糧食物流園區(qū)溫濕度監(jiān)測研究

 摘要：大型糧食物流園區(qū)建設(shè)是糧食現(xiàn)代物流的重要發(fā)展方向，基于TCP/IP 協(xié)議架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)綜合布線是糧食物流園區(qū)建設(shè)的基礎(chǔ)性工程，網(wǎng)絡(luò)機房設(shè)備間是綜合布線的重要組成部分，監(jiān)測其環(huán)境運行溫濕度是保障整個園區(qū)計算機網(wǎng)絡(luò)正常運行的重要基礎(chǔ)。文章研究了設(shè)備間溫濕度檢測技術(shù)的IP化方法，將傳統(tǒng)的RS485 溫濕度監(jiān)測手段和TCP/IP協(xié)議結(jié)合起來，發(fā)揮設(shè)備間TCP/IP協(xié)議接入的優(yōu)勢，構(gòu)建了B/S 架構(gòu)的設(shè)備間溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，對系統(tǒng)的設(shè)計分析和實現(xiàn)過程進行了說明，給出了應(yīng)用實例，效果良好。

引言

國家發(fā)展改革委2007 年發(fā)布的《糧食現(xiàn)代物流發(fā)展規(guī)劃》中明確提出“發(fā)展糧食現(xiàn)代物流，實現(xiàn)糧食散儲、散運、散裝、散卸（即‘四散化’）的變革，提高糧食流通自動化、系統(tǒng)化和設(shè)施現(xiàn)代化水平，對提高糧食流通效率，降低糧食流通成本，保障國家糧食安全具有重要意義。”2014年發(fā)布的《關(guān)于建立健全糧食安全省長責(zé)任制的若干意見》（“糧安工程”）中也指出要“組織實施糧食收儲供應(yīng)安全保障工程，將糧食倉儲物流設(shè)施作為重要農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施抓緊建設(shè)。”大型糧食物流園區(qū)建設(shè)是實現(xiàn)“四散化”目標(biāo)的重要載體，是推進“糧安工程”建設(shè)的途徑。

近年來，我國各糧食物流重要節(jié)點紛紛建立了大型的糧食物流園區(qū)，在這些園區(qū)建設(shè)中，信息技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，計算機網(wǎng)絡(luò)綜合布線作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)工程，也得到了廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)機房設(shè)備間是在每一幢大樓的適當(dāng)?shù)攸c設(shè)置電信設(shè)備和計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、以及建筑物配線設(shè)備、進行網(wǎng)絡(luò)管理的場所，為了保證數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)通信的暢通，設(shè)備間的設(shè)計、建設(shè)、運行管理均有嚴(yán)格的規(guī)范要求。國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50311-2000）中明確了設(shè)備間的溫濕度要求：設(shè)備間室溫應(yīng)保持在10~30℃之間，相對濕度應(yīng)保持10%~80%，并應(yīng)有良好的通風(fēng)，設(shè)備間內(nèi)的各種設(shè)備也要求明確的溫濕度運行環(huán)境以便保證設(shè)備的正常運行。

在大型糧食物流園區(qū)建設(shè)中，對網(wǎng)絡(luò)核心機房的環(huán)境要求比較注重，一般都了較好的空調(diào)等環(huán)境設(shè)備，但是在大量接入設(shè)備間內(nèi)，往往沒有配置空調(diào)等環(huán)境設(shè)備，也沒有溫濕度的實時監(jiān)控設(shè)備，常常采取維護人員到現(xiàn)場測量環(huán)境溫濕度。對大量設(shè)備間的溫濕度監(jiān)控缺失，容易出現(xiàn)因溫濕度超標(biāo)引起設(shè)備運行故障，而溫濕度監(jiān)控不到位也使維護人員卻難以預(yù)知此類故障。因此，有必要建立一套覆蓋所有設(shè)備間的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的實時監(jiān)測。

1系統(tǒng)分析及設(shè)計

大型糧食物流園區(qū)的眾多機房設(shè)備間一般分布在不同建筑物的不同樓層、不同位置，相互間距離遠，需要在各個設(shè)備間安裝溫濕度采集設(shè)備，采集實時的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并能夠通過某種途徑傳輸至遠端的數(shù)據(jù)采集中心，并進行輸出顯示，對于超過閾值的數(shù)據(jù)還應(yīng)該能夠進行報警。

通過上述分析，系統(tǒng)應(yīng)包括前端數(shù)據(jù)采集、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后端數(shù)據(jù)存儲處理、終端數(shù)據(jù)查詢顯示等幾個層次。

