馮 浩 謝 鵬 趙小軍 蔣雪梅 姜祖新

(中儲糧成都儲藏研究院有限公司 610091)

1 系統(tǒng)簡介

糧情檢測系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)對儲糧生態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測、數(shù)據(jù)存儲與分析的系統(tǒng)。目前的系統(tǒng)存在功能單一、兼容性差、擴(kuò)展能力差、智能化水平低等主要問題，架構(gòu)缺乏系統(tǒng)性的考慮。不同廠家、不同種類的糧情數(shù)據(jù)很難在一個系統(tǒng)中融合，不同傳感器和機(jī)電設(shè)備接入系統(tǒng)的集成難度大、兼容差，無法實現(xiàn)一體化采集、控制與傳輸，已不適應(yīng)新的需求。

本文實現(xiàn)的糧情檢測系統(tǒng)是一個在工業(yè)4.0體系結(jié)構(gòu)下的信息物理系統(tǒng)，依靠部署在現(xiàn)場的異構(gòu)傳感器通用接入硬件平臺及一體機(jī)設(shè)備，實現(xiàn)對多種糧情數(shù)據(jù)的實時感知，協(xié)同控制現(xiàn)場設(shè)備，基于此基礎(chǔ)平臺構(gòu)建的智能化糧情檢測系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)演化和升級，通過數(shù)據(jù)分析傳感器數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，準(zhǔn)確提取糧情特征，形成一個可在線擴(kuò)展、在線維護(hù)的糧情檢測應(yīng)用系統(tǒng)，其核心是可在線兼容各種異構(gòu)傳感器和設(shè)備，具有高度在線可擴(kuò)展性。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)在設(shè)計上采用自動演化思想，將系統(tǒng)劃分為四大子系統(tǒng)：①前端糧倉通用接入硬件平臺及一體機(jī)設(shè)備；②糧庫監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)；③后臺數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)；④糧情大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺。系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計

前端通用硬件平臺及一體機(jī)設(shè)備1個倉房安裝1套，負(fù)責(zé)根據(jù)用戶需要接入不同的傳感器和機(jī)電控制設(shè)備；其設(shè)計采用工業(yè)4.0思想，將各種現(xiàn)場傳感器和機(jī)電設(shè)備映射為獨立的IP地址，所有設(shè)備均可通過以太網(wǎng)通信，從而屏蔽了各種傳感器及設(shè)備通信物理層的異構(gòu)性，針對各種不同設(shè)備通信協(xié)議的異構(gòu)性采用協(xié)議封裝技術(shù)進(jìn)行包裝透明傳輸。此平臺還可將數(shù)據(jù)同時推送到不同的數(shù)據(jù)終端，并且允許合法登陸客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備調(diào)試。

后臺數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件負(fù)責(zé)接收并解析不同傳感器和機(jī)電設(shè)備的數(shù)據(jù)，具有監(jiān)控功能，并將數(shù)據(jù)保存到糧情大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，軟件采用全插件化框架開發(fā)，系統(tǒng)可隨著時間推移添加并更新最新研制的插件，并可將插件推送到購買此項應(yīng)用的糧庫監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)中。

糧情大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺是整個大系統(tǒng)的“智慧產(chǎn)生地”，用于在糧情大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中找出傳感器數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、研制預(yù)測模型并優(yōu)化報警配置，并可促進(jìn)新的應(yīng)用和插件的研制，向用戶形成新的高附加值服務(wù)。

糧庫監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)是安裝在糧庫本地監(jiān)控室的核心軟件平臺，其采用全插件框架開發(fā)，可通過自動插件升級適應(yīng)不同的傳感器和機(jī)電設(shè)備的接入，并可通過授權(quán)下載最新的糧庫應(yīng)用來進(jìn)行服務(wù)升級。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 通用硬件平臺及一體機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)

