【摘要】随着当前智能化的发展，对于电镀生产模式也产生了非常积极的影响。本文采用PLC进行设备控制，以树莓派作为网关进行数据采集和远程传输，在服务器端实现了满足多端访问需求的电镀车间云物联管理系统。
【关键词】云物联；树莓派；电镀车间管理系统
随着社会的飞速发展，工艺智能化已经成为一项非常流行的发展趋势。现代电镀企业作为服务型制造执行系统所承接的加工任务是多品种、多技术规范要求的复杂混流生产方式。电镀设备普遍使用了“PLC控制器+执行机构”的控制模式。[1]本文针对电镀车间的生产特点和相关需求，利用物联网技术开发一种电镀车间管理系统，实现对电镀工艺过程参数如温度、电流、电压、pH、液位等远程监控的目的，并能对各批次的工件生产过程进行追溯。
1系统总体设计
图1展示了电镀车间云物联管理系统的架构和组成，在设备控制层，现场PLC对行车、加热器、整流器、泵阀等外设进行控制。树莓派通过以太网口与PLC进行数据采集，将电镀生产的过程数据如温度值、电流值、电压值、pH以及外设的运行状态等远程传输至服务器平台，同时也将设备的远程控制指令、生产排程指令等下传给PLC，通信是双向的。通过万维物联网（WoT），使用智能手机、笔记本即可进行生产管理。并且云端提供的数据分析服务，进行生产排程，制订溶液及设备维护计划，维持各镀槽最佳的工艺条件，保证镀层质量和车间产能。
2硬件选择
2.1现场控制PLC
在本系统中，车间各生产线的控制器采用欧姆龙CJ2M系列PLC，通过TC101模块对溶液温度进行PID控制，通过AD/DA模块与整流器电流输出控制，通过SCU模块与pH控制器进行基于Modbus协议的通信控制，通过变频器对行车电机进行运动控制。PLC根据工艺需求，对喷淋搅拌、循环过滤、阴极移动等外设进行输出控制。
2.2网关
树莓派3是一个完整的万维物联网设备，仅有一张信用卡大小，板载一个四核1.2GHzCPU、1GBRAM和一个Broadcom图形处理单元，通信接口如10/100M以太网、USB2.0、UART以及RS485接口。作为网关向下可以通过以太网与各节点PLC进行通信、向上可以通过4G/LTE无线模组连接云服务器。
2.3云服务器
OneNet是中移物联网打造的物联网云平台，目前设备的接入量已达到3000万，提供数据存储、在线管理、事件触发等服务；分布式结构、完备的数据接口和多重保障机制可实现高效的资源管理和安全的数据存储；具有在线设备的监控管理、数据统计分析和实时控制功能。
3软件设计
系统以树莓派作为网关完成电镀车间各PLC的实时数据采集，同时接收来自云端的控制指令，驱动外设调整生产工艺。服务器负责工艺过程数据的存储与分析，并以曲线动画等形式将数据呈现在Web页面，同时Web端提供人机交换功能，使用户可实现对电镀生产过程的远程控制。该系统开发语言选用Python及Django框架。
3.1网关程序的实现
为树莓派开发FinsTCP协议，实现与欧姆龙CJ系列PLC通信。为支持其他主流PLC，也需开发基于SNAP7、OPCUA以及Modbus协议的通信程序。网关与服务器之间双向通信基于MQTT协议，建立网络连接、实现消息订阅与等功能。服务器发送消息给网关，需要网关作为订阅者去服务器的broker上订阅某主题，当有该主题的消息，就被broker推送给网关；网关发送消息给服务器，需要服务器作为订阅者去服务器的broker上订阅某主题，网关该主题的消息，则被broker推送给服务器。消息的数据格式为JSON。网关需要监听多个PLC的设备并读取，同时接收来自服务器后台的网络数据并进行解析，程序中建立了消息队列缓冲接收到的数据。采用多进程+协程的编程方式，当接收线程进行设备监听时，负责解析的线程去消息队列进行解析，充分利用多核CPU，发挥协程的高效率，提供系统响应的实时性。
3.2服务器端程序实现
服务器程序采用前后端分离设计。后端采用Django，遵循restful规范提供API接口，实现用户权限管理和过程数据记录。在MySQL数据库中记录工件的入槽时间、出槽时间、工艺编号、电镀过程中温度、pH、电流、电压等参数的定时采样，数据表中包含参数值和时间戳。采样周期和数据保存时间可由管理员在线设置，可选择自动或手动压缩数据库功能。前端采用Vue框架开发跨桌面和移动终端的企业应用，具有强大的人机交互功能。监控界面包含一系列的镀槽、泵阀等的具有动画效果的可复用组件。用户可查看各镀槽当前设定的工艺参数、液位状态和工件放置情况，也可对外设进行远程控制。在质量追溯界面，用户可查看每批工件在电镀过程中的温度、pH、电流、电压趋势图，并与工艺预设曲线进行对比，分析影响镀层质量的原因。在报警界面提供了配置接口，进行报警源和值班人员配置，现场设备一旦检测到异常信息，如镀槽工艺参数超出了设定范围、加热器过热保护、电机过载保护等情况，将通过设置号的电话实现最直接的报警。同时，报警信息也会在服务器数据库进行保存。用户可通过Web界面查看报警历史信息，获取文字、照片、或电路图等形式的维修提示等。
4总结
综上所述，该电镀车间管理系统既满足了工艺控制的实时性和可靠性要求，又融合了时下流行的物联网技术，实现了远程设备监控和跨平台访问需求，所以在未来具有广阔的应用前景。
作者:胡子卿 张峰 杜斌 单位:中国电子科技集团公司第二研究所
