信息，并具有一定可自我 調(diào)節(jié)功能的智能化倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)有重要實(shí)用價(jià)值。

1 研究的主要內(nèi)容

系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)遵循物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和 應(yīng)用層。傳感器將收集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)層實(shí)時(shí)向主控 PLC反饋，PLC將采集信息通過智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備的連接，通 過 PLC 廠家自帶的操作模塊發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng) OneNet 平臺(tái)， 用戶可以在OneNet平臺(tái)上實(shí)時(shí)監(jiān)控倉庫的信息，OneNet 平臺(tái)也可以將數(shù)值信息發(fā)送到用戶的第三方終端，用戶可 以設(shè)置微信小程序接收，或通過OneNet自家平臺(tái)的APP 設(shè)備云，進(jìn)行信息獲取，做到信息的實(shí)時(shí)性與透明性，可以

讓用戶實(shí)時(shí)掌握并監(jiān)控倉儲(chǔ)環(huán)境的最新情況。

該系統(tǒng)由核心控制器PLC S-200、溫度傳感器、濕度 傳感器、稱重傳感器、接近開關(guān)、離子型煙霧探測器構(gòu)成， 選用支持OPC協(xié)議的傳感器與PLC相連接，再架構(gòu)OPC Service服務(wù)器，通過架構(gòu)OPC服務(wù)器，將編譯好的梯形圖 程序由上位機(jī)發(fā)送到PLC內(nèi)，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的 運(yùn)行，選用物通博聯(lián)智能網(wǎng)關(guān)硬件串□方式與PLC主控 相連，將采集數(shù)據(jù)通過智能網(wǎng)關(guān)將硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換為互聯(lián)網(wǎng) 支持的MQTT協(xié)議連接到中移動(dòng)平臺(tái)OneNet。基于MQTT 是物聯(lián)網(wǎng)連接的標(biāo)準(zhǔn)訂閱協(xié)議，再由第三方軟件或微信小 程序，將手機(jī)與OneNet平臺(tái)連接起來，就可以實(shí)時(shí)接收并 訂閱PLC核控上傳的數(shù)據(jù)和平臺(tái)下發(fā)命令。或下載設(shè)備 云，設(shè)備云是由OneNet平臺(tái)專門為移動(dòng)設(shè)備與OneNet連 接而開發(fā)的一款app,更方便快捷的接收PLC核控上傳給 OneNet 平臺(tái)的程序。

PLC 的雙冗余系統(tǒng)

為了應(yīng)對各種突發(fā)狀況，保持倉儲(chǔ)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，數(shù) 據(jù)的不中斷，就要設(shè)計(jì)PLC的雙冗余系統(tǒng)，雙冗余系統(tǒng)包 括了硬件冗余與軟件冗余兩種冗余方式。既然要設(shè)計(jì)雙冗 余系統(tǒng)，那么就需要準(zhǔn)備好4塊CPU。當(dāng)主控發(fā)生錯(cuò)誤等故 障時(shí)，后補(bǔ)CPU第一時(shí)間監(jiān)測到主控CPU的異常狀態(tài)，代 替并轉(zhuǎn)換成為主控CPU，取得系統(tǒng)的主控權(quán)。在正常工作 時(shí)，主控CPU會(huì)時(shí)刻向后補(bǔ)CPU發(fā)送自己的狀態(tài)信息，并 保持通信狀態(tài)。后補(bǔ)CPU同時(shí)對主控CPU進(jìn)行監(jiān)察，與主 控CPU保持同步狀態(tài)，并隨時(shí)準(zhǔn)備與主控CPU進(jìn)行控制 權(quán)上的轉(zhuǎn)換，后補(bǔ)CPU可以保持在線運(yùn)行狀態(tài)，輸出不是 被允許的，而是允許保持通訊連接并采集數(shù)據(jù)，一旦某一方 的通訊情況和運(yùn)行狀態(tài)或雙方都出現(xiàn)問題，會(huì)立刻在工作 臺(tái)發(fā)出警報(bào)，通知責(zé)任人并上傳至上位機(jī)。

