摘要：随着信息化和智能化技术的迅速发展，物联网技术开始得到广泛认同和应用。物联网全面覆盖自动化生产现象，感知生产参数，准确掌握生产过程中的危险源状态信息和更改信息，减少对风险判断的不确定性，实施更为有效的风险预警和及时处理预防措施。
关键词：自动化生产线；物联网；可视化监控系统
随着科学技术的发展和全球经济竞争的日益激烈，传统的制造企业开始逐步向现代制造业转型。随着物联网技术的发展和应用，自动化生产和智能制造得到了迅速发展。消息队列遥测传输(MQTT)是一种广泛使用的轻量级物联网协议。其基于发布和订阅模型的信息传递机制为传感器和网络实现低带宽、高效率的数据传输提供了条件。在工业自动化中具有重要的应用价值。
1物联网介绍
“物联网”和“未来互联网”的概念是一个愿景，世界上的每一个物体都将成为互联网的一部分。这里的对象可以是任何有生命的实体，比如人类或动物，也可以是地球上任何没有生命的实体。物联网就像一个美丽的愿景。网络上的每一个物体都可以被识别，它的状态和位置也可以通过物联网被了解，它还可以接入网络服务并被智能地添加到这个网络中。因此，它融合了现实世界和虚拟世界的数字技术，影响了我们的社会、个人和职业生活。在物联网中，不同的设备和智能对象被包含在扩展的互联网中，成为可访问和唯一识别的对象。在信息通信技术创新和经济发展方面，一个重要的重点已经转移到iot相关技术，这被广泛认为是最重要的基础设施促进和未来承诺战略之一。它的主要目标是使物理世界和网络空间能够相互作用和融合。目前，物联网还没有一个确切的或标准的定义。它的定义是“基于传统的信息载体，包括互联网、电信网络等。物联网是为了提供智能服务而将普通物理对象的可识别地址互联起来的网络。”还有人对物联网提出了另一种定义:“一个世界范围内互联的对象，唯一可寻址的、基于标准的通信协议”，从语义上讲，物联网源的表达由“Internet”定义，“Event”由两个词组成。然而，物联网的真正价值在于它能够连接各种不同的设备，包括日常存在的对象、嵌入式智能传感器、上下文感知计算、传统计算网络以及智能对象、系统和协议、智能、应用程序、供应商和规模的不同设计。这些实体可以通过应用程序和管理系统收集、生成、处理和交换数据，以收集、生成、处理和交换数据，并将其存储在数据中心或网络云中。这有助于在没有人工干预的情况下进行复杂的操作、智能任务协作和独立决策。物联网是世界各地不同物体之间的互联。
2可视化监控的模型框架
可视化监控基于生产线的物联网技术三层架构。通过物联网感知层获取传感器、RFID、生产设备等的运行状态数据和瞬时异常数据，实现设备之间的信息互联；通过传输层将采集到的数据实时推送到企业异常信息数据聚合服务器和用户终端；在应用层，企业的异常信息数据聚合服务器和用户终端对采集到的数据进行分析，完成异常故障信息数据的存储，为用户提供可视化的监控服务。同时，可视监控还具有检测网络数据传输的功能，可以检测和解决网络数据传输失败等问题，实现用户无法感知的异常监测和处理。
2.1感知层
实现了自动化生产线生产设备的信息采集。通过传感器网络，将各种传感器、加工运输设备、RFID设备与周边设备连接在一起，实现各部分的信息互联。针对生产线生产过程中的设备监控，课题组设计并实现了一套完整的控制系统。可视化监控数据包括集成控制系统提供的部分生产设备状态信息数据和传感器、RFID等信号数据。这些数据主要为可视化监控系统提供设备运行状态和瞬时异常两类原始信息数据。系统将这些数据推送到企业服务器和用户终端，为企业异常信息、知识聚合管理业务和用户可视化监控服务。
2.2传输层
