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OneNet云平臺倉庫環境監測系統研究

信息來源：   發布時間：2021-07-28  點擊數：

0 引言 互聯網的迅速普及以及各種智能設備終端的誕生，使 傳統行業領域不斷向著智能、便捷、迅速方面開始發展。而 經濟全球化的快速發展也同時加劇了倉儲領域由傳統倉 儲向智能化倉儲的發展，智能化倉儲不僅要求可以對倉儲 環境進行嚴格把控，而且要做到可以讓用戶遠程且實時的 監控倉儲環境的信息。云平臺的誕生，正好為用戶與倉儲 建立了可以信息共享，實時監控的平臺，使得倉儲環境信 息變得更加透明化，更加具有實時性。正是在此背景下，設 計一種基于 OneNet 平臺，選用傳感器，可邏輯編程控制器 建立一個可以實時監控倉儲環境信息，并具有一定可自我 調節功能的智能化倉儲環境監測系統有重要實用價值。

1 研究的主要內容

系統架構

系統遵循物聯網的三層架構，分為感知層、網絡層和 應用層。傳感器將收集到的信息通過網絡層實時向主控 PLC反饋，PLC將采集信息通過智能網關設備的連接，通 過 PLC 廠家自帶的操作模塊發送到互聯網 OneNet 平臺， 用戶可以在OneNet平臺上實時監控倉庫的信息，OneNet 平臺也可以將數值信息發送到用戶的第三方終端，用戶可 以設置微信小程序接收，或通過OneNet自家平臺的APP 設備云，進行信息獲取，做到信息的實時性與透明性，可以

讓用戶實時掌握并監控倉儲環境的最新情況。

該系統由核心控制器PLC S-200、溫度傳感器、濕度 傳感器、稱重傳感器、接近開關、離子型煙霧探測器構成， 選用支持OPC協議的傳感器與PLC相連接，再架構OPC Service服務器，通過架構OPC服務器，將編譯好的梯形圖 程序由上位機發送到PLC內，實現倉儲環境監測系統的 運行，選用物通博聯智能網關硬件串□方式與PLC主控 相連，將采集數據通過智能網關將硬件協議轉換為互聯網 支持的MQTT協議連接到中移動平臺OneNet。基于MQTT 是物聯網連接的標準訂閱協議，再由第三方軟件或微信小 程序，將手機與OneNet平臺連接起來，就可以實時接收并 訂閱PLC核控上傳的數據和平臺下發命令。或下載設備 云，設備云是由OneNet平臺專門為移動設備與OneNet連 接而開發的一款app,更方便快捷的接收PLC核控上傳給 OneNet 平臺的程序。

PLC 的雙冗余系統

為了應對各種突發狀況，保持倉儲系統的正常運行，數 據的不中斷，就要設計PLC的雙冗余系統，雙冗余系統包 括了硬件冗余與軟件冗余兩種冗余方式。既然要設計雙冗 余系統，那么就需要準備好4塊CPU。當主控發生錯誤等故 障時，后補CPU第一時間監測到主控CPU的異常狀態，代 替并轉換成為主控CPU，取得系統的主控權。在正常工作 時，主控CPU會時刻向后補CPU發送自己的狀態信息，并 保持通信狀態。后補CPU同時對主控CPU進行監察，與主 控CPU保持同步狀態，并隨時準備與主控CPU進行控制 權上的轉換，后補CPU可以保持在線運行狀態，輸出不是 被允許的，而是允許保持通訊連接并采集數據，一旦某一方 的通訊情況和運行狀態或雙方都出現問題，會立刻在工作 臺發出警報，通知責任人并上傳至上位機。

Siemens S7-200的CPU模塊單獨集成了電源，中央 處理器和數字量輸入輸出I/O接口，CPU負責接收并執行 由上位機下發的指令，對整體系統起到整體控制的能力。 外部信號由輸入接□接收,CPU解析并計算。輸出接□則 輸出信號，并控制驅動外部負載。本文設計共需求7個傳 感器，停止啟動開關，觸發按鈕 18 個輸入點，16 個輸出 點，因此本文選取的CPU模塊為CPU226，它具有40點 I/O接□，分別為24輸入接□與16輸出接□，并且相對于 其他型號CPU增加了通信□的數量，可以擴展未I/O接 □。當數量不夠的時候可以備用。并且擁有 7個可擴展的 模塊，具有內部時鐘，擁有較強的數字處理能力與模擬量 處理能力，適合應用于中小型的控制系統。

1.3 傳感器選型

溫度傳感器 由于藥品疫苗對環境的溫度要求十分苛刻，需要控制

在2益至10益之間。溫度傳感器選擇為熱敏電阻 WZP 系 列，PT1OO鉑熱電阻，我們經常見到的PT鉑熱電阻或該其 他類型傳感器是由鉑絲纏繞在陶瓷或者玻璃或其他元件 構成的骨架，再通過復雜的工藝制作的。其應用在當今非 常廣泛，包括醫療、電機和溫度計算等領域，適用于高精度 的溫度設備。它的電阻可以隨著溫度的上升呈近似均速的 增長。PT的100表示在0益時它的阻值為100贅，如果在 100益,它的阻值并不是0贅，而是約為138.5贅。理論溫度 采集范圍為-200益至850益，在藥品疫苗所需要的溫度測 量范圍內。在藥品疫苗的倉儲環境中，需要在上位機中設 置溫度的最小閾值為 2益，最大閾值為 10益，當監測溫度 高于或低于最大閾值和最小閾值時，立刻報警，并反饋 PLC 進行溫度調控，當溫度高出最高閾值時間超過 1 分 鐘，則立刻觸發消防系統。

