CN108594747A - 基于云平台的压光机远程监测与控制系统 - Google Patents

基于云平台的压光机远程监测与控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于云平台的压光机远程监测与控制系统，克服远距离操纵监控压光机设备与数据实时更新的局限，实现数据与互联网互联集成与在线传送，该远程监测与控制系统包括六个部分，压光机、现场总线、PLC控制器、网关、云平台、本地服务器与移动终端。工厂的设备、工艺参数与传感器和控制层产生的数据融合后得到的大数据，通过新一代物联网传到云平台进行存储、数据分类、优化分析，并通过它把结果传送到工作者手中，方便工作人员实现远程控制决策，再反馈至生产过程中，形成能自适应调整的智能控制网络。

Description

基于云平台的压光机远程监测与控制系统
技术领域
本发明属于造纸工业技术领域，涉及一种基于云平台的压光机远程监测与控制系统。
背景技术
造纸企业工作监控系统在早期的时候，采用人工的方式对生产设备进行监测和调试。因为造纸机是一种负载基本恒定、转速恒定的稳速系统，对于中小型造纸企业，多采用变频分布传动控制系统。所以在纸机传动系统中，开始用V/F控制通用型变频器+模拟外部速度链控制作为系统主要形式，在简单电位器分压式速度链中，当某一点微调速度时，以后的各个点应及时按比例变化，但早期系统不具备这种能力，因此需要工作人员人工地依次调整以后的各个电位器，并随时查看各设备运行情况，当出现很小的故障时还需要工作人员到工业现场实地解决。虽然这种人工监控方式实现最简单，也最直接，但是消耗大量的人力和财力。
随着科技发展、社会进步，现代造纸工业为了顺应“互联网+”的发展趋势，实现现代信息化技术与造纸工业深度融合，需要进行一系列的改革与创新。帮造纸企业构建智能工厂，进行生产设施的智能化和生产过程的智能化，实现智能生产监控，涉及整个企业的生产信息、设备、人互动互联以及新技术应用，实现管理和决策的智能化，亦能进行远程操纵控制的系统就非常重要了。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供基于云平台的压光机远程监测与控制系统，可以及时查看压光机工业现场工作的参数并及时在远端调整，节省了人力物力，提高了压光机的性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
基于云平台的压光机远程监测与控制系统，其特征在于：包括相连的数据传输系统和数据监测报警系统，所述数据传输系统受控于电机控制系统；
所述数据传输系统包括通过现场总线依次连接的压光机、PLC控制器和网关；
所述数据监测报警系统包括变频器，所述变频器的输入端通过PID控制连接于PLC控制器，所述变频器的输出端连接于压光机；
所述电机控制系统包括相连的云平台和移动终端，所述云平台与网关通过MQTT协议相连接；
该系统还包括与云平台互通数据的本地服务器。
所述压光机包括主机、液压系统、电气控制系统、导热油电加热系统和轴承润滑装置；
所述主机包括变频电机传动系统、机架、以及受控于变频电机传动系统且设置在机架上的依次连接的进纸端、压区和出纸端，所述进纸端包括依次设置的放卷辊和第一引纸辊；所述压区包括均设置有上辊和下辊的第一压区和第二压区，所述第一压区和第二压区之间设置有第二引纸辊，所述第一压区包括的上辊为第一软辊、下辊为第一硬辊，所述第一压区包括的上辊为第二硬辊、下辊为第二软辊；所述出纸端设置有收卷辊。
所述软辊上设置有红外传感器和吹风嘴；所述软辊的壳外包覆有弹性材料。
所述硬辊均为热辊，其材质为冷硬铸铁辊。
