摘要:大型糧食物流園區(qū)建設(shè)是糧食現(xiàn)代物流的重要發(fā)展方向,基于TCP/IP 協(xié)議架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)綜合布線是糧食物流園區(qū)建設(shè)的基礎(chǔ)性工程,網(wǎng)絡(luò)機(jī)房設(shè)備間是綜合布線的重要組成部分,監(jiān)測(cè)其環(huán)境運(yùn)行溫濕度是保障整個(gè)園區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。文章研究了設(shè)備間溫濕度檢測(cè)技術(shù)的IP化方法,將傳統(tǒng)的RS485 溫濕度監(jiān)測(cè)手段和TCP/IP協(xié)議結(jié)合起來,發(fā)揮設(shè)備間TCP/IP協(xié)議接入的優(yōu)勢(shì),構(gòu)建了B/S 架構(gòu)的設(shè)備間溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析和實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了說明,給出了應(yīng)用實(shí)例,效果良好。
引言
國(guó)家發(fā)展改革委2007 年發(fā)布的《糧食現(xiàn)代物流發(fā)展規(guī)劃》中明確提出“發(fā)展糧食現(xiàn)代物流,實(shí)現(xiàn)糧食散儲(chǔ)、散運(yùn)、散裝、散卸(即‘四散化’)的變革,提高糧食流通自動(dòng)化、系統(tǒng)化和設(shè)施現(xiàn)代化水平,對(duì)提高糧食流通效率,降低糧食流通成本,保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。”2014年發(fā)布的《關(guān)于建立健全糧食安全省長(zhǎng)責(zé)任制的若干意見》(“糧安工程”)中也指出要“組織實(shí)施糧食收儲(chǔ)供應(yīng)安全保障工程,將糧食倉(cāng)儲(chǔ)物流設(shè)施作為重要農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施抓緊建設(shè)。”大型糧食物流園區(qū)建設(shè)是實(shí)現(xiàn)“四散化”目標(biāo)的重要載體,是推進(jìn)“糧安工程”建設(shè)的途徑。
近年來,我國(guó)各糧食物流重要節(jié)點(diǎn)紛紛建立了大型的糧食物流園區(qū),在這些園區(qū)建設(shè)中,信息技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合布線作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)工程,也得到了廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)機(jī)房設(shè)備間是在每一幢大樓的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置電信設(shè)備和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、以及建筑物配線設(shè)備、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理的場(chǎng)所,為了保證數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)通信的暢通,設(shè)備間的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行管理均有嚴(yán)格的規(guī)范要求。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50311-2000)中明確了設(shè)備間的溫濕度要求:設(shè)備間室溫應(yīng)保持在10~30℃之間,相對(duì)濕度應(yīng)保持10%~80%,并應(yīng)有良好的通風(fēng),設(shè)備間內(nèi)的各種設(shè)備也要求明確的溫濕度運(yùn)行環(huán)境以便保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
在大型糧食物流園區(qū)建設(shè)中,對(duì)網(wǎng)絡(luò)核心機(jī)房的環(huán)境要求比較注重,一般都了較好的空調(diào)等環(huán)境設(shè)備,但是在大量接入設(shè)備間內(nèi),往往沒有配置空調(diào)等環(huán)境設(shè)備,也沒有溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備,常常采取維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)境溫濕度。對(duì)大量設(shè)備間的溫濕度監(jiān)控缺失,容易出現(xiàn)因溫濕度超標(biāo)引起設(shè)備運(yùn)行故障,而溫濕度監(jiān)控不到位也使維護(hù)人員卻難以預(yù)知此類故障。因此,有必要建立一套覆蓋所有設(shè)備間的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
1系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)
大型糧食物流園區(qū)的眾多機(jī)房設(shè)備間一般分布在不同建筑物的不同樓層、不同位置,相互間距離遠(yuǎn),需要在各個(gè)設(shè)備間安裝溫濕度采集設(shè)備,采集實(shí)時(shí)的溫度和濕度數(shù)據(jù),并能夠通過某種途徑傳輸至遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)采集中心,并進(jìn)行輸出顯示,對(duì)于超過閾值的數(shù)據(jù)還應(yīng)該能夠進(jìn)行報(bào)警。
通過上述分析,系統(tǒng)應(yīng)包括前端數(shù)據(jù)采集、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理、終端數(shù)據(jù)查詢顯示等幾個(gè)層次。
其中“前端數(shù)據(jù)采集”在底層,負(fù)責(zé)在上層程序控制下完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集,目前,常見的溫濕度傳感器大都采用工業(yè)控制的RS485 或RS232 串行通訊協(xié)議和接口形式,一般采用MUDBUS 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,難以進(jìn)入TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)。近年來,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)IP 化趨勢(shì)日漸明顯,即采用串口轉(zhuǎn)換設(shè)備將RS485或RS232接口轉(zhuǎn)換為RJ45的以太網(wǎng)接口,實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議和串口通訊協(xié)議的雙向轉(zhuǎn)換,從而將串口設(shè)備接入到標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中來,常見的轉(zhuǎn)換設(shè)備即串口服務(wù)器設(shè)備;
