CN110266811B - 一种基于mqtt技术的车间异常信息推送装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置与方法，所述装置包括：频道定义模块，按照异常的分类进行MQTT频道划分；异常触发模块，设有若干触发点，触发点在软件层面定义了所处频道以及触发条件，物理层面定义了对应实物；触发条件分人为触发、数据驱动触发以及混合触发方式；消息推送模块，在触发点将异常消息发送到对应的频道后，自动找到响应点，将消息实时传递到各个响应点；异常响应模块，设有若干响应点，响应点在软件层面定义了相应频道，物理层面定义了显示方式。本发明通过异常的分类对应到各MQTT频道，过滤出异常信息，利用MQTT技术减少传递延时、实现精准推送，可以快速使用于车间，并且成本低、易于维护。

Description

一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置与方法

技术领域

本发明涉及一种基于MQTT((Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议))技术的车间异常信息推送装置与方法，属于信息领域，适用于信息化车间对于生产过程中出现异常的及时推送。

背景技术

随着工业互联网的发展，许多车间已经实现了信息化，并逐步完善信息化的深度和广度，同时对于车间信息到管理层的反馈环节也有了更高的要求，车间信息推送的及时性、准确性成为了决定车间管理效率的关键因素。

对于车间异常信息的反馈的传统方式有广泛应用于车间生产的安灯***，通过布置安灯装置，设置好报警类型，工人区分车间生产现场的异常类型进行报警来及时传达到上层进行调度处理。应用关系数据库技术通过表单的形式展示车间的生产信息，相关负责人通过查询报表对车间的信息进行分析与决策来进行车间管理。但是传统方式的异常分类不易拓展，随着车间的不断升级，异常的种类不断增多，异常的甄别难度增加无法由工人实现，由负责人通过表单进行分析效率低下，不能及时处理。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置与方法，通过异常的分类对应到各MQTT频道，过滤出异常信息，利用MQTT技术减少传递延时、实现精准推送，可以快速使用于车间，并且成本低、易于维护。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明所述的一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置，包括：频道定义模块、异常触发模块、消息推送模块以及异常响应模块；

所述频道定义模块按照异常的分类一一对应进行MQTT频道及子频道的划分，所定义的频道包括设备频道、生产频道、物资频道、模具频道、质检频道和安全频道；所定义的频道供异常触发模块的触发点和异常响应模块的接收点消息传递使用；

所述异常触发模块设有若干触发点，所述触发点包括软件层面定义和物理层面定义，所述软件层面定义包括触发点所处的频道以及触发条件，所述物理层面定义包括触发点对应的实物；所述触发条件分人为触发、数据驱动触发以及混合触发方式，人为触发方式为通过触发车间现场按钮或智能终端软件按钮进行事件触发，数据驱动触发方式为软件程序进行数据分析后进行自动触发，混合触发方式为软件程序数据分析后的结果通过人为的审查后触发，或者人为触发的异常信息经软件计算满足设定条件后触发；

所述消息推送模块用于将触发的异常信息实时发往异常响应模块的响应点，使用支持MQTT协议的代理服务器，在触发点将异常消息发送到对应的频道后，自动找到所有处在同频道的响应点，将消息实时传递到异常响应模块的各个响应点；

所述异常响应模块设有若干响应点，所述响应点包括软件层面定义和物理层面定义，所述软件层面定义包括相应频道，所述物理层面定义包括异常信息显示方式，所述显示方式包括工人手持平板显示，车间电子大屏显示，办公室电脑显示。

作为优选，所述装置还包括异常记录模块和异常分析模块；所述异常记录模块将异常触发点信息和异常响应点及处理信息写入数据库进行保存，所述异常分析模块采用网页报表的形式展示异常信息的历史数据，分析出车间异常产生频率以及平均响应时间。

作为优选，所述设备频道包括报修子频道、PLC采集数据异常子频道、机械子频道、电气子频道中的一个或多个；所述生产频道包括进度异常子频道、质量子频道、巡检子频道中的一个或多个；所述物资频道包括缺料子频道、质量子频道、废料子频道中的一个或多个；所述模具频道包括报修子频道、缺料子频道中的一个或多个；所述质检频道包括普通异常子频道、关键指标单个异常子频道、重大不合格异常子频道中的一个或多个；所述安全频道包括人身伤害类异常子频道、非人身伤害类异常子频道、隐患类异常子频道中的一个或多个。

作为优选，MQTT频道或子频道一对一或一对多设置软件上触发点，软件触发点一对一或一对多设置物理触发点。

作为优选，所述数据驱动触发方式为二值触发、累加值触发、特定值触发或多条件触发。

本发明所述的一种基于MQTT技术的车间异常信息推送方法，该方法基于上述车间异常信息推送装置实现，包括：

在工业触屏一体机上提交异常相关信息时，或者通过生产现场布置的安灯装置按下异常相关按钮时，或者在设备PLC数据采集装置中上报的报警信息时，或者，后台软件通过收集实时上报的生产数量数据计算出生产速率异常时，异常触发模块触发消息传递到触发点对应的频道，通过消息推送模块的处理，自动传递到订阅了该频道的响应点终端；