所述网关包括核心模块、CANopen通信模块和PROFIBUS—DP通信模块，所述核心模块分别连接CANopen通信模块和PROFIBUS—DP通信模块，模块之间以串行方式通信，用于实现现场总线协议与云端通信的MQTT协议转换。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1．可实现远程监控和控制功能。工厂的设备、工艺参数与传感器和控制层产生的数据融合后得到的大数据，通过新一代物联网传到云平台进行存储、数据分类、优化分析，并通过它把结果传送到工作者手中，方便工作人员实现远程控制决策，再反馈至生产过程中，形成能自适应调整的智能控制网络。通过MQTT服务器进行通信，实现设备与监控人员之间的各种通信。
2.整个系统规范严密，减少人力物力，节约监控成本，整个工作系统主要由6个部分组成，开始是基层的纸机设备监控系统，通过现场总线技术将数据传送给PLC，再到网关转换协议上传云平台，最后下载到本地服务器与移动终端共同完成对工业现场设备的监控工作任务。PLC接受上位机与智能移动终端的优化控制指令，可以根据纸张生产品种自动调节各分部速度以适应生产需求。同时PLC将各分部运行参数送往上位机和网关，网关又通过工业以太网或无线WIFI上传云平台，云平台再下传数据到移动终端，以便工作人员及时了解生产状况。
附图说明
图1为基于云平台的压光机远程监测与控制系统的系统框图；
图2为软压光机的结构示意图；
图3为网关的结构示意图。
图中，1-放卷辊、2-第一引纸辊、3-第一软辊、4-第一硬辊、5-第二引纸辊、6-第二软辊、7-第二硬辊、8-收卷辊。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明提供基于云平台的压光机远程监测与控制系统，其特征在于：包括相连的数据传输系统和数据监测报警系统，所述数据传输系统受控于电机控制系统；
所述数据传输系统包括通过现场总线依次连接的压光机、PLC控制器和网关；
所述数据监测报警系统包括变频器，所述变频器的输入端通过PID控制连接于PLC控制器，所述变频器的输出端连接于压光机；
所述电机控制系统包括相连的云平台和移动终端，所述云平台与网关通过MQTT协议相连接；
该系统还包括与云平台互通数据的本地服务器。
所述压光机包括主机、液压系统、电气控制系统、导热油电加热系统和轴承润滑装置；为一种可控中高软压光机，压光机配备有自动控制装置，包括液压系统控制和监测，热油系统温度控制和监测。软辊一般为可控中高辊，压区加压系统采用比例调节压力及位移传感器控制油缸的闭环组合控制，热辊通过导热油加热单元加热，热油循环泵将导热油通过热油旋转接头送入热辊，加热的油通过贴近辊面的许多纵向钻孔循环后回油炉。
所述主机包括变频电机传动系统、机架、以及受控于变频电机传动系统且设置在机架上的依次连接的进纸端、压区和出纸端，所述进纸端包括依次设置的放卷辊1和第一引纸辊2；所述压区包括均设置有上辊和下辊的第一压区和第二压区，所述第一压区和第二压区之间设置有第二引纸辊5，所述第一压区包括的上辊为第一软辊3、下辊为第一硬辊4，所述第一压区包括的上辊为第二硬辊6、下辊为第二软辊7；所述出纸端设置有收卷辊8。
所述软辊上设置有红外传感器和吹风嘴；所述软辊的壳外包覆有弹性材料。
所述硬辊均为热辊，其材质为冷硬铸铁辊。
所述网关包括核心模块、CANopen通信模块和PROFIBUS—DP通信模块，所述核心模块分别连接CANopen通信模块和PROFIBUS—DP通信模块，模块之间以串行方式通信，用于实现现场总线协议与云端通信的MQTT协议转换。
如图1所示，从工厂设备与传感器测得的数据传送给网关，通过网关转换协议实时自动地上传给云平台进行存储，再通过后台对数据进行算法分析与处理，同时用户通过手机APP软件与云服务器相连接，随时随地监测生产过程中的各种参数和变量，在APP软件上进行相应的操纵控制，控制信息又通过云平台反馈给造纸设备进行调整。