Siemens S7-200的CPU模塊單獨(dú)集成了電源，中央 處理器和數(shù)字量輸入輸出I/O接口，CPU負(fù)責(zé)接收并執(zhí)行 由上位機(jī)下發(fā)的指令，對整體系統(tǒng)起到整體控制的能力。 外部信號(hào)由輸入接□接收,CPU解析并計(jì)算。輸出接□則 輸出信號(hào)，并控制驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。本文設(shè)計(jì)共需求7個(gè)傳 感器，停止啟動(dòng)開關(guān)，觸發(fā)按鈕 18 個(gè)輸入點(diǎn)，16 個(gè)輸出 點(diǎn)，因此本文選取的CPU模塊為CPU226，它具有40點(diǎn) I/O接□，分別為24輸入接□與16輸出接□，并且相對于 其他型號(hào)CPU增加了通信□的數(shù)量，可以擴(kuò)展未I/O接 □。當(dāng)數(shù)量不夠的時(shí)候可以備用。并且擁有 7個(gè)可擴(kuò)展的 模塊，具有內(nèi)部時(shí)鐘，擁有較強(qiáng)的數(shù)字處理能力與模擬量 處理能力，適合應(yīng)用于中小型的控制系統(tǒng)。

1.3 傳感器選型

溫度傳感器 由于藥品疫苗對環(huán)境的溫度要求十分苛刻，需要控制

在2益至10益之間。溫度傳感器選擇為熱敏電阻 WZP 系 列，PT1OO鉑熱電阻，我們經(jīng)常見到的PT鉑熱電阻或該其 他類型傳感器是由鉑絲纏繞在陶瓷或者玻璃或其他元件 構(gòu)成的骨架，再通過復(fù)雜的工藝制作的。其應(yīng)用在當(dāng)今非 常廣泛，包括醫(yī)療、電機(jī)和溫度計(jì)算等領(lǐng)域，適用于高精度 的溫度設(shè)備。它的電阻可以隨著溫度的上升呈近似均速的 增長。PT的100表示在0益時(shí)它的阻值為100贅，如果在 100益,它的阻值并不是0贅，而是約為138.5贅。理論溫度 采集范圍為-200益至850益，在藥品疫苗所需要的溫度測 量范圍內(nèi)。在藥品疫苗的倉儲(chǔ)環(huán)境中，需要在上位機(jī)中設(shè) 置溫度的最小閾值為 2益，最大閾值為 10益，當(dāng)監(jiān)測溫度 高于或低于最大閾值和最小閾值時(shí)，立刻報(bào)警，并反饋 PLC 進(jìn)行溫度調(diào)控，當(dāng)溫度高出最高閾值時(shí)間超過 1 分 鐘，則立刻觸發(fā)消防系統(tǒng)。

濕度傳感器

濕度傳感器選用濕敏電容HM1500濕度傳感器，其感 濕膜會(huì)吸附環(huán)境的水分子，使兩電極間的介電常數(shù)發(fā)生變 化。濕度變大使?jié)?/span>HM1500的電容量增大，推算出環(huán)境相 對濕度。HM1500封裝在防護(hù)棒內(nèi)，由5V直流電壓供電， 輸出為 1~4V 直流電壓，使用簡單。濕度監(jiān)測范圍 0%耀 100%RH,10%耀95%RH范圍內(nèi)精度±3%RH,反應(yīng)時(shí)間5s， 精度高，測量范圍大，反應(yīng)時(shí)間快，是性價(jià)比極高的一款集 成濕度傳感器。由于它對溫度依賴性極低的特性，本方案 采用了 HM1500。設(shè)置最大濕度閾值為75%，最小濕度閾 值為 45%。當(dāng)環(huán)境的相對濕度低于或高于最小濕度閾值或 最大濕度閾值時(shí)，和溫度傳感器相同，會(huì)立即觸發(fā)警報(bào)。

煙霧探測器 煙霧探測器選用離子型煙霧探測器，由于工作環(huán)境的

溫度要保持在 2益至10益內(nèi)，并且相對濕度保持在 45%到 75%之間，低于 95%的相對濕度，離子型煙霧探測器的工 作環(huán)境和工作溫度最符合該倉儲(chǔ)環(huán)境的工作條件。在無煙 狀況下，倉庫環(huán)境中電離是平衡的，一旦有煙霧進(jìn)入倉儲(chǔ) 空間，倉庫空間的離子流動(dòng)受到煙霧干擾，電性能受到倉 儲(chǔ)環(huán)境內(nèi)煙霧干擾會(huì)發(fā)生變化，變化的電性能信號(hào)被煙霧 探測器采集芯片采集，會(huì)判斷是否達(dá)到報(bào)警的極限，然后 會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。正常工作狀態(tài)每40秒紅色LED燈會(huì)閃 亮一次，報(bào)警時(shí)紅色 LED 燈會(huì)不間斷的閃爍，直至煙霧散 去，工作環(huán)境處于正常的狀態(tài)，系統(tǒng)才會(huì)自動(dòng)復(fù)位，離子型 煙霧探測器穩(wěn)定性高，反應(yīng)迅速較快，適用于該倉儲(chǔ)對存 儲(chǔ)環(huán)境的苛刻要求。

