王志明

（承德承钢工程技术有限公司，河北 承德 067001）

随着信息技术的不断发展与更新，将传感器等控制设备接入到工业互联网络中完成对机械设备的管理，已经成为当前的发展趋势。为推进工业的智能化发展模式，构建高效的数据采集和功能管理使能平台，工业互联网概念由此提出，其原理是在计算机技术和生产之间完成了信息化的转变，更进一步的加速了工业互联网技术的成熟发展。在工业互联网服务与物联网通信结合的优势，其涉及的应用范围逐渐扩大，在重型工业、医疗行业、航天事业和交通运输等国家关键行业领域都发挥了重要作用。中国作为一个制造业大国，现阶段以重工行业为主的经济支柱逐步地形成了自动化与信息化的生产架构体系，但是在工业互联网的平台建设方面仍处在初级阶段，其技术基础建设和综合能力相对较弱，涵盖整个行业的平台仍未完成。我国现阶段运用较多的工业互联网平台包括航天云INDICS 平台和浪潮工业互联网平台两大类，基本上都是属于直接在设备管理和应用控制上完成结合。但对于大多数重工行业尤其是炼钢产业，为防止大型事故对人力物力的损失其机械设备往往离控制中心较远，而传统管控系统对远距离的设备集中控制上存在较多耦合性，无法打破炼钢厂机械设备在内部位置较偏的管控问题，基于此本文展开对炼钢机械设备的远程集中管控系统的研究，在工业互联网的运用下，解决远距离数据输送产生的时延问题，提高管理的工作效率。

1 设计计量集成电路

计量专用的集成电路一般由六个二阶式或者四阶式转换A/D形式组成。由于集成电路中不只含有一组电路，因此在电压选择上需要安装转换电阻来实现高压转低压的控制。集成电路在完成信息收集时必须同时具备两个以上的有源件，按照相互连接的方式走三维配置路线，即一个有源件不能在同一组传统电路中重复出现[1]。其次是确定用来制造集成电路的电子元件需要安装类似几何模式的传导材料，其位置根据转换电阻的功率大小来布局，具体电路设计如图1所示。

图1 计量集成电路

如图所示在电路中设置了多个计量参数和校表参数，每个参数不能超过16。将几何SPI串口的电阻功率大小设置在8～14欧之间，使得两个参数能够在SPI电阻之间相互传递输入端和输出端的信号。放置电阻前的为参考电压线，电阻后为另一侧的是数字信号处理电路，通过测量电路的数字信号中有功功率大小和因数变化，按照A/D转换形成所需的集成数据即可。

2 基于工业互联网设定C/S结构

工业互联网中包含多个网关管理模块，每个模块主导的管理内容各不相同，其中C/S结构作为整个网络中最重要的管理窗口，可以直接实现对数据信息的第一观测。因此在设定该结构模块时需要包含以下两个功能部分：一是设备状态的监控和管理，主要是对设备的运行状态完成实时监控，以及设备工作产生的数据信息完成采集等，该功能中最重要的是及时了解设备何时需要更新，防止老旧模块对生产的影响。二是设备的节点数据监控和管理，对传感器产生的节点数据实时完成查询列表建设，对重复和空白的节点数据进行删除和修改工作，并针对历史的数据设定储存和调取功能，可以完成不同时间段内的数据查询工作[2]。其中该结构需要设置一个过期数据的定期清理功能，防止内存过大引起处理速度减缓现象，在一定时间内如果机械设备为完成更新板块的回溯功能，可以对历史数据发出删除命令完成内存的释放。在此模式下完成对工业互联网C/S结构的设定后，可以采用RFID技术完成设备远程的集中管控。

3 RFID技术完成设备远程的集中管控

利用互联网感知层RFID技术，能改变机械设备铭牌标识的方式实现对机械设备准确识别，为自动化集中管理奠定基础。机械设备一般包含身份ID、运行状态和性能与安全生产等关键信息，此类信息数据可以在电子标签的设定下及时储存和更新。该技术下生成的电子标签信息具有存储和更新特点，能确保传输的数据信息与机械设备相匹配，减少信息的误记率实现简单快速的管理工作。除此之外炼钢厂的数据信息不具备保密协议的设定，由此产生的数据文件可以在整合之后直接向远端控制中心完成输送，没有重新对数据上码或加符号等复杂环节。RFID技术应用的原理关键在于数据的智能回传，即在机械设备通过匹配好的仪器连入互联网中，可以按照协议的设定将转化后的数据依次排列在消息传输枢纽上，互联网的上层模块可以以订阅的方式读取数据[3]。在被标识的设备上可以直接读取其身份电子信息，将每个传输回来的数据按照对象ID进行分类，根据每个信息内的数据按照文件大小进行统一管控，完成远距离设备的集中控制。由此在工业互联网和RFID技术的作用下完成软件设计。

4 实验论证分析

4.1 测试环境搭建

为验证本文设计的集控管理系统具有实际的应用效果，选取一组传统系统作为对照进行对比实验，该传统系统对数据的传输产生的文件采用排队下载方式。检测相同时段下炼钢机械设备产生的数据大小对传输时延的影响。依托室内实验室搭建测试环境，采用23.54MHz射频识别模块，对远距离炼钢机械设备产生的数据信息进行采集，通过不同ID号实现数据库的存储功能，每个数据按照内存大小进行文件排序。将设置好的数字标签和USB串口连接，实物如下图2所示。

图2 远程测试设备实物图

如图所示此次选择的工业互联网传感器节点硬件是LPC1970嵌入式芯片，操作频率能够将射频识别模块的频率提升5倍。每个炼钢机械设备距离实验室的距离在5km以上，在测试开始前将传感器安置在每个炼钢厂设备中。搭建完毕后向设备输送任务数据进行检测。

4.2 任务分发测试结果分析

通过传统排队下载系统与本文设计的系统对远程设备分发任务时的传输时延进行比较，测试两种系统性能的差异。在同一工作环境下，选择7组不同大小的文件进行测试，数据样本 分 别 为20.58MB、37.65MB、42.32MB、56.12MB、95.27MB、135.68MB、145.23MB。选择传感节点为15个的传输时延进行比较，具体结果如下表1所示。

表1 不同系统下对文件的传输时延对比结果（s）

根据表中数据可知，采用传统管控系统下的文件传输时延，受数据大小影响。当文件超过50MB时该系统的时延超过300s，处理速度急速下降。本文系统在选取的数据样本中可以把时延控制在150s之内，对文件的传输时间起到节约效果。说明本文设计的系统能够缩短远程炼钢设备的集控管理时间，提高工作效率。

5 结语

本文在设计过程中保留原有系统对数据采集模式的分类输送，对影响信息传输速度的历史数据进行了可控删除，完成了缩短时延的控制效果。实验结果表明在本文设计的系统中，传输文件的内存大小不会造成时延的剧烈波动，可以控制在150s之内，大大提高了集中管控的工作效率。但文本在设计过程中受时间精力不足影响，无法对可以更新的硬件进行及时替换，产生的控制效果会造成一定偏差。后续研究过程中会分配好自己的时间，对需要更换的硬件设备及时替换，为炼钢机械设备的远程集控提供更科学的管理方法。