OneNet云平台仓库环境监测系统研究

信息来源：   发布时间：2021-07-28  点击数：

0 引言 互联网的迅速普及以及各种智能设备终端的诞生，使 传统行业领域不断向着智能、便捷、迅速方面开始发展。而 经济全球化的快速发展也同时加剧了仓储领域由传统仓 储向智能化仓储的发展，智能化仓储不仅要求可以对仓储 环境进行严格把控，而且要做到可以让用户远程且实时的 监控仓储环境的信息。云平台的诞生，正好为用户与仓储 建立了可以信息共享，实时监控的平台，使得仓储环境信 息变得更加透明化，更加具有实时性。正是在此背景下，设 计一种基于 OneNet 平台，选用传感器，可逻辑编程控制器 建立一个可以实时监控仓储环境信息，并具有一定可自我 调节功能的智能化仓储环境监测系统有重要实用价值。

1 研究的主要内容

系统架构

系统遵循物联网的三层架构，分为感知层、网络层和 应用层。传感器将收集到的信息通过网络层实时向主控 PLC反馈，PLC将采集信息通过智能网关设备的连接，通 过 PLC 厂家自带的操作模块发送到互联网 OneNet 平台， 用户可以在OneNet平台上实时监控仓库的信息，OneNet 平台也可以将数值信息发送到用户的第三方终端，用户可 以设置微信小程序接收，或通过OneNet自家平台的APP 设备云，进行信息获取，做到信息的实时性与透明性，可以

让用户实时掌握并监控仓储环境的最新情况。

该系统由核心控制器PLC S-200、温度传感器、湿度 传感器、称重传感器、接近开关、离子型烟雾探测器构成， 选用支持OPC协议的传感器与PLC相连接，再架构OPC Service服务器，通过架构OPC服务器，将编译好的梯形图 程序由上位机发送到PLC内，实现仓储环境监测系统的 运行，选用物通博联智能网关硬件串□方式与PLC主控 相连，将采集数据通过智能网关将硬件协议转换为互联网 支持的MQTT协议连接到中移动平台OneNet。基于MQTT 是物联网连接的标准订阅协议，再由第三方软件或微信小 程序，将手机与OneNet平台连接起来，就可以实时接收并 订阅PLC核控上传的数据和平台下发命令。或下载设备 云，设备云是由OneNet平台专门为移动设备与OneNet连 接而开发的一款app,更方便快捷的接收PLC核控上传给 OneNet 平台的程序。

PLC 的双冗余系统

为了应对各种突发状况，保持仓储系统的正常运行，数 据的不中断，就要设计PLC的双冗余系统，双冗余系统包 括了硬件冗余与软件冗余两种冗余方式。既然要设计双冗 余系统，那么就需要准备好4块CPU。当主控发生错误等故 障时，后补CPU第一时间监测到主控CPU的异常状态，代 替并转换成为主控CPU，取得系统的主控权。在正常工作 时，主控CPU会时刻向后补CPU发送自己的状态信息，并 保持通信状态。后补CPU同时对主控CPU进行监察，与主 控CPU保持同步状态，并随时准备与主控CPU进行控制 权上的转换，后补CPU可以保持在线运行状态，输出不是 被允许的，而是允许保持通讯连接并采集数据，一旦某一方 的通讯情况和运行状态或双方都出现问题，会立刻在工作 台发出警报，通知责任人并上传至上位机。

Siemens S7-200的CPU模块单独集成了电源，中央 处理器和数字量输入输出I/O接口，CPU负责接收并执行 由上位机下发的指令，对整体系统起到整体控制的能力。 外部信号由输入接□接收,CPU解析并计算。输出接□则 输出信号，并控制驱动外部负载。本文设计共需求7个传 感器，停止启动开关，触发按钮 18 个输入点，16 个输出 点，因此本文选取的CPU模块为CPU226，它具有40点 I/O接□，分别为24输入接□与16输出接□，并且相对于 其他型号CPU增加了通信□的数量，可以扩展未I/O接 □。当数量不够的时候可以备用。并且拥有 7个可扩展的 模块，具有内部时钟，拥有较强的数字处理能力与模拟量 处理能力，适合应用于中小型的控制系统。

1.3 传感器选型

温度传感器 由于药品疫苗对环境的温度要求十分苛刻，需要控制

在2益至10益之间。温度传感器选择为热敏电阻 WZP 系 列，PT1OO铂热电阻，我们经常见到的PT铂热电阻或该其 他类型传感器是由铂丝缠绕在陶瓷或者玻璃或其他元件 构成的骨架，再通过复杂的工艺制作的。其应用在当今非 常广泛，包括医疗、电机和温度计算等领域，适用于高精度 的温度设备。它的电阻可以随着温度的上升呈近似均速的 增长。PT的100表示在0益时它的阻值为100赘，如果在 100益,它的阻值并不是0赘，而是约为138.5赘。理论温度 采集范围为-200益至850益，在药品疫苗所需要的温度测 量范围内。在药品疫苗的仓储环境中，需要在上位机中设 置温度的最小阈值为 2益，最大阈值为 10益，当监测温度 高于或低于最大阈值和最小阈值时，立刻报警，并反馈 PLC 进行温度调控，当温度高出最高阈值时间超过 1 分 钟，则立刻触发消防系统。