在这一层，通过将物联感知层采集获取的信息数据推送到企业服务器以及用户终端。为了保证数据传输的实时性并且减少网络资源的占用，实现数据传输的高效低耗，系统采用轻量级 MQTT 物联网协议进行信息数据的实时推送。在数据的传输过程中，将对传输数据进行格式化封装，保证数据传输安全和稳定性。通过对数据的分类、处理、封装，最终由 MQTT 发布集群将信息数据实时推送到订阅端。数据推送过程中，一方面将瞬时异常信息数据推送分发到企业服务器订阅端，另一方面将运行状态信息和故障信息数据推送分发到用户终端，在用户终端将解码后的数据与终端模型数据进行对接实现模型可视化运作监控。
2.3应用层
服务器对订阅接收到的异常信息数据进行解码和分析，并将数据存储到数据库中，以完善异常信息数据库，进行故障排除等服务。用户终端基于web终端访问企业服务器，实现可视化监控服务。一方面，用户终端访问并获取服务器的可视化监控三维模型数据。在终端，通过WebGL完成模型数据的分析和渲染重构。实现生产线三维模型的可视化显示及其他监控信息的显示；另一方面，获取企业服务器中用户数据访问业务模块提供的数据访问传输接口，完成MQTT传输数据订阅。在可视化界面中，不同的模型组件订阅不同的MQTT发布集群的数据，实现设备三维模型之间的协同可视化移动。当报警类别数据推送异常时，可以快速将报警信息呈现在文本模型中，显示报警信息。对于存在访问失败或网络连接丢失等问题的传输数据网络，系统也可以发送通知并尝试重新连接数据网络。
2.4可视化监控显示实现
视觉监控系统总是显示整个屏蔽模型初始化用户终端后，和驱动器的操作显示设备的生产线实时收集数据等材料的存储状态库和设备的操作位置。此外，在用户终端及时显示故障信息，对于生产过程中生产设备的故障排除具有重要的及时性。同时，在故障信息知识库中加入瞬时异常信息，为后续的故障预防和处理提供经验和知识支持。根据对网络状态和MQTT通信状态的监控，实现对通信网络状态的监控，实现故障提示和自处理功能。
2.5可视化监控运行性能测试
为了保证对多个用户终端进行稳定的可视化监控和显示，有必要对系统的数据传输性能进行测试。在多用户访问的过程中，需要产生数据传输的压力。由于企业服务器是采集故障信息的单端数据传输，其压力可以忽略不计。为了获得服务器的操作状态下增加负载条件和数据传输的及时性，虚拟用户通过数据传输访问测试执行压力测试软件，和MQTT服务器的吞吐量和总数据传输通过虚拟测试不同数量的用户访问。每50条数据完成用户响应所需的速率和累计时间。吞吐量表示服务器每秒处理的请求数。在数据传输过程中可以得出结论，MQTT集群每隔200毫秒，随着用户访问数量的增加，MQTT代理服务器的吞吐量压力，数据传输速率，和服务器的完成每50数据响应。趋势是逐渐增加的，但是处理每个用户访问的平均吞吐量和平均数据传输速率以及平均响应时间基本一致。可以看出，用户访问的数量有一定的对服务器信息处理和传输性能的影响，但影响不大的平均处理吞吐量网络速率和每个用户的响应时间,处理每个用户的吞吐量,网络速度和响应。资源消耗非常小，能够满足高能量低消耗的实时监控需求，保证每个用户的正常访问。总体上可以满足多用户远程可视监控的需要。
简而言之，在从传统制造方式向现代制造方式转变的过程中，对制造过程中多源信息的收集、生产过程的动态可视化监控、生产过程中异常信息的知识聚合提出了越来越多的要求。自动化生产线的可视化监控为制造过程中设备异常信息知识的聚合和系统运行状态的可视化监控与评价提供了一种新的交互模式和实现途径。
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