压光机设备内部间的通讯网络采用当今应用广泛的有线监控方式，以触摸屏或远程I/O单元为操作站的DCS传动监控系统。
如图2所示该压光机为机外软压光机,有2个压区,用以对纸张做双面机外压光。每个压区各有1个硬辊与1个软辊配对组成。软辊为分区可控中高辊。可控中高辊内有17个活塞缸,分3个压力区。线性压力大小由进口的电磁比例阀分区控制油压高低。进纸端软辊为下辊,硬辊为上辊,出纸端则刚好相反,这样可以对纸的两面进行压光处理。在软辊辊面的两端及中间处,分别装有红外传感器,用以监测软辊辊面的温度,所测辊面温度信号传送至PLC以保护软辊辊面不致过热和保持辊面横幅方向温度均匀避免温差过大。当辊面温差大于5℃时,软辊两端的吹风嘴打开吹冷风,直至温差为0。硬辊是可加热调温的冷硬铸铁辊。软辊可控制中高,其辊壳外包覆弹性材料。软辊辊面在压力作用下的变形,使压区形成面接触,而使单位面积的压强较低,纸幅表面受到温和的处理,所以纸幅整饰均匀,松厚度损失小。
压光机设备通讯网络监控系统以西门子S7—300PLC为中心控制单元，DP27为操作显示终端，外加相关的总线适配部件，组成了一个通讯网络式的DCS传动系统。它的现场操作是一个小型工作站，工作站以一台触摸屏为控制传输中心，负责管理和控制若干台变频器。操作台与变频器采用触摸屏PLC通讯连接以后，现场信息不再是单一的输入量，而是一个和变频器及当前运行参数状态随时保持联系的一种对话式关系，从触摸屏上可以显示所需要的任何信息。当某一传动点需要微调速度时，其给定值是直接显示在现场操作屏上的，不需要再根据反馈指示表来观察微调量是否变化。
前期需要搭建的云平台包含API接口设计、数据存储和处理、MQTT通信实现三部分。云平台根据云端业务逻辑的功能区别划分为通信网关区、应用业务区、数据存储区、数据分析区四大部分
在设计的本造纸设备工作系统中，主要用到的是PROFIBUS—DP与CAN总线技术。本系统中采用PROFIBUS—DP，用于经过优化的高速、廉价的通讯连接，专为设备级分散I/O之间通信设计，使用PROFIBUS—DP模块可取代价格昂贵的数字或模拟信号线，用于分布式控制系统的高速数据传输。它是主从通信和令牌通信的结合，主站为控制设备一般是PLC和工控机，从站为外围设备，一般是输入输出装置、传感器和传动装置。整个系统采用PROFIBUS现场总线控制技术，系统全部控制功能的实现都由现场总线通讯完成。只靠一条通讯电缆传输，系统中不再有整束的电缆，也省去了成千上万个线路节点，大大提高系统的可靠性，节约了控制电缆，同时实现了操作到控制的全数字化，彻底杜绝了现场干扰对控制系统运行的影响。
PLC通过PROFIBUS现场总线监测现场操作台操作信号，并且根据工艺要求完成速度链的控制处理。调节前一级速度时后一级紧随前一级的速度变化。调节后一级的速度时前一级速度不变。通过需要控制操作，PLC可以根据纸张生产品种自动调节车速、分部变比以适应生产需求，并通过PROFIBUS现场总线控制各分部变频器的运行速度。对与负荷分配点，PLC完成负荷分配运算及控制。PLC与触摸屏及网关实行PROFIBUS现场总线高速通讯，将设备各个分部点的工作状态实时在触摸屏上显示出来，同时可通过网关上传到云平台服务器，再由移动终端登录界面进行实时状态监测；并能接受触摸屏与移动终端两者上的操作指令，从而控制各个设备执行相应的动作。
