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摘要：傳統的疫苗冷庫控制是通過溫濕度傳感器采集數據傳送至PLC和上位機，再由PLC控制制冷設備，使得疫苗冷庫保持在2～8℃。該控制方式是單一的溫濕度采集通道，難以克服可能存在的傳感器故障、電氣接線故障、停電故障和數據庫損壞等故障。提出一種多網絡數據采集控制方式，即電氣接線數據通道、Wi－Fi無線網數據通道和“Wi－Fi＋GPRS”數據通道的三重數據采集通道，三者相互補充和驗證。通過設計疫苗冷庫控制系統的模型，三重通道成功采集數據，疫苗冷庫溫度控制穩定。
關鍵詞：疫苗冷庫，多網絡，數據采集，Wi－Fi＋GPRS
合格的疫苗環境必須控制在2～8℃，一旦長時間超出此范圍，疫苗會失去其效果。目前在疫苗冷庫控制技術中，多采用以PLC為核心的控制手段，通過溫濕度傳感器采集數據傳送至PLC中，經過程序處理控制壓縮機，進而控制疫苗冷庫的溫度；疫苗冷庫的溫濕度數據保存至數據庫中，以便查詢和第三方監控。隨著物聯網技術的發展，對溫濕度數據進行了智能化處理，可以在溫度異常時報警并發送短信至管理員，亦可通過手機APP實時查詢溫濕度數據等等［1］。但是智能化程度的提升必須基于數據的準確性和穩定性，而目前疫苗冷庫的溫濕度采集基本采用溫濕度傳感器連接PLC，或者傳感器通過采集卡至上位機等方式，該方式是單一的數據采集通道，一旦發送數據傳輸異常，制冷系統有可能難以作出準確的處理。所以，文中提出一種多網絡溫濕度數據采集的方式，以保證某一數據采集通道故障時，其他通道能夠智能補充，保障疫苗冷庫的溫度控制穩定性［2－3］。
1系統結構
多網絡數據采集系統的原理圖假設疫苗冷庫安裝編號1～N個具備有線和無線傳輸功能的溫濕度傳感器，該系統具有三個數據采集通道組成，一是傳感器通過電氣接線連接西門子1200PLC；二是通過Wi－Fi無線網通道將溫濕度數據傳送至工業計算機數據庫；三是通過“Wi－Fi＋GPRS”通道將溫濕度數據傳送至云端數據庫。
2多網絡數據通道設計
2．1電氣接線數據通道
溫濕度傳感器通過電氣接線傳輸數據是較為穩定的通道，除非出現傳感器故障或電氣接線損壞。疫苗冷庫溫濕度數據的采集主要分為兩個部分，一是傳感器連接PLC模擬量接口通過程序處理采集數據；二是傳感器連接模擬量采集模塊（如研華4017），再通過RS485通訊傳輸至工控機上位機數據庫。因疫苗冷庫空間較大，須在不同的空間位置安裝大量的溫濕度傳感器，若完全采用PLC采集數據，使用大量的PLC模擬量處理模塊成本較高，而且PLC的CPU連接模塊數量也有限制，所以采用模擬量采集模塊是解決大量傳感器數據的辦法。電氣接線傳輸數據樣例如圖2所示。
2．2Wi－Fi無線網數據通道
Wi－Fi無線網數據通道示意圖如圖3所示。帶有Wi－Fi功能的溫濕度傳感器通過無線路由器傳送至工控機數據庫，傳感器、無線路由器、工控機和手機構成一個局域網，手機APP可以訪問數據庫查詢溫濕度數據；在接入外網時，疫苗冷庫廠房外可以通過互聯網遠程訪問工控機數據庫，當出現報警時電腦通過RS232發送報警信息至用戶手機上。Wi－Fi無線網數據通道相比于電氣接線通道，省去大量接線的麻煩，在保證局域網信號穩定的前提下，溫濕度數據較為穩定，是對電氣接線通道出現故障時的數據補充。
2．3“Wi－Fi＋GPRS”數據通道
