摘要:大型糧食物流園區(qū)建設是糧食現(xiàn)代物流的重要發(fā)展方向,基于TCP/IP 協(xié)議架構的網(wǎng)絡綜合布線是糧食物流園區(qū)建設的基礎性工程,網(wǎng)絡機房設備間是綜合布線的重要組成部分,監(jiān)測其環(huán)境運行溫濕度是保障整個園區(qū)計算機網(wǎng)絡正常運行的重要基礎。文章研究了設備間溫濕度檢測技術的IP化方法,將傳統(tǒng)的RS485 溫濕度監(jiān)測手段和TCP/IP協(xié)議結合起來,發(fā)揮設備間TCP/IP協(xié)議接入的優(yōu)勢,構建了B/S 架構的設備間溫濕度監(jiān)測系統(tǒng),對系統(tǒng)的設計分析和實現(xiàn)過程進行了說明,給出了應用實例,效果良好。
引言
國家發(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,實現(xiàn)糧食散儲、散運、散裝、散卸(即‘四散化’)的變革,提高糧食流通自動化、系統(tǒng)化和設施現(xiàn)代化水平,對提高糧食流通效率,降低糧食流通成本,保障國家糧食安全具有重要意義。”2014年發(fā)布的《關于建立健全糧食安全省長責任制的若干意見》(“糧安工程”)中也指出要“組織實施糧食收儲供應安全保障工程,將糧食倉儲物流設施作為重要農(nóng)業(yè)基礎設施抓緊建設。”大型糧食物流園區(qū)建設是實現(xiàn)“四散化”目標的重要載體,是推進“糧安工程”建設的途徑。
近年來,我國各糧食物流重要節(jié)點紛紛建立了大型的糧食物流園區(qū),在這些園區(qū)建設中,信息技術得到了廣泛應用,計算機網(wǎng)絡綜合布線作為信息技術的基礎工程,也得到了廣泛應用。網(wǎng)絡機房設備間是在每一幢大樓的適當?shù)攸c設置電信設備和計算機網(wǎng)絡設備、以及建筑物配線設備、進行網(wǎng)絡管理的場所,為了保證數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡通信的暢通,設備間的設計、建設、運行管理均有嚴格的規(guī)范要求。國家標準《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范》(GB/T 50311-2000)中明確了設備間的溫濕度要求:設備間室溫應保持在10~30℃之間,相對濕度應保持10%~80%,并應有良好的通風,設備間內(nèi)的各種設備也要求明確的溫濕度運行環(huán)境以便保證設備的正常運行。
在大型糧食物流園區(qū)建設中,對網(wǎng)絡核心機房的環(huán)境要求比較注重,一般都了較好的空調(diào)等環(huán)境設備,但是在大量接入設備間內(nèi),往往沒有配置空調(diào)等環(huán)境設備,也沒有溫濕度的實時監(jiān)控設備,常常采取維護人員到現(xiàn)場測量環(huán)境溫濕度。對大量設備間的溫濕度監(jiān)控缺失,容易出現(xiàn)因溫濕度超標引起設備運行故障,而溫濕度監(jiān)控不到位也使維護人員卻難以預知此類故障。因此,有必要建立一套覆蓋所有設備間的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的實時監(jiān)測。
1系統(tǒng)分析及設計
大型糧食物流園區(qū)的眾多機房設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,需要在各個設備間安裝溫濕度采集設備,采集實時的溫度和濕度數(shù)據(jù),并能夠通過某種途徑傳輸至遠端的數(shù)據(jù)采集中心,并進行輸出顯示,對于超過閾值的數(shù)據(jù)還應該能夠進行報警。
通過上述分析,系統(tǒng)應包括前端數(shù)據(jù)采集、傳輸網(wǎng)絡、后端數(shù)據(jù)存儲處理、終端數(shù)據(jù)查詢顯示等幾個層次。
其中“前端數(shù)據(jù)采集”在底層,負責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)議進行數(shù)據(jù)通信,難以進入TCP/IP 網(wǎng)絡。近年來,工業(yè)現(xiàn)場IP 化趨勢日漸明顯,即采用串口轉換設備將RS485或RS232接口轉換為RJ45的以太網(wǎng)接口,實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議和串口通訊協(xié)議的雙向轉換,從而將串口設備接入到標準的TCP/IP網(wǎng)絡中來,常見的轉換設備即串口服務器設備;
“傳輸網(wǎng)絡”是進行控制指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌泛屯ǖ溃?ldquo;后端數(shù)據(jù)存儲處理”負責向前端發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令,讀取接收采集的數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行存儲和處理,為終端查詢顯示提供服務,此外還負責系統(tǒng)參數(shù)配置和管理;“終端數(shù)據(jù)查詢顯示”負責向維護人員和管理人員提供系統(tǒng)使用界面,用于人機交互。
系統(tǒng)結構圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結構圖
在設備間內(nèi),一般布置有網(wǎng)絡交換設備,可以提供方便的計算機網(wǎng)絡接入,通過TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸,構建起基于TCP/IP協(xié)議的機房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng),從而實現(xiàn)遠程檢測。
前端采集設備考慮采用具有RS232 接口的溫濕度傳感器,通過串口服務器設備接入計算機網(wǎng)絡中。能夠將RS-232/485/422 等串口協(xié)議轉換成TCP/IP 以太網(wǎng)網(wǎng)絡協(xié)議接口,從而實現(xiàn)對用戶的串口與網(wǎng)絡接口的雙向數(shù)據(jù)*透明傳輸。這樣,串口設備也就具備了TCP/IP網(wǎng)絡接口功能,連接以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信,延伸串口設備的通信距離。
