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【摘要】隨著當前智能化的發展，對于電鍍生產模式也產生了非常積極的影響。本文采用PLC進行設備控制，以樹莓派作為網關進行數據采集和遠程傳輸，在服務器端實現了滿足多端訪問需求的電鍍車間云物聯管理系統。
【關鍵詞】云物聯；樹莓派；電鍍車間管理系統
隨著社會的飛速發展，工藝智能化已經成為一項非常流行的發展趨勢?，F代電鍍企業作為服務型制造執行系統所承接的加工任務是多品種、多技術規范要求的復雜混流生產方式。電鍍設備普遍使用了“PLC控制器+執行機構”的控制模式。[1]本文針對電鍍車間的生產特點和相關需求，利用物聯網技術開發一種電鍍車間管理系統，實現對電鍍工藝過程參數如溫度、電流、電壓、pH、液位等遠程監控的目的，并能對各批次的工件生產過程進行追溯。
1系統總體設計
圖1展示了電鍍車間云物聯管理系統的架構和組成，在設備控制層，現場PLC對行車、加熱器、整流器、泵閥等外設進行控制。樹莓派通過以太網口與PLC進行數據采集，將電鍍生產的過程數據如溫度值、電流值、電壓值、pH以及外設的運行狀態等遠程傳輸至服務器平臺，同時也將設備的遠程控制指令、生產排程指令等下傳給PLC，通信是雙向的。通過萬維物聯網（WoT），使用智能手機、筆記本即可進行生產管理。并且云端提供的數據分析服務，進行生產排程，制訂溶液及設備維護計劃，維持各鍍槽最佳的工藝條件，保證鍍層質量和車間產能。
2硬件選擇
2.1現場控制PLC
在本系統中，車間各生產線的控制器采用歐姆龍CJ2M系列PLC，通過TC101模塊對溶液溫度進行PID控制，通過AD/DA模塊與整流器電流輸出控制，通過SCU模塊與pH控制器進行基于Modbus協議的通信控制，通過變頻器對行車電機進行運動控制。PLC根據工藝需求，對噴淋攪拌、循環過濾、陰極移動等外設進行輸出控制。
2.2網關
樹莓派3是一個完整的萬維物聯網設備，僅有一張信用卡大小，板載一個四核1.2GHzCPU、1GBRAM和一個Broadcom圖形處理單元，通信接口如10/100M以太網、USB2.0、UART以及RS485接口。作為網關向下可以通過以太網與各節點PLC進行通信、向上可以通過4G/LTE無線模組連接云服務器。
2.3云服務器
OneNet是中移物聯網打造的物聯網云平臺，目前設備的接入量已達到3000萬，提供數據存儲、在線管理、事件觸發等服務；分布式結構、完備的數據接口和多重保障機制可實現高效的資源管理和安全的數據存儲；具有在線設備的監控管理、數據統計分析和實時控制功能。
3軟件設計
系統以樹莓派作為網關完成電鍍車間各PLC的實時數據采集，同時接收來自云端的控制指令，驅動外設調整生產工藝。服務器負責工藝過程數據的存儲與分析，并以曲線動畫等形式將數據呈現在Web頁面，同時Web端提供人機交換功能，使用戶可實現對電鍍生產過程的遠程控制。該系統開發語言選用Python及Django框架。
3.1網關程序的實現
為樹莓派開發FinsTCP協議，實現與歐姆龍CJ系列PLC通信。為支持其他主流PLC，也需開發基于SNAP7、OPCUA以及Modbus協議的通信程序。網關與服務器之間雙向通信基于MQTT協議，建立網絡連接、實現消息訂閱與等功能。服務器發送消息給網關，需要網關作為訂閱者去服務器的broker上訂閱某主題，當有該主題的消息，就被broker推送給網關；網關發送消息給服務器，需要服務器作為訂閱者去服務器的broker上訂閱某主題，網關該主題的消息，則被broker推送給服務器。消息的數據格式為JSON。網關需要監聽多個PLC的設備并讀取，同時接收來自服務器后臺的網絡數據并進行解析，程序中建立了消息隊列緩沖接收到的數據。采用多進程+協程的編程方式，當接收線程進行設備監聽時，負責解析的線程去消息隊列進行解析，充分利用多核CPU，發揮協程的高效率，提供系統響應的實時性。
3.2服務器端程序實現
服務器程序采用前后端分離設計。后端采用Django，遵循restful規范提供API接口，實現用戶權限管理和過程數據記錄。在MySQL數據庫中記錄工件的入槽時間、出槽時間、工藝編號、電鍍過程中溫度、pH、電流、電壓等參數的定時采樣，數據表中包含參數值和時間戳。采樣周期和數據保存時間可由管理員在線設置，可選擇自動或手動壓縮數據庫功能。前端采用Vue框架開發跨桌面和移動終端的企業應用，具有強大的人機交互功能。監控界面包含一系列的鍍槽、泵閥等的具有動畫效果的可復用組件。用戶可查看各鍍槽當前設定的工藝參數、液位狀態和工件放置情況，也可對外設進行遠程控制。在質量追溯界面，用戶可查看每批工件在電鍍過程中的溫度、pH、電流、電壓趨勢圖，并與工藝預設曲線進行對比，分析影響鍍層質量的原因。在報警界面提供了配置接口，進行報警源和值班人員配置，現場設備一旦檢測到異常信息，如鍍槽工藝參數超出了設定范圍、加熱器過熱保護、電機過載保護等情況，將通過設置號的電話實現最直接的報警。同時，報警信息也會在服務器數據庫進行保存。用戶可通過Web界面查看報警歷史信息，獲取文字、照片、或電路圖等形式的維修提示等。
4總結
綜上所述，該電鍍車間管理系統既滿足了工藝控制的實時性和可靠性要求，又融合了時下流行的物聯網技術，實現了遠程設備監控和跨平臺訪問需求，所以在未來具有廣闊的應用前景。
作者:胡子卿 張峰 杜斌 單位:中國電子科技集團公司第二研究所
