论文研究-基于物联网的在线滤油机远程监控平台的设计与实现 .pdf

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基于物联网的在线滤油机远程监控平台的设计与实现,滕子健,帅立国,针对目前在线滤油机远程监控技术存在的问题,提出了一个基于物联网的在线滤油机远程监控平台。首先根据滤油机厂商需求设计了系统
山国武技记文在 ■ 长入式网关wF A GPRs3d智能干机 无线基站 →■ 远程监控平台 平板电脑 滤油机 该人式网关 笔记本 A 无线基站 崁入式网关 台式机 滤油机 图远稈监控平台总体架构 远程监控平台主要包括应用程序、数据转发程序和数据库三部分。应用程序 是人与计算杋之间信息传递、交换的媒介和对话接口。用户可以通过浏览器访问应用 程序,查看设各实时状态,获取统计报表以及对设备进行控制。数据转发程序包括滤油机连 接管理模块和指令转发模块,一方面接收网关发来的数据,存入数据库:另一方面转 发来自应用程序的用户指令,向对应的滤油机发出控制指令。远程监控平台组成如图 所示 数据库服务器 接管理模块 处理模块 应用程序服务器 程监控平台 入式网关 图远程监控平台 远程监控平台实现 远程监控平台服务器采用 操作系统,运行 数据库, 用程序使用 的组件提供服务。监控平台程序均在 集成开发 环境下开发调试。 数据转发程序 连接管理模块 监控平台服务器具有固定的公网,任何接入互联网的设备都可以通过地址主动连 接到远程监控平台服务器:滤油机网关通过多种迩径接入互联网,不能保证具有固定的 山国武技记文在 地址,因此监控平台无法通过主动连接到滤油机网关。协议是面向连接的传输机制, 两个节点通信前要先建立连接,相当于在网关和服务器之间建立了条虚拟的通道,服务器 和滤油机网关可以通过这个虚拟通道直接进行通信。为保证监控平台可以向处在内网或防火 墙中的滤油杌网关发送指令,滤油机网关和监控平台之间的通信采用协议,且由滤油 机网关主动连接具有固定公网的远程监控平台服务器。 系统运行时,远稈监控平台与多个滤油机网关同时通信,为提高服务器的并发处理能力, 使稈序更快的响应客户端请求,要选择合适的椟型。完成端口模型充分利用 内核进行调度,是通信模型中性能最好的网络通信模型,被广泛地应用于各种高性 能服务器程序上。因此,连接管理模块采用基于协议的完成端口模型。 消息处理模块 数据转发程序和应用程序位于同·服务器辟,连接可靠性高,采用协议进行 通信以减小系统开销。基于的消息处理模块接收数据沇程如下 创建套接字 将套接字绑定到本地地址和端口上 启动监听线程 在监听线程 函数中,循环检测是否有消息到达 在 消息响应函数中,对消息进行进一步处理 关闭套接字 模块整合与实现 数据转发程序基于开发,且完成端口部分已封装成 类。在对话框 初始化函数中声明一个 关的对象 然后分别调用 和 方法启动连接管理模块和消息处理模块。滤油机连接到远程监控平台时,会 发送包含自身设备的数据帧,连接管理模块为其分氈号并和设备关联,建立 映射。用户通过应用程序向滤油机发送控制指令,包含控制指令和设备的 数据帧从应用程序发送到数据转发程序,数据转发程序从消息中解析出设各 山国武技记文在 和控制指令,然后通过 找到对应的 弓,最 后调用 方法将指令发给指定的滤油机设 各。数据转发程序整体流程如图所示。 开始 主线程 初始亿 启动数二作者线程 滤油机连接管理模块 检食完成端口状态 成端口绑定 判断网终操作类型 投递多个 异步请求 消息监听线程 新设备连入 到数据 设备断开 新建 指令到达? 更新设备状态 处理收到的数据 更驸设备状态 指令合法 在线 存入数据库 和完成端口 投递下 通过 绑定 请求 释放资源 指令转发模块 找到对应的 投递第 程序等待用户指令 向滤油 机网关发送指令 投递下 请求 月户停止?> 用广停止 知工作者线程退出 是 结東 图数据转发稈序流稈图 应用程序 随着网络、移动终端的发展以及 和标准的推广应用,许多以往必须依靠 客户端才能实现的功能如今通过手机浏览器也可以完成。