基于物联网涂装RTO设备的远程测控系统设计

0引言

随着现代信息技术的进步和环保设备的不断发展，为响应构建环境与人类共同发展的倡议，对汽车行业废气处理的环保设备提出更高要求。目前国内汽车涂装处理喷漆废气（即有机废气VOC）的方法有直燃法、蓄热室燃烧法、催化燃烧法[1]。其中直燃法用于高浓度VOC焚烧，蓄热室燃烧法（RTO）用于中低浓度燃烧，而催化燃烧基于RTO演化而来，具有更加节能、安全，净化效率高的特点。现代汽车涂装运用最多的为RTO方式去除有机废气，例如上海汽车有限公司采用RTO制造成本低而且节能环保[2-3]。近年来各地颁发了汽车制造业涂装大气排放标准，因此，对现代涂装环保设备提出更高要求[4-5]。但汽车涂装车间RTO设备监控方面仅限于现场监控，无法实现远程无线实时监控[6]。RTO设备运行出现故障或者设备必要参数不达标，维护人员无法第一时间立即获取信息采取有效措施处理，无法满足现代涂装设备的制造信息化。

本系统在已有环保设备基础上建立无线远程监控，将PLC和物联网技术结合有效地解决RTO设备状态不稳带来的大气污染。

1总体方案设计

系统主要由PLC采集模块、控制模块、通信模块、现场HMI监控、远程服务器Cimplicity监控以及Android手机客户端等几个模块组成[7]。PLC采用AB-1756型号[8]，其中PLC采集模块包括温度、压力、开度等几个RTO参数的传感器和PLC模拟量模块。控制部件含有燃烧器比例阀、新风阀和数模转换模块。现场监控显示部分是由罗克韦尔智能触摸屏平台HMI组成，由用户根据触摸屏显示的数据，可测控。远程服务器部分主要由C#和Cimplicity软件组成，Cimplicity采集数据并存储SQL2008数据库，C#则将数据与安卓手机进行无线网络通信，安卓手机应用软件进行网络通信、数据显示等功能[9]。整个系统架构如图1所示。

2RTO系统简述

本RTO系统采用三室蓄热式热力焚化炉，简称RTO[3]，其处理废气总量为18000m3/h[5]。待处理的有机废气在风机作用下进入蓄热室1的陶瓷介质层，陶瓷释放热量温度降低，有机废气进入燃烧室，使废气温度达760℃，废气中的VOC分解为二氧化碳和水分子。废气成为净化后的高温气体后离开燃烧室进入蓄热室2，其吸热储存热量用于下一循环加热使用。蓄热室3在此循环中起吹扫功能。完成后，蓄热室的进气和出气阀进行一次切换，蓄热室2进气，蓄热室三出气，蓄热室1吹扫，如此不断循环。

此设计充分利用3个燃烧室的蓄热功能，RTO能有效地提高VOC去除率和热利用效率。

3Cimplicity软件简介

Cimplicity是面向对象的分布式C/S体系结构的HMI/SCADA监控软件[10]。其提供数据可视化、数据存储和设备测控等功能，为数字化生产管理未来发展确定厚重的数据基础。其功能包括：图形界面组态、报警组态、趋势图组态、点控制面板、数据库登录器、网页发布、Basic控制引擎等。

Cimplicity具有强大的数据库，Dabaselogger是通过数据源ODBC和数据库如SQLserver、oracle、access或sysbase等建立连接。同样，也可以通过Basic脚本语言进行数据库操作。此功能为后期大数据开发，有着强大的支撑力量。

4系统的软件设计

4.1系统初始化和测控

系统开始运行时初始化模块数据，包含将PLC控制模块内设定温度、PID参数、设定压力等数据，燃烧器点火，远程服务器启动。初始化成功后，客户端登录对应的IP地址，通过互联网将进行数据互通。系统的软件设计流程图如图2所示。

在控制执行（调工燃气比例阀和风阀）时，本系统使用了PLC自带的数字化精准PID控制方法[11]，控制框图如图3所示。燃气比例阀和变频器由PLC的1734数模转换模块输出的电压或电流控制。本文使用燃气比例阀时，程序模块属性设置0V对应阀门开度为0，10V对应阀门开度这100。当给定值与实际值相差2时，阀门不动作，为了减少频繁动作损坏阀门，当偏差大于2时，经过数字化PID控制输出给PLC数模转化模块给执行器动作。风压的控制方法与燃气比例阀的控制方法一样。通过风阀开度改变进风量，从而控制RTO室体内的风压。

4.2服务器监控软件设计

监控中心软件设计是该系统中的重要部分，其中采用Cimplicity作为本地数据OPC采集与监控功能。而采用C#作为远程客户端服务器[12]，主要完成的功能有数据通信、数据处理，远程服务器界面。其中数据库采用SQLServer2010实现数据的存储与查询功能,如图4所示。

服务器C#和Cimplicity作为整个控制系统的核心大脑,其功能极其强大，包含收集来自现场的PLC实时数据、选取有效数据、分析数据、实时显示数据、存储有效数据、数据包发送等。服务器界面的具体架构如图5所示。