其中“前端數(shù)據(jù)采集”在底層，負責(zé)在上層程序控制下完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集，目前，常見的溫濕度傳感器大都采用工業(yè)控制的RS485 或RS232 串行通訊協(xié)議和接口形式，一般采用MUDBUS 協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，難以進入TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)。近年來，工業(yè)現(xiàn)場IP 化趨勢日漸明顯，即采用串口轉(zhuǎn)換設(shè)備將RS485或RS232接口轉(zhuǎn)換為RJ45的以太網(wǎng)接口，實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議和串口通訊協(xié)議的雙向轉(zhuǎn)換，從而將串口設(shè)備接入到標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中來，常見的轉(zhuǎn)換設(shè)備即串口服務(wù)器設(shè)備；

“傳輸網(wǎng)絡(luò)”是進行控制指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌泛屯ǖ溃?ldquo;后端數(shù)據(jù)存儲處理”負責(zé)向前端發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，讀取接收采集的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行存儲和處理，為終端查詢顯示提供服務(wù)，此外還負責(zé)系統(tǒng)參數(shù)配置和管理；“終端數(shù)據(jù)查詢顯示”負責(zé)向維護人員和管理人員提供系統(tǒng)使用界面，用于人機交互。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在設(shè)備間內(nèi)，一般布置有網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，可以提供方便的計算機網(wǎng)絡(luò)接入，通過TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，構(gòu)建起基于TCP/IP協(xié)議的機房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，從而實現(xiàn)遠程檢測。

前端采集設(shè)備考慮采用具有RS232 接口的溫濕度傳感器，通過串口服務(wù)器設(shè)備接入計算機網(wǎng)絡(luò)中。能夠?qū)S-232/485/422 等串口協(xié)議轉(zhuǎn)換成TCP/IP 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口，從而實現(xiàn)對用戶的串口與網(wǎng)絡(luò)接口的雙向數(shù)據(jù)*透明傳輸。這樣，串口設(shè)備也就具備了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，連接以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，延伸串口設(shè)備的通信距離。

后端數(shù)據(jù)存儲處理、終端數(shù)據(jù)查詢顯示等采用基于B/S（Browser/Server）架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計，通過HTTP等高層協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。

對于采集的數(shù)據(jù)，在后端數(shù)據(jù)存儲處理中采取數(shù)據(jù)庫存儲方式，通過對數(shù)據(jù)的分析，得到主要數(shù)據(jù)表（TF_Info）結(jié)構(gòu)如表1所示。TF_Info數(shù)據(jù)表存儲采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù)，由4個字段組成，TFID 表示所采集的傳感器ID號，Temp表示采集的溫度數(shù)據(jù)，RH表示采集的濕度數(shù)據(jù)，Time表示采集溫濕度數(shù)據(jù)的采集時間。

表1 TF_Info數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

具有RS232接口的溫濕度傳感器可以通過16進制指令讀取溫濕度數(shù)據(jù)，通過串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議接入計算機網(wǎng)絡(luò)，再由后端數(shù)據(jù)存儲處理程序應(yīng)用Socket 套接字編程進行數(shù)據(jù)讀取。通過上述分析，整個系統(tǒng)可以分為若干功能模塊，分別對應(yīng)各個邏輯層次，系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

其中，系統(tǒng)管理用于管理用戶信息、權(quán)限設(shè)置、密碼管理等功能；參數(shù)設(shè)置用于訪問地址、連接速率等；設(shè)備管理用于設(shè)備名稱、設(shè)備地址、設(shè)備端口、設(shè)備狀態(tài)等設(shè)備信息管理；數(shù)據(jù)查詢可以按照多條件進行溫濕度數(shù)據(jù)的查詢；預(yù)警管理可以設(shè)置預(yù)警閾值、查看預(yù)警報警信息等；統(tǒng)計分析可以按照多條件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析；日志管理用于記錄系統(tǒng)日志。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

采集和傳輸過程的系統(tǒng)實現(xiàn)核心是TCP/IP 協(xié)議的Socket套接字編程。為了區(qū)別不同的應(yīng)用程序進程和連接，許多計算機操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序與TCP／IP 協(xié)議交互提供了稱為套接字（Socket）的接口，區(qū)分不同應(yīng)用程序進程間的網(wǎng)絡(luò)通信和連接。美國加州大學(xué)伯克利分校發(fā)布的UNIX4.2BSD 系統(tǒng)首先使用了套接字Socket 技術(shù)來加強網(wǎng)絡(luò)通信功能，并成為事實上的網(wǎng)絡(luò)套接字標(biāo)準(zhǔn)。

要通過互聯(lián)網(wǎng)進行通信，至少需要一對套接字，一個運行于客戶機端，稱之為ClientSocket，另一個運行于服務(wù)器端，稱之為ServerSocket。

Server 端Listen（監(jiān)聽）某個端口是否有連接請求，Client端向Server 端發(fā)出Connect（連接）請求，Server 端向Client端發(fā)回Accept（接受）消息。一個連接就建立起來了。Server 端和Client 端都可以通過Send，Write 等方法與對方通信。