网关以高性能的MCU为核心，协议的解析和通信全部在CPU内完成，系统集成度高，编写的协议需具有完整性，进行大量通信验证后，能实现本系统的工作要求。以模块化系统构成，分为核心模块、CANopen通信模块和PROFIBUS—DP通信模块三个模块，模块之间以串行方式通信，通过这种“桥接”方式实现现场总线协议与云端通信的MQTT协议转换。如图3所示，通过核心模块统一协调三个模块的工作。核心模块完成有线、无线WIFI、4G方式接入云平台的工作，内部包括操作系统的移植、TCP/IP协议栈的移植、MQTT协议栈的移植，应用层的设计，通信模块程序的设计；PROFIBUS—DP通信模块中包括PROFIBUS—DP协议栈的设计和验证，集成的CANopen协议栈模块实现CANopen通信。
云平台的通信网关区通过在云端部署分布式集群的可靠的MQTT（MessageQueuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）服务器，大量设备能够方便快捷接入云端，为设备与设备之间、用户与设备之间快速建立实时稳定的通信服务。应用业务区，执行应用服务。对用户或设备请求进行及时高效的处理，结合数据存储区与数据分析区，完成工业现场设备监控系统中的常规服务和个性化增值服务的业务逻辑实现。数据存储区，整合来自通信网关区与应用业务区的工业设备数据以及用户监控行为数据。数据分析区，具备高效强大的计算性能。解放硬件的计算资源，提供触发式、请求式、周期式三种方式的云计算服务。
本套监控系统具体控制功能有分部电机的起停控制，低速调试检修、正常抄纸切换，对于要求负荷分配各传动点的单动/联动控制，以及设备传动点的速度微调，紧纸调节和送纸调节，和负荷的自动分配功能，当运行过程中出现意外事故时可紧急停车。监测功能有造纸设备运行、故障状态显示以及电机的电流、转矩、分部线速度显示和摇振器的振次、位置显示。当设备显示处于故障状态时，对移动终端进行消息推送报警，当设备运行趋势偏离正常范围时，对移动终端进行消息推送提醒。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.基于云平台的压光机远程监测与控制系统，其特征在于：包括相连的数据传输系统和数据监测报警系统，所述数据传输系统受控于电机控制系统；
所述数据传输系统包括通过现场总线依次连接的压光机、PLC控制器和网关；
所述数据监测报警系统包括变频器，所述变频器的输入端通过PID控制连接于PLC控制器，所述变频器的输出端连接于压光机；
所述电机控制系统包括相连的云平台和移动终端，所述云平台与网关通过MQTT协议相连接；
该系统还包括与云平台互通数据的本地服务器。
2.根据权利要求1所述的基于云平台的压光机远程监测与控制系统，其特征在于：所述压光机包括主机、液压系统、电气控制系统、导热油电加热系统和轴承润滑装置；
所述主机包括变频电机传动系统、机架、以及受控于变频电机传动系统且设置在机架上的依次连接的进纸端、压区和出纸端，所述进纸端包括依次设置的放卷辊（1）和第一引纸辊（2）；所述压区包括均设置有上辊和下辊的第一压区和第二压区，所述第一压区和第二压区之间设置有第二引纸辊（5），所述第一压区包括的上辊为第一软辊（3）、下辊为第一硬辊（4），所述第一压区包括的上辊为第二硬辊（6）、下辊为第二软辊（7）；所述出纸端设置有收卷辊（8）。
3.根据权利要求2所述的基于云平台的压光机远程监测与控制系统，其特征在于：所述软辊上设置有红外传感器和吹风嘴；所述软辊的壳外包覆有弹性材料。
4.根据权利要求2或3所述的基于云平台的压光机远程监测与控制系统，其特征在于：所述硬辊均为热辊，其材质为冷硬铸铁辊。
5.根据权利要求4所述的基于云平台的压光机远程监测与控制系统，其特征在于：所述网关包括核心模块、CANopen通信模块和PROFIBUS—DP通信模块，所述核心模块分别连接CANopen通信模块和PROFIBUS—DP通信模块，模块之间以串行方式通信，用于实现现场总线协议与云端通信的MQTT协议转换。
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