C#服务器通过SqlConnection方法利用数据库链接语言将存储在本地的SQL数据库中RTO现场信息进行分类提取。通过实时提取信息同步到C#前台监控界面中，在TCP协议下，程序中设置Socket侦听端口方法，调用Listen方法[13]，Socket类中的监听方法就可以探测这个端口的一举一动。当客户端向服务器请求连接时，Socket调用异步方法连接请求连接至客户端。连接上后采用SendData进行广播发送C#自定义的数据套接字。监控中心和远程客户端之间就可以实现双向数据传输本设计中服务器、客户端、SQL数据库通信部分程序如下：

SqlConnection=newSqlConnection(“…”);

SqlDataAdapterda=newsqlDataAdapter(…);

DataSetda=newDataSet();da.Fill(ds);

Sockethandle=listener.EndAcceptSocket(ar);

‘Socket方法数据库连接接受;

MyFriendfrd=newMyFriend(handle);

comboBoxClient.Invoke(Addfriend,frd);

AsyncCallbackcallback;’数据显示于列表中

4.3安卓客户端软件设计

Android是Google开发的基于Linux平台的开源手机操作系统[14-15]。其包括后台通讯、用户界面、系统配置等。本系统采用的是客户机/服务器模式，C#服务器利用SOCKET套接字网络通讯实现数据交互，即上述监控软件。客户机利用JAVA编写的安卓手机应用，结合通信程序将数据接收至后台，安卓应用软件的开发环境为AndroidSDK+JAVAJDK6+Eclipse3.5。利用开发软件生成APK应用，用手机助手安装于手机上。RTO的主监控界面图如图6所示，用户手机输入对应固定服务器域名和端口号后，点击链接服务器PMC后，服务器与Android手机通过Socket通讯确定主从关系连接，建立C/S结构链路，手机不断接收服务器数据显示数据。而控制界面将手机点击控制阀门开度，将数据通过Socket数据包发送至服务器，服务器将控制命令直接送至PLC，实现控制功能。此手机客户端应用软件同时可定时存储数据和查询相关有效数据。

本系统主要包含5个活动界面，5个XML脚本文件，1个MySQLiteHelper类，用来开启数据库，用户可以查询所监控的历史RTO参数数据。活动界面与活动界面之间通过Intent进行画面切换和数据传递，全局配置文件AndroidManifest.xml中定义用于每个文件的属性以及权限。

安卓数据处理分析和分割处理部分是数据处理中极其重要的组成部分，安卓的不同活动之间采用Bundle在活动之间相互传递数据，不能利用活动与活动之间直接传递数据，其中从目标活动获取数据用getString()，向源活动传递数据用putString()。数据分割采用Split函数将数据分为可视化有效数据，具体的操作过程如下：

（1）从目标Activity中获取数据

sw=bundle.getString("Kaidu");//获取开度

wd=bundle.getString("wendu");//获取温度

ph=bundle.getString("ranshaiqi1");//获取燃烧器1室状态

（2）向源Activity中传递数据

bundle.putString("Kaidu",sw);//传递开度

bundle.putString("wendu",wd);//传递温度

bundle.putString("ranshaiqi1",ph);//传递燃烧器1室状态

5系统试验结果

2017年12月17日,本系统在江苏省无锡市上汽大通汽车厂进行试验，RTO由科迈科环保设备实时获取新风阀开度状态、一室温度、二室温度、三室温度等RTO参数信息，同时对三室温度和压力进行控制。试验采用MAXON燃烧器和风阀比例阀，燃烧器为MAXON的4英寸G型KINEMAX。在闭环控制下，对RTO进行12h不间断测试，部分测试数据如表1所列。

从表1中可以看出，在12h内,通过本系统可以获取新风阀开度状态、一室温度、二室温度、三室温度等RTO参数信息,系统所测得的数据真实合理。三室温度的给定值为760℃，由表1可以看出，温度控制精度在±15℃以内，数据控制基本稳定，体现了控制系统的抗干扰性。风阀给定值为50，从表中可以看出，风阀的控制精度保持在±8%以内，符合系统控制要求。此控制效果良好，网络时间延迟在接受范围之内，系统完全达到测控要求。

6结语

本系统利用Android手机平台和C#服务器网络通讯实现了汽车涂装环保行业的远程无线测控。该系统可以通过一台手机远程监控室外RTO焚烧炉参数，硬件成本低，连接数据稳定可靠，具有很高的性价比。经过几个月试验测试证明，此系统测量RTO参数的精度高，控制燃烧器和风阀的效果良好，温度控制在平均±15℃以内，风阀的控制波动能稳定在±8%以内，此系统操作简单方便，实用性极强。此系统解决了现场维修响应时间长，实时维护环保设备，保证汽车厂周围空气质量。此应用前景十分广阔，非常适合汽车厂涂装车间环保设备的使用。

原标题：基于物联网涂装RTO设备的远程测控系统设计