接近開關(guān)與稱重傳感器

倉庫由四排四列貨架組成，每排貨架均有四層結(jié)構(gòu)， 每層均具有自動(dòng)升降機(jī)，升降機(jī)則帶動(dòng)盛有物料的托盤， 托盤放在液壓式板環(huán)型的稱重傳感器上，當(dāng)液壓式稱重傳 感器遭到物料的重力作用時(shí)，受到作用的液壓油壓力增 加，隨后可測得增加的壓力值，即可測算出物料的質(zhì)量。四 層均裝有對射式光電開關(guān)，一端發(fā)出一端接收，一旦中間 被物料阻隔，接近開關(guān)的信號(hào)被阻斷，則立刻關(guān)閉通和下 一層的呼叫上升按鈕。貨架裝有四個(gè)光電開關(guān)，最高的一 層始終保持內(nèi)呼上升狀態(tài)，第一層放置的物料將會(huì)自動(dòng)上 升到第四層，對射式光電開關(guān)被阻斷之后，向下一層電機(jī) 輸入一個(gè)高電平，下一層光電開關(guān)通電開始工作，接通內(nèi) 呼上升按鈕。直到四層對射式光電開關(guān)均處于正常工作狀 態(tài)，未被阻斷的情況，則恢復(fù)為初始狀態(tài)。

OneNet 平臺(tái)

OneNet是由中國移動(dòng)全資子公司之一的中國物聯(lián)網(wǎng) 有限公司為個(gè)人用戶與中小微型企業(yè)搭建的全免費(fèi)形式 的云平臺(tái)，為各種跨平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，提供智能簡便存 儲(chǔ)、分析、連接等服務(wù)，能快速打造物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，全面降低 開發(fā)的成本。MQTT是一種物聯(lián)網(wǎng)的傳輸協(xié)議，消息隊(duì)列 遙測傳輸，是 ISO 標(biāo)準(zhǔn)下基于發(fā)布/訂閱范式的消息協(xié)議， 支持各種流行高級(jí)語言。能容忍不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，永久連接 和擁有低協(xié)議開銷的優(yōu)點(diǎn)可以長時(shí)間的接收由采集終端 發(fā)來的采集數(shù)據(jù)，并且不需要重新建立連接，還可以使用 戶和倉儲(chǔ)環(huán)境進(jìn)行一個(gè)實(shí)時(shí)的信息交互。采用MQTT協(xié)議 作為OneNet平臺(tái)與倉庫環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的連接，進(jìn)行接收 數(shù)據(jù)信息或下達(dá)指令。

首先使用 MQTT Simulate Device 進(jìn)行模擬連接，在與 OneNet平臺(tái)建立MQTT協(xié)議的連接時(shí)，最關(guān)鍵的是三元 組設(shè)備ID,鑒權(quán)信息與產(chǎn)品ID。其次服務(wù)器端口號(hào)可以按 照本文填寫。

deviceID =“59475988” //設(shè)備 ID

productID =“341784” //產(chǎn)品 IDauthInfo =“183.230.40.39” //鑒權(quán)信息

host = “192.168.0.108" //個(gè)人的 IP 地址

port = 6002 〃端□號(hào)

然后通過編譯端口轉(zhuǎn)換器建立一個(gè)設(shè)備MQTT協(xié)議 與OneNet平臺(tái)的連接，首先先創(chuàng)建一個(gè)MQTT客戶端。

2 結(jié)論

采用西門子 PLC S7-200 采用 OPC 協(xié)議與傳感器之 間連接，通過智能網(wǎng)關(guān)物通博聯(lián) WG585 型號(hào)將采集信息 通過MQTT協(xié)議與OneNet平臺(tái)相連接，再通過OneNet平 臺(tái)下發(fā)給用戶訂閱，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要的信息的采 集，轉(zhuǎn)換、分析、監(jiān)控與對倉儲(chǔ)綜合環(huán)境的把控。