對于一個功能齊全的Socket，都要包含以下基本結(jié)構(gòu)，其工作過程包含以下四個基本的步驟：

●創(chuàng)建Socket；

●打開連接到Socket的輸入/出流；

●按照一定的協(xié)議對Socket進行讀/寫操作；

●關(guān)閉Socket。

本文中在串口服務(wù)器上設(shè)定了工作模式為TCP Server，即服務(wù)器端（ServerSocket），在后端數(shù)據(jù)存儲處理中設(shè)置為客戶機端（ClientSocket）。

通過Socket連接串口服務(wù)器，由串口服務(wù)器連接前端溫濕度傳感器獲得16進制的溫濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后得到10進制的溫濕度數(shù)據(jù)。

如接收到的16進制數(shù)據(jù)為：02 92 01 0D A2

其中，“02 92”是濕度數(shù)據(jù)，“01 0D”是溫度數(shù)據(jù)，“A2”是校驗值，校驗位計算：02+92+01+0D=A2。

則濕度：0×163+2×162+9×161+2×160=658，表示濕度為65.8%RH。

則溫度：0×163+1×162+0×161+D×160=269，表示溫度為26.9℃。

B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實現(xiàn)，具有分布性特點，業(yè)務(wù)擴展簡單方便，維護簡單，開發(fā)便捷等特點。

程序主要界面如圖3所示。

圖3 程序主要查詢界面

3 安科瑞智能溫濕度控制器產(chǎn)品介紹

3.1概述

溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開關(guān)柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設(shè)備內(nèi)部溫度和濕度調(diào)節(jié)控制。可防止因低溫、高溫造成的設(shè)備故障以及受潮或結(jié)露引起的爬電、閃絡(luò)事故的發(fā)生。產(chǎn)品符合國標(biāo)GB/T15309-1994。

3.2溫濕度控制器應(yīng)用原理

溫濕度控制器主要由傳感器、控制器、加熱器（或風(fēng)扇等）三部分組成，其工作原理如下圖所示：

傳感器檢測箱內(nèi)溫濕度信息，并傳遞到控制器由控制器分析處理：當(dāng)箱內(nèi)的溫度、濕度達到或超過預(yù)先設(shè)定的值時，控制器中的繼電器觸點閉合，加熱器（或風(fēng)扇）接通電源開始工作，對箱內(nèi)進行加熱或鼓風(fēng)等；一段時間后，箱內(nèi)溫度或濕度遠離設(shè)定值，控制器中的繼電器觸點斷開，加熱或鼓風(fēng)停止。除基本功能外不同型號還帶有斷線報警輸出、變送輸出、通信、強制加熱鼓風(fēng)等輔助功能。

3.3產(chǎn)品選型

3.4無線通信終端組網(wǎng)

無線通訊組網(wǎng)方式一

無線通訊組網(wǎng)方式二

3.5溫濕度控制器適用范圍

1. 室外端子箱、配電箱的自動加熱除濕，防止端子間爬電引起的各種誤動作事故；
2. 室內(nèi)高壓配電裝置及高壓開關(guān)操作機構(gòu)箱內(nèi)的自動加熱除濕，以防止絕緣爬電而引起的開關(guān)誤動作或者溫濕度較高而引起相關(guān)設(shè)備的老化；
3. 開關(guān)機構(gòu)箱內(nèi)、手車式開關(guān)柜、箱變等設(shè)備的箱內(nèi)對多個部位進行防潮；
4. 用于其他局部需要自動除濕控溫的場合。

3.6資質(zhì)證書

4 結(jié)束語

大型糧食物流園區(qū)設(shè)備間溫濕度監(jiān)測是確保機房設(shè)備間運行環(huán)境的前提，將布置在前端溫濕度傳感器接入網(wǎng)絡(luò)中，并通過TCP/IP協(xié)議對傳感器進行數(shù)據(jù)讀取，可以方便快捷地獲取到溫濕度數(shù)據(jù)，從而盡早發(fā)現(xiàn)因環(huán)境溫濕度導(dǎo)致的設(shè)備故障。通過建立基于B/S 架構(gòu)的系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了溫濕度的遠程檢測，通過在河南、江蘇等地大型糧食物流園區(qū)的廣泛使用，效果良好。串口服務(wù)器作為工業(yè)現(xiàn)場IP 化設(shè)備的出現(xiàn)，使得基于TCP/IP 協(xié)議控制遠端串口設(shè)備成為可能，因此，開展基于TCP/IP 協(xié)議的機房設(shè)備間溫濕度監(jiān)測研究研究將有助于提高設(shè)備運行環(huán)境監(jiān)測能力，更好地滿足信息化管理維護的需求。