“傳輸網(wǎng)絡(luò)”是進(jìn)行控制指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌泛屯ǖ溃?ldquo;后端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理”負(fù)責(zé)向前端發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令,讀取接收采集的數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理,為終端查詢顯示提供服務(wù),此外還負(fù)責(zé)系統(tǒng)參數(shù)配置和管理;“終端數(shù)據(jù)查詢顯示”負(fù)責(zé)向維護(hù)人員和管理人員提供系統(tǒng)使用界面,用于人機(jī)交互。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
在設(shè)備間內(nèi),一般布置有網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備,可以提供方便的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接入,通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,構(gòu)建起基于TCP/IP協(xié)議的機(jī)房溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)。
前端采集設(shè)備考慮采用具有RS232 接口的溫濕度傳感器,通過串口服務(wù)器設(shè)備接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。能夠?qū)S-232/485/422 等串口協(xié)議轉(zhuǎn)換成TCP/IP 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的串口與網(wǎng)絡(luò)接口的雙向數(shù)據(jù)*透明傳輸。這樣,串口設(shè)備也就具備了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能,連接以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,延伸串口設(shè)備的通信距離。
后端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理、終端數(shù)據(jù)查詢顯示等采用基于B/S(Browser/Server)架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì),通過HTTP等高層協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。
對(duì)于采集的數(shù)據(jù),在后端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理中采取數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)方式,通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析,得到主要數(shù)據(jù)表(TF_Info)結(jié)構(gòu)如表1所示。TF_Info數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù),由4個(gè)字段組成,TFID 表示所采集的傳感器ID號(hào),Temp表示采集的溫度數(shù)據(jù),RH表示采集的濕度數(shù)據(jù),Time表示采集溫濕度數(shù)據(jù)的采集時(shí)間。
表1 TF_Info數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)
具有RS232接口的溫濕度傳感器可以通過16進(jìn)制指令讀取溫濕度數(shù)據(jù),通過串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),再由后端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理程序應(yīng)用Socket 套接字編程進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。通過上述分析,整個(gè)系統(tǒng)可以分為若干功能模塊,分別對(duì)應(yīng)各個(gè)邏輯層次,系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)功能模塊圖
其中,系統(tǒng)管理用于管理用戶信息、權(quán)限設(shè)置、密碼管理等功能;參數(shù)設(shè)置用于訪問地址、連接速率等;設(shè)備管理用于設(shè)備名稱、設(shè)備地址、設(shè)備端口、設(shè)備狀態(tài)等設(shè)備信息管理;數(shù)據(jù)查詢可以按照多條件進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的查詢;預(yù)警管理可以設(shè)置預(yù)警閾值、查看預(yù)警報(bào)警信息等;統(tǒng)計(jì)分析可以按照多條件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析;日志管理用于記錄系統(tǒng)日志。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
采集和傳輸過程的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)核心是TCP/IP 協(xié)議的Socket套接字編程。為了區(qū)別不同的應(yīng)用程序進(jìn)程和連接,許多計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序與TCP/IP 協(xié)議交互提供了稱為套接字(Socket)的接口,區(qū)分不同應(yīng)用程序進(jìn)程間的網(wǎng)絡(luò)通信和連接。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校發(fā)布的UNIX4.2BSD 系統(tǒng)首先使用了套接字Socket 技術(shù)來加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能,并成為事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò)套接字標(biāo)準(zhǔn)。