“Wi－Fi＋＋GPRS”數據通道采集數據分為兩種情況，一是疫苗冷庫可以使用Wi－Fi直接將數據傳輸至云平臺數據庫，二是對于移動冷鏈車，可以采用GPRS網絡采集數據。這種數據采集方式可以避免兩個問題，一是當企業自建數據庫損壞時，可以從云平臺調用，且現在云平臺無需企業自建，直接租用即可，如阿里云平臺等；二是當冷庫斷電時，盡管會啟用備用電源，如果在備用電源有效時間內不能恢復供電，上述兩種方式溫濕度數據全部失效，此時Wi－Fi也有可能斷網，所以在緊急情況下采用GPSR采集數據，是對疫苗冷庫溫濕度數據出現嚴重故障時的緊急補救。
3軟件設計
3．1電氣接線數據采集
西門子S7－1200PLC采集傳感器溫濕度信號，在博圖軟件中可以直接調用FC105的SCALE模塊，只要將傳感器的量程輸入模塊中的HI＿LIM和LO＿LIM，FC105模塊即可將IW64所采集的電壓信號轉換實際溫濕度數值，如圖5和圖6所示，分別是1號傳感器采集的濕度和溫度，濕度量程0～100％，溫度量程0～50℃。將FC105采集的溫室和觸摸屏或上位機設置的溫度進行比較，通過PLC編程控制壓縮機和其他制冷裝置的啟停，進而控制疫苗的溫濕度。PLC采集的溫濕度一般是制冷設備比較關鍵的數據點，但在疫苗冷庫空間區域里安裝大量的傳感器，往往采用“傳感器＋模擬量處理模塊＋RS485通訊”的方式將數據傳送至上位機數據庫，可以利用組態王或者力控上位機等軟件的自帶數據庫，因數據較大和數據后期智能化處理，工程設計人員一般也會利用MicrosoftSQLServer軟件按照企業需要設計數據庫，也便于第三方監控。
3．2Internet、Wi－Fi或GPRS數據采集
Internet、Wi－Fi或GPRS數據采集對傳感器性能有一定的要求，要求傳感器能滿足不同的網絡傳輸功能。不管對于哪一種傳輸方式，數據接口需要統一起來，比如GPRS數據采集傳輸到云平臺，有的GPRS型溫濕度傳感器自帶專用云平臺，需要解決自帶專用云平臺的數據傳輸到企業所需的云平臺接口問題，同時有的傳感器需要GPRS數據管理查看軟件等等，不同的傳感器廠家會有一套云平臺和數據管理軟件，只要按照相應的參數設置即可完成，溫濕度的數據采集、轉換、傳輸和顯示等功能都有傳感器廠家解決［5］。
4結束語
本文提出了三重溫濕度數據采集通道，是考慮傳統溫濕度采集的單一通道可能存在的隱患，如傳感器故障、電氣接線故障、停電故障、數據庫損壞故障等等，同時基于此設計的相關模型已經完成，不同功能的溫濕度傳感器在不同的采集通道中亦已完成數據采集，盡管各類數據存在一定誤差，但是誤差在工業控制要求范圍之內。下一步要做的工作就是疫苗冷庫控制的實地驗證。
參考文獻
［1］孫寧，魏瑜梅，杜國明，等．淺談疫苗冷庫智能化管理［J］．臨床醫藥文獻電子雜志，2014，1（8）：1473－1473
［2］莫浩然，徐曉輝，張圣明，等．多網絡節點的智能溫室控制系統設計［J］．電子設計工程，2017，25（7）：144－147
［3］張華強，張震，高超，等．一種支持多網絡協議的家庭能效監控系統的設計與實現［J］．現代電子技術，2012，35（24）：124－127
［4］沈燦鋼，孫曉明．西門子全集成工業網絡實訓室設計與實現［J］．實驗技術與管理，2015，32（2）：170－172
［5］侯維巖，秦朝暉，王海寬．面向無線／有線工業網絡集成的協議轉換器構架［J］．儀器儀表學報，2011，32（6）：1252－1257
作者:付煥森 王郭全 夏華鳳 曹健 彭楊 單位:泰州學院船舶與機電工程學院 江蘇四通智能工程有限公司