架构具有良好的兼容性, 可以随时随地通过移动终端访问,且无需针对 等平台分别廾发客 户端程序,大大降低开发成本。因此,用户与监控平台之间的通信采用架构, 用程序基于 框架开发。 功能页面及账户角色权限 根据厂商需求,共创建了个功能页面和电力公司员工、电力公司管理员、系统管理 员种角色,功能页面及各角色的访问权限如表所示。 表功能页面及角色访问权限 Pages and role' s authority 功能贞面何人登陆用户电力公可员工电力公可管哩员系统管理员 主页 注册 登录 常见问题解答 留言板 √√√√√ √√√√√ 修改帟码 设备概览 历史数据走势 山国武技记文在 数据分布统计 异常数据分析 设备管理 修改公司信息 公可员工管理 设备控制 添加删除角色 √√√√√√√√ 添加删除公司 授权用户角色 授权用户公司 电力公司员工能够査看自己公司所购买的设备信息,包括各各传感器实时数据、历史数 据走势、数据分布统计、异常数据分析等:;电力公司管理员在此基础上增加了添加删除设备 对设备进行反向控制以及管理本公司员工等权限;滤油机厂商作为系统管理员具有最高权 限,可以查看、管理所有设备、公司,设置用户角色权限等 在 应用程序中,抽象基类 和 提供了基本的 账户管理功能。通过 初始化数据库,创建必要的表、视图和存储过程,不 仅可以节省大量时问,系统的安全性也得以保证。根据实际需求,在 和 基础上增加了 和 衣,数据库关系图如图所示。 pnet Roles aspnet ApplicaTio aspnet_ Membership AppicaiorNsme NonAne Descriptor Destintion tIepIN loNerelenall aspnet UsersInRoles 官Roed aspnet profile User Company ropertyNanes roperty / aluesString Uuid iur Id compary operty / aluEsBhary 8 Userid La3todetcdcate UserName Mchlealias GuestbookComments 「露cuuu 9 Compary - obor nmparyame CcrmrentCate llserTd 图数据库关系图 可视化图表 可视化的图表可以将枯燥抽象的数据变成生动直观的图形,便于观察数据之间的联系与 变化趋势。应用程序采用纯 的图表库 ,底层依赖轻量级的 类 库 ,兼容当前绝大部分浏览器。 以数据分布统计页面图表绘制流程为例,在 页面中引用 在 适当位置插入 代码,配置图表类型、标题、坐标轴、数据系列等参数。用户访问 贞面,选择设备、传感器,设置起止时间、统计范围和统计间隔,点击“获 取数据”按钮,调用 方法取得所需参数,通过 技术将所需参数以 方式发送到 后台处理程序。相关代码如卜 取得控件值 山国武技记文在 正在加载图表数据 图表数据请求失败 收到请求对参数进行解析,通过 数据访问接口对数据库进 行操作并将结果以 )格式返回给 页面, 根据返回的 数据绘制数据分布统计图。 历史数据走势、数据分布统计、异常数据分析分别使用了标准的折线图、柱状图、以及 环形图,效果如图所示。限于篇幅,其他页面具体实现过程不再赘述,相关技术可参见文 献 一4· 异常梁即分 的使数蛋查 图可视化图表页面 嵌入式滤油机网关 硬件方案 主控板卡采用基于 芯片的板卡,包括存储器、触摸屏、外围接口、 转换、通信模块等。其中通信模块可以根据实际使用环境灵活选择,可选 模 模块、 以太网控制器等。主控板卡硬件结构如图所示。 山国武技记文在 通信模块 存储器 外接口 微处理器 以太网 触摸屏 电源模块 嵌入式网关主控板卡 图嵌入式网关主控板卡硬件结构图 网关程序 滤油机网关基于 嵌入式操作系统,程序采用多线程技术,通过创建额外的数 据采集线程和運信线程,保障程序髙效稳定运行ε滤油开机时连接远程监控平台,发送本 机设备,服务器对设备进行验证,并向通过验证的设备发送开机指令。