要通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信,至少需要一對(duì)套接字,一個(gè)運(yùn)行于客戶機(jī)端,稱之為ClientSocket,另一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)器端,稱之為ServerSocket。
Server 端Listen(監(jiān)聽)某個(gè)端口是否有連接請(qǐng)求,Client端向Server 端發(fā)出Connect(連接)請(qǐng)求,Server 端向Client端發(fā)回Accept(接受)消息。一個(gè)連接就建立起來了。Server 端和Client 端都可以通過Send,Write 等方法與對(duì)方通信。
對(duì)于一個(gè)功能齊全的Socket,都要包含以下基本結(jié)構(gòu),其工作過程包含以下四個(gè)基本的步驟:
●創(chuàng)建Socket;
●打開連接到Socket的輸入/出流;
●按照一定的協(xié)議對(duì)Socket進(jìn)行讀/寫操作;
●關(guān)閉Socket。
本文中在串口服務(wù)器上設(shè)定了工作模式為TCP Server,即服務(wù)器端(ServerSocket),在后端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理中設(shè)置為客戶機(jī)端(ClientSocket)。
通過Socket連接串口服務(wù)器,由串口服務(wù)器連接前端溫濕度傳感器獲得16進(jìn)制的溫濕度數(shù)據(jù),經(jīng)過轉(zhuǎn)換后得到10進(jìn)制的溫濕度數(shù)據(jù)。
如接收到的16進(jìn)制數(shù)據(jù)為:02 92 01 0D A2
其中,“02 92”是濕度數(shù)據(jù),“01 0D”是溫度數(shù)據(jù),“A2”是校驗(yàn)值,校驗(yàn)位計(jì)算:02+92+01+0D=A2。
則濕度:0×163+2×162+9×161+2×160=658,表示濕度為65.8%RH。
則溫度:0×163+1×162+0×161+D×160=269,表示溫度為26.9℃。
B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu),在這種結(jié)構(gòu)下,用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實(shí)現(xiàn),具有分布性特點(diǎn),業(yè)務(wù)擴(kuò)展簡(jiǎn)單方便,維護(hù)簡(jiǎn)單,開發(fā)便捷等特點(diǎn)。
程序主要界面如圖3所示。
圖3 程序主要查詢界面
3 安科瑞智能溫濕度控制器產(chǎn)品介紹
3.1概述
溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開關(guān)柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設(shè)備內(nèi)部溫度和濕度調(diào)節(jié)控制??煞乐挂虻蜏?、高溫造成的設(shè)備故障以及受潮或結(jié)露引起的爬電、閃絡(luò)事故的發(fā)生。產(chǎn)品符合國(guó)標(biāo)GB/T15309-1994。
3.2溫濕度控制器應(yīng)用原理
溫濕度控制器主要由傳感器、控制器、加熱器(或風(fēng)扇等)三部分組成,其工作原理如下圖所示:
傳感器檢測(cè)箱內(nèi)溫濕度信息,并傳遞到控制器由控制器分析處理:當(dāng)箱內(nèi)的溫度、濕度達(dá)到或超過預(yù)先設(shè)定的值時(shí),控制器中的繼電器觸點(diǎn)閉合,加熱器(或風(fēng)扇)接通電源開始工作,對(duì)箱內(nèi)進(jìn)行加熱或鼓風(fēng)等;一段時(shí)間后,箱內(nèi)溫度或濕度遠(yuǎn)離設(shè)定值,控制器中的繼電器觸點(diǎn)斷開,加熱或鼓風(fēng)停止。除基本功能外不同型號(hào)還帶有斷線報(bào)警輸出、變送輸出、通信、強(qiáng)制加熱鼓風(fēng)等輔助功能。
3.3產(chǎn)品選型
產(chǎn)品圖片 | 型號(hào) | 溫濕度路數(shù) | 安裝方式 | 輔助功能 | 精度 |
| WHD48-11 | 1路溫濕度控制 | 嵌入式,開孔:45*45mm | C可選,無報(bào)警輸出 | 溫度±1℃ 濕度±5%RH |
| WHD72-11 | 1路溫濕度控制 | 嵌入式,開孔:67*67mm | CJ/MJ二選一 | |
WHD72-22 | 2路溫濕度控制 | ||||
| WHD46-11 | 1路溫濕度控制 | 嵌入式,開孔:56*116mm | C/M/J三選一 | |
WHD46-22 | 2路溫濕度控制 | ||||
WHD46-33 | 3路溫濕度控制 | ||||
| WHD20R-11
| 1路溫濕度控制 | 導(dǎo)軌式 | CJ可共選 | |
WHD20R-22
| 2路溫濕度控制 |
3.4無線通信終端組網(wǎng)
無線通訊組網(wǎng)方式一
無線通訊組網(wǎng)方式二
3.5溫濕度控制器適用范圍
3.6資質(zhì)證書
4 結(jié)束語
大型糧食物流園區(qū)設(shè)備間溫濕度監(jiān)測(cè)是確保機(jī)房設(shè)備間運(yùn)行環(huán)境的前提,將布置在前端溫濕度傳感器接入網(wǎng)絡(luò)中,并通過TCP/IP協(xié)議對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取,可以方便快捷地獲取到溫濕度數(shù)據(jù),從而盡早發(fā)現(xiàn)因環(huán)境溫濕度導(dǎo)致的設(shè)備故障。通過建立基于B/S 架構(gòu)的系統(tǒng)軟件,實(shí)現(xiàn)了溫濕度的遠(yuǎn)程檢測(cè),通過在河南、江蘇等地大型糧食物流園區(qū)的廣泛使用,效果良好。串口服務(wù)器作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)IP 化設(shè)備的出現(xiàn),使得基于TCP/IP 協(xié)議控制遠(yuǎn)端串口設(shè)備成為可能,因此,開展基于TCP/IP 協(xié)議的機(jī)房設(shè)備間溫濕度監(jiān)測(cè)研究研究將有助于提高設(shè)備運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)能力,更好地滿足信息化管理維護(hù)的需求。