濕度傳感器

濕度傳感器選用濕敏電容HM1500濕度傳感器，其感 濕膜會吸附環境的水分子，使兩電極間的介電常數發生變 化。濕度變大使濕HM1500的電容量增大，推算出環境相 對濕度。HM1500封裝在防護棒內，由5V直流電壓供電， 輸出為 1~4V 直流電壓，使用簡單。濕度監測范圍 0%耀 100%RH,10%耀95%RH范圍內精度±3%RH,反應時間5s， 精度高，測量范圍大，反應時間快，是性價比極高的一款集 成濕度傳感器。由于它對溫度依賴性極低的特性，本方案 采用了 HM1500。設置最大濕度閾值為75%，最小濕度閾 值為 45%。當環境的相對濕度低于或高于最小濕度閾值或 最大濕度閾值時，和溫度傳感器相同，會立即觸發警報。

煙霧探測器 煙霧探測器選用離子型煙霧探測器，由于工作環境的

溫度要保持在 2益至10益內，并且相對濕度保持在 45%到 75%之間，低于 95%的相對濕度，離子型煙霧探測器的工 作環境和工作溫度最符合該倉儲環境的工作條件。在無煙 狀況下，倉庫環境中電離是平衡的，一旦有煙霧進入倉儲 空間，倉庫空間的離子流動受到煙霧干擾，電性能受到倉 儲環境內煙霧干擾會發生變化，變化的電性能信號被煙霧 探測器采集芯片采集，會判斷是否達到報警的極限，然后 會發出報警信號。正常工作狀態每40秒紅色LED燈會閃 亮一次，報警時紅色 LED 燈會不間斷的閃爍，直至煙霧散 去，工作環境處于正常的狀態，系統才會自動復位，離子型 煙霧探測器穩定性高，反應迅速較快，適用于該倉儲對存 儲環境的苛刻要求。

接近開關與稱重傳感器

倉庫由四排四列貨架組成，每排貨架均有四層結構， 每層均具有自動升降機，升降機則帶動盛有物料的托盤， 托盤放在液壓式板環型的稱重傳感器上，當液壓式稱重傳 感器遭到物料的重力作用時，受到作用的液壓油壓力增 加，隨后可測得增加的壓力值，即可測算出物料的質量。四 層均裝有對射式光電開關，一端發出一端接收，一旦中間 被物料阻隔，接近開關的信號被阻斷，則立刻關閉通和下 一層的呼叫上升按鈕。貨架裝有四個光電開關，最高的一 層始終保持內呼上升狀態，第一層放置的物料將會自動上 升到第四層，對射式光電開關被阻斷之后，向下一層電機 輸入一個高電平，下一層光電開關通電開始工作，接通內 呼上升按鈕。直到四層對射式光電開關均處于正常工作狀 態，未被阻斷的情況，則恢復為初始狀態。

OneNet 平臺

OneNet是由中國移動全資子公司之一的中國物聯網 有限公司為個人用戶與中小微型企業搭建的全免費形式 的云平臺，為各種跨平臺物聯網的應用，提供智能簡便存 儲、分析、連接等服務，能快速打造物聯網應用，全面降低 開發的成本。MQTT是一種物聯網的傳輸協議，消息隊列 遙測傳輸，是 ISO 標準下基于發布/訂閱范式的消息協議， 支持各種流行高級語言。能容忍不穩定的網絡，永久連接 和擁有低協議開銷的優點可以長時間的接收由采集終端 發來的采集數據，并且不需要重新建立連接，還可以使用 戶和倉儲環境進行一個實時的信息交互。采用MQTT協議 作為OneNet平臺與倉庫環境監測系統的連接，進行接收 數據信息或下達指令。

首先使用 MQTT Simulate Device 進行模擬連接，在與 OneNet平臺建立MQTT協議的連接時，最關鍵的是三元 組設備ID,鑒權信息與產品ID。其次服務器端口號可以按 照本文填寫。

deviceID =“59475988” //設備 ID

productID =“341784” //產品 IDauthInfo =“183.230.40.39” //鑒權信息

host = “192.168.0.108" //個人的 IP 地址

port = 6002 〃端□號

然后通過編譯端口轉換器建立一個設備MQTT協議 與OneNet平臺的連接，首先先創建一個MQTT客戶端。

2 結論

采用西門子 PLC S7-200 采用 OPC 協議與傳感器之 間連接，通過智能網關物通博聯 WG585 型號將采集信息 通過MQTT協議與OneNet平臺相連接，再通過OneNet平 臺下發給用戶訂閱，實現了工業互聯網需要的信息的采 集，轉換、分析、監控與對倉儲綜合環境的把控。