滤油机网关程序 界面如图所示。 onEc surc(kn RcltivcHmdt 「L0L.0;“oI 图滤油机网关界面 系统测试 页面功能及兼容性测试 远程监控平台基」架构设计,可以通过多种终端设备对滤油机进行监控。经测试, 手札以及平板电脑均可实伣应用程序的所有功能 页面采用响应式布局 的 网页模板,可以很好地兼容不同分辨率的设备,能够根据设备的尺寸和分辨率 自动调整页面布局和文字大小,为用户带米一致的浏览体验。图是应用程序在手机、 平板电脑上的浏览效果。 原进 下午426 Remote Monitor Platfor 操机用户商色 户留理 捏用户理 廿司管 晋通工 弹一福 和一帮的在 液剧理 增产 从角色牛 色工 认用色中密 S:perUser 合司律 图手机、平板电脑上浏览效果 山国武技记文在 模拟压力测试 根据厂商需求,远程监控平台运行时最多可能与数百台滤油机进行通信,为保讦极端情 况下远稈监控平台的稳定性,需要对系统进行压丿测试。本次测试使用的远程监控平台服务 器为阿里云云服务器,配置为: 操作系统, ,网络带宽。受条件所限,无法使用数百台滤油机做真机测试, 因此采用软件模拟进行测试。在木地计算札运行服务器压力测试工具,设置并发线程数 为,模拟合滤油机同吋连接远程监控平台,每个线程每秒发送·次数据,共发 送次。压力测试工具设置及数据转发程序测试结果如图所示。 三力江两:02 o Bar SeIver Cn 用务p也上 ELR2P1 RLLDP SUESTes 来目 WebserveR FT: 100 线程友送5tsTe 摩:999号程运 INfORMATON 亏号号号 关息.99弓程次 3仨;995栏庆摇 TessiE c号2 3朵:987号线程友底数 这据5eTe 息成功第 捐st 0c,44167 图服务器压力测试工具及数据转发程序 回区 Threads Tcr/ r SccLrisy ENvir 图数据转发程序性能曲线 测试过程中,服务器的 内存以及的占用情况如图所示。从图中可以看出, 个并发线程同时连接远程监控平台服务器,服务器端数据转发程序的占用率平均 仅为,系统运行稳定,可见完成端口模型强大的性能。接收数据过程中,內存 用不断増加,这是由于在测试时为了便于观察,接收到的数据盲接在用户界面显示,系统正 式运行时,相关的信息并不直接显示在用户界面上,而是以日志文件形式存储在硬盘驭动器 结论 本文提出的基亍物联网的在线滤汕机远程监控平台,改进了现存在线滤汕机远程监控技 术的不足。除了可以对在线滤汕机各传感器数据进行实时监测,还增加了数据处理、统计分 山国武技记文在 析、报表生成等功能,大大提高了远程监控功能的实用性,改善了用户体验。系统采用完成 端∏模型,并发性晑,可同吋管理大量连接,上线测试两个月以来,运行稳定。 此外,本系统架构具有良好的可扩展性,可用于电梯、起重机等设备的远程监控和在线 故障诊断。只需在原有设备基础上增加一个低成本的嵌入式网关模块,即可实时获取设备状 态,远程管理各类设备,为客户提供更好的服务,提升产品竞争力。 参考文献 于观超张海军宁琳等 变压器绝缘油在线滤油分析华北电力技术 黄锐王学锦蔡建辉 变压器在线滤油技术的应用浙江电力 周喜忠变压器有载分接开关加装在线滤油装置变压器 姚文军张金祥聂德鑫等用状态处理维扩方法恢复变压器油的品质关于变压器油在线处理的综述 年全国输变电设备状态检修技术交流研讨会论文集 刘卫东尹旭吴盛麟大型变压器在线油处理的研究及应用 年全匡输变电设备状态检修技术交 流研讨会论文集 罗莉琴詹祖桥 网络编程北京人民邮电出版社 完成端口 详解 庞娅娟房人伟吕双 从入门到精通北京清华人学出版社 软件开发技联盟 开发实战北京清华大学出版社

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