通用硬件平臺及一體機(jī)包含一個通用硬件接口平臺及一臺一體機(jī)設(shè)備，如圖2所示。

圖2 通用硬件平臺設(shè)計

通用硬件接口平臺負(fù)責(zé)根據(jù)用戶需要接入不同的傳感器和機(jī)電控制設(shè)備，其設(shè)計采用物聯(lián)網(wǎng)思想，將各種現(xiàn)場傳感器和機(jī)電設(shè)備映射為獨立的IP地址，所有設(shè)備均通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，屏蔽了各種糧倉傳感器和現(xiàn)場設(shè)備通信物理層的異構(gòu)性，并且采用通信協(xié)議二次封裝技術(shù)對不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝透明傳輸，方便未來現(xiàn)場新型傳感器或設(shè)備的快速部署；在兼顧糧情本地監(jiān)控的同時還可將數(shù)據(jù)同時推送到不同的數(shù)據(jù)中心，形成可適應(yīng)未來發(fā)展的糧情大數(shù)據(jù)信息源節(jié)點。

現(xiàn)場一體機(jī)設(shè)備采用一體化工控機(jī)，運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序采用框架結(jié)構(gòu)及插件模式，開發(fā)的應(yīng)用程序具有很強(qiáng)的可靠性、靈活性及兼容性，實現(xiàn)糧情數(shù)據(jù)的現(xiàn)場可視化顯示與系統(tǒng)配置及高速、靈活的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，軟件具有在線升級功能。

3.2 糧庫監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)

糧庫監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)是用戶使用的軟件平臺，其采用全插件框架開發(fā)，通過自動插件升級適應(yīng)不同的傳感器和機(jī)電設(shè)備的接入，同時可遠(yuǎn)程向數(shù)據(jù)中心成功申請授權(quán)后下載最新的糧情應(yīng)用來進(jìn)行在線升級，如圖3所示。

圖3 監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)

3.3 后臺數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)

后臺數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)為安裝在數(shù)據(jù)中心的軟件平臺，負(fù)責(zé)接收并解析各個糧庫不同糧倉發(fā)送過來的透明傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用全插件化框架開發(fā)，一個插件可對應(yīng)不同的糧倉現(xiàn)場設(shè)備，在單位數(shù)據(jù)中心內(nèi)就可遠(yuǎn)程監(jiān)控糧庫內(nèi)的全部數(shù)據(jù)信息，并且可以對設(shè)備進(jìn)行透明傳輸模式下的遠(yuǎn)程調(diào)試和維護(hù)工作，形成所內(nèi)維護(hù)中心；同時單位內(nèi)研發(fā)的各種新應(yīng)用軟件，以此平臺進(jìn)行應(yīng)用發(fā)布；將糧庫數(shù)據(jù)保存到糧情大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，形成單位內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心。如圖4所示。

圖4 后臺數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)

3.4 糧情大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺

糧情大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺用于在糧情大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中找出傳感器數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、研制預(yù)測模型并優(yōu)化報警配置，并可促進(jìn)新的應(yīng)用和插件的研制，向用戶形成新的高附加值服務(wù)，并通過“數(shù)據(jù)和維護(hù)中心軟件系統(tǒng)”向用戶進(jìn)行發(fā)布。

4 結(jié)論

系統(tǒng)采用通用的網(wǎng)絡(luò)平臺化設(shè)計，升級前端傳感器和設(shè)備不會對系統(tǒng)造成影響，只需要開發(fā)固定接口插件動態(tài)鏈接，數(shù)據(jù)和維護(hù)中心都是插件體系結(jié)構(gòu)開發(fā)的，系統(tǒng)功能擴(kuò)展只需要更換或添加不同的動態(tài)連接塊，具有很好的可擴(kuò)展性。

采用通用化的前端系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝、升級不同傳感器或設(shè)備的集成過程將標(biāo)準(zhǔn)化，后臺中心在線設(shè)備調(diào)試功能，具有很好的可維護(hù)性。

系統(tǒng)提供基于歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘工具，找出未被發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系、研制預(yù)測模型和優(yōu)化配置信息。形成一個可持續(xù)化的智能化演化系統(tǒng)，可長時間為用戶產(chǎn)生價值。