后端數(shù)據(jù)存儲處理、終端數(shù)據(jù)查詢顯示等采用基于B/S(Browser/Server)架構的系統(tǒng)設計,通過HTTP等高層協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。
對于采集的數(shù)據(jù),在后端數(shù)據(jù)存儲處理中采取數(shù)據(jù)庫存儲方式,通過對數(shù)據(jù)的分析,得到主要數(shù)據(jù)表(TF_Info)結構如表1所示。TF_Info數(shù)據(jù)表存儲采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù),由4個字段組成,TFID 表示所采集的傳感器ID號,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)的采集時間。
表1 TF_Info數(shù)據(jù)表結構
具有RS232接口的溫濕度傳感器可以通過16進制指令讀取溫濕度數(shù)據(jù),通過串口服務器轉換成TCP/IP協(xié)議接入計算機網(wǎng)絡,再由后端數(shù)據(jù)存儲處理程序應用Socket 套接字編程進行數(shù)據(jù)讀取。通過上述分析,整個系統(tǒng)可以分為若干功能模塊,分別對應各個邏輯層次,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、權限設置、密碼管理等功能;參數(shù)設置用于訪問地址、連接速率等;設備管理用于設備名稱、設備地址、設備端口、設備狀態(tài)等設備信息管理;數(shù)據(jù)查詢可以按照多條件進行溫濕度數(shù)據(jù)的查詢;預警管理可以設置預警閾值、查看預警報警信息等;統(tǒng)計分析可以按照多條件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析;日志管理用于記錄系統(tǒng)日志。
2 系統(tǒng)實現(xiàn)
采集和傳輸過程的系統(tǒng)實現(xiàn)核心是TCP/IP 協(xié)議的Socket套接字編程。為了區(qū)別不同的應用程序進程和連接,許多計算機操作系統(tǒng)為應用程序與TCP/IP 協(xié)議交互提供了稱為套接字(Socket)的接口,區(qū)分不同應用程序進程間的網(wǎng)絡通信和連接。美國加州大學伯克利分校發(fā)布的UNIX4.2BSD 系統(tǒng)首先使用了套接字Socket 技術來加強網(wǎng)絡通信功能,并成為事實上的網(wǎng)絡套接字標準。
要通過互聯(lián)網(wǎng)進行通信,至少需要一對套接字,一個運行于客戶機端,稱之為ClientSocket,另一個運行于服務器端,稱之為ServerSocket。
Server 端Listen(監(jiān)聽)某個端口是否有連接請求,Client端向Server 端發(fā)出Connect(連接)請求,Server 端向Client端發(fā)回Accept(接受)消息。一個連接就建立起來了。Server 端和Client 端都可以通過Send,Write 等方法與對方通信。
對于一個功能齊全的Socket,都要包含以下基本結構,其工作過程包含以下四個基本的步驟:
●創(chuàng)建Socket;
●打開連接到Socket的輸入/出流;
●按照一定的協(xié)議對Socket進行讀/寫操作;
●關閉Socket。
本文中在串口服務器上設定了工作模式為TCP Server,即服務器端(ServerSocket),在后端數(shù)據(jù)存儲處理中設置為客戶機端(ClientSocket)。
通過Socket連接串口服務器,由串口服務器連接前端溫濕度傳感器獲得16進制的溫濕度數(shù)據(jù),經(jīng)過轉換后得到10進制的溫濕度數(shù)據(jù)。
如接收到的16進制數(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”是校驗值,校驗位計算: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結構即瀏覽器和服務器結構,在這種結構下,用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實現(xiàn),具有分布性特點,業(yè)務擴展簡單方便,維護簡單,開發(fā)便捷等特點。
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柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設備內(nèi)部溫度和濕度調(diào)節(jié)控制。可防止因低溫、高溫造成的設備故障以及受潮或結露引起的爬電、閃絡事故的發(fā)生。產(chǎn)品符合國標GB/T15309-1994。
3.2溫濕度控制器應用原理
溫濕度控制器主要由傳感器、控制器、加熱器(或風扇等)三部分組成,其工作原理如下圖所示:
傳感器檢測箱內(nèi)溫濕度信息,并傳遞到控制器由控制器分析處理:當箱內(nèi)的溫度、濕度達到或超過預先設定的值時,控制器中的繼電器觸點閉合,加熱器(或風扇)接通電源開始工作,對箱內(nèi)進行加熱或鼓風等;一段時間后,箱內(nèi)溫度或濕度遠離設定值,控制器中的繼電器觸點斷開,加熱或鼓風停止。除基本功能外不同型號還帶有斷線報警輸出、變送輸出、通信、強制加熱鼓風等輔助功能。
3.3產(chǎn)品選型
產(chǎn)品圖片 | 型號 | 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 結束語
大型糧食物流園區(qū)設備間溫濕度監(jiān)測是確保機房設備間運行環(huán)境的前提,將布置在前端溫濕度傳感器接入網(wǎng)絡中,并通過TCP/IP協(xié)議對傳感器進行數(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)境溫濕度導致的設備故障。通過建立基于B/S 架構的系統(tǒng)軟件,實現(xiàn)了溫濕度的遠程檢測,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。串口服務器作為工業(yè)現(xiàn)場IP 化設備的出現(xiàn),使得基于TCP/IP 協(xié)議控制遠端串口設備成為可能,因此,開展基于TCP/IP 協(xié)議的機房設備間溫濕度監(jiān)測研究研究將有助于提高設備運行環(huán)境監(jiān)測能力,更好地滿足信息化管理維護的需求。