湿度传感器

湿度传感器选用湿敏电容HM1500湿度传感器，其感 湿膜会吸附环境的水分子，使两电极间的介电常数发生变 化。湿度变大使湿HM1500的电容量增大，推算出环境相 对湿度。HM1500封装在防护棒内，由5V直流电压供电， 输出为 1~4V 直流电压，使用简单。湿度监测范围 0%耀 100%RH,10%耀95%RH范围内精度±3%RH,反应时间5s， 精度高，测量范围大，反应时间快，是性价比极高的一款集 成湿度传感器。由于它对温度依赖性极低的特性，本方案 采用了 HM1500。设置最大湿度阈值为75%，最小湿度阈 值为 45%。当环境的相对湿度低于或高于最小湿度阈值或 最大湿度阈值时，和温度传感器相同，会立即触发警报。

烟雾探测器 烟雾探测器选用离子型烟雾探测器，由于工作环境的

温度要保持在 2益至10益内，并且相对湿度保持在 45%到 75%之间，低于 95%的相对湿度，离子型烟雾探测器的工 作环境和工作温度最符合该仓储环境的工作条件。在无烟 状况下，仓库环境中电离是平衡的，一旦有烟雾进入仓储 空间，仓库空间的离子流动受到烟雾干扰，电性能受到仓 储环境内烟雾干扰会发生变化，变化的电性能信号被烟雾 探测器采集芯片采集，会判断是否达到报警的极限，然后 会发出报警信号。正常工作状态每40秒红色LED灯会闪 亮一次，报警时红色 LED 灯会不间断的闪烁，直至烟雾散 去，工作环境处于正常的状态，系统才会自动复位，离子型 烟雾探测器稳定性高，反应迅速较快，适用于该仓储对存 储环境的苛刻要求。

接近开关与称重传感器

仓库由四排四列货架组成，每排货架均有四层结构， 每层均具有自动升降机，升降机则带动盛有物料的托盘， 托盘放在液压式板环型的称重传感器上，当液压式称重传 感器遭到物料的重力作用时，受到作用的液压油压力增 加，随后可测得增加的压力值，即可测算出物料的质量。四 层均装有对射式光电开关，一端发出一端接收，一旦中间 被物料阻隔，接近开关的信号被阻断，则立刻关闭通和下 一层的呼叫上升按钮。货架装有四个光电开关，最高的一 层始终保持内呼上升状态，第一层放置的物料将会自动上 升到第四层，对射式光电开关被阻断之后，向下一层电机 输入一个高电平，下一层光电开关通电开始工作，接通内 呼上升按钮。直到四层对射式光电开关均处于正常工作状 态，未被阻断的情况，则恢复为初始状态。

OneNet 平台

OneNet是由中国移动全资子公司之一的中国物联网 有限公司为个人用户与中小微型企业搭建的全免费形式 的云平台，为各种跨平台物联网的应用，提供智能简便存 储、分析、连接等服务，能快速打造物联网应用，全面降低 开发的成本。MQTT是一种物联网的传输协议，消息队列 遥测传输，是 ISO 标准下基于发布/订阅范式的消息协议， 支持各种流行高级语言。能容忍不稳定的网络，永久连接 和拥有低协议开销的优点可以长时间的接收由采集终端 发来的采集数据，并且不需要重新建立连接，还可以使用 户和仓储环境进行一个实时的信息交互。采用MQTT协议 作为OneNet平台与仓库环境监测系统的连接，进行接收 数据信息或下达指令。

首先使用 MQTT Simulate Device 进行模拟连接，在与 OneNet平台建立MQTT协议的连接时，最关键的是三元 组设备ID,鉴权信息与产品ID。其次服务器端口号可以按 照本文填写。

deviceID =“59475988” //设备 ID

productID =“341784” //产品 IDauthInfo =“183.230.40.39” //鉴权信息

host = “192.168.0.108" //个人的 IP 地址

port = 6002 〃端□号

然后通过编译端口转换器建立一个设备MQTT协议 与OneNet平台的连接，首先先创建一个MQTT客户端。

2 结论

采用西门子 PLC S7-200 采用 OPC 协议与传感器之 间连接，通过智能网关物通博联 WG585 型号将采集信息 通过MQTT协议与OneNet平台相连接，再通过OneNet平 台下发给用户订阅，实现了工业互联网需要的信息的采 集，转换、分析、监控与对仓储综合环境的把控。