若接收到响应点终端提交的异常处理结果信息后，记录异常周期信息，包括触发点信息，异常信息实体、响应人、处理结果、响应时间，结束异常流程；若超过设定时间异常未处理，则二次触发推送到车间经理办公室进行处理，再次处理结束后闭环整个流程。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明将MQTT技术用于车间异常信息推送领域，***最低响应延迟降为车间网络传输延迟，有效缩短了车间异常响应时间。

2、本发明通过对车间异常信息的收集推送处理，实现了闭环的车间异常反馈体系。

3、本发明将异常触发点与响应点的建模不在依附于具体的终端，将软件层与物理层区分开，提高了装置的可拓展性，减少车间部署使用的软件开发调试时间。

4、本发明装置可实现设备报修、模具维修、生产速率监控、物料异常、质检异常和安全事故报警等，提供了一套完善的车间异常处理方案。

5、本发明利用MQTT技术可实现及时、精准推送，并可通过数据库记录处理信息，报表统计车间历史异常信息，是一套可以快速使用于车间、成本低、易于维护的闭环装置。

附图说明

图1是本发明实施例的装置结构示意图。

图2是本发明实施例中对于锻压车间的MQTT频道定义示意图。

图3是本发明实施例中触发点触发条件分类示意图。

图4是本发明实施例中设备异常触发点工人手动触发操作屏截图。

图5是本发明实施例中模具异常触发点工人手动触发操作屏截图。

图6是本发明实施例中设备异常触发/车间环境监测触发点示意图。

图7是本发明实施例中Apache-Apollp服务器消息队列实时截图。

图8是本发明实施例中推送模块连接图。

图9是本发明实施例中模具维修工手持平板界面截图。

图10是本发明实施例中办公室综合异常显示桌面截图。

图11是本发明实施例中设备报修异常推送流程示意图。

图12是本发明实施例中生产缺料异常推送流程示意图。

图13是本发明实施例中生产进度异常推送流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明实施例公开的一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置主要包括：

频道定义模块，异常信息的种类、推送频道定义；

异常触发模块，触发异常信息；

消息推送模块，负责把触发信息推送到异常响应模块，响应点通过订阅频道，接受到推送信息后实时刷新界面信息，最低响应延迟时间等于车间网路传输延迟时间；

异常响应模块，接受异常信息并进行处理；

异常记录模块，用于后台数据存储的云服务器；

异常分析模块，用于分析异常信息的报表平台；

下面以锻压车间为例，对本发明的异常信息推送装置做详细说明。

频道定义模块：采用MQTT的框架，车间可进行异常分类的建模，按照异常的分类一一对应进行MQTT频道的划分。划分好的频道供触发模块的触发点和响应模块的响应点消息传递进行使用。具体实现上频道的功能如下：1、接受消息，将触发点触发的异常消息进行归类存放到服务器的消息队列中。2、广播消息，将队列中的异常消息发送到所有订阅了当前频道的响应点上。3、反馈消息，当相应点对异常进行了处理后会继续往该频道发送处理完毕的特殊信号反馈给触发点，触发点接受到该信号后会关闭它的异常状态，如报警灯从红色恢复绿色。如图2所示，所定义的频道包括设备频道、生产频道、物资频道、模具频道、质检频道和安全频道；设备频道包括报修子频道、PLC采集数据异常子频道、机械子频道、电气子频道；生产频道包括进度异常子频道、质量子频道、巡检子频道；物资频道包括缺料子频道、质量子频道、废料子频道；模具频道包括报修子频道、缺料子频道；质检频道包括普通异常子频道、关键指标单个异常子频道、重大不合格异常子频道；安全频道包括人身伤害类异常子频道、非人身伤害类异常子频道、隐患类异常子频道。在具体应用场景也可根据实际需求进行调整。

异常触发模块：是触发点的集合，负责及时把车间生产中的异常状况上报。其中触发点指的是能产生异常信息的点，触发点的建模主要有软件层面定义，物理层面定义。在软件层面定义了触发点所处的频道，以及触发的条件。在物理层面设定了触发点对应的实物，本装置中主要包含以下实物：手持终端设备、工业触屏一体机、电子大屏、办公室电脑等。

同一频道、子频道可以一对一、一对多设置软件上触发点，软件触发点可以一对一、一对多设置物理触发点。随着车间升级发展，可以适当增加、调整物理触发点或者增加软件层触发点来满足自身需求。

异常的触发支持以下类型：车间硬件安灯装置、车间软安灯触屏一体机上的按钮事件、车间软安灯手持设备上的按钮事件、PLC车间设备采集信息中信息字段、车间信息数据库的信息字段。如图3所示，触发条件分为如下三类：

1、人为触发

人为触发通过工业触屏一体机、现场安灯按钮装置、操作工手持平板等设备通过点击相应的软件按钮，进行相应的事件触发。

2、数据驱动触发

通过后台运算服务器进行数据分析后进行的自动触发，它的触发条件来源于建模时设置的阈值。如：

a)对下料班组的产品设置生产速率为最低一件5秒钟，当实时计算出的生产速率低于设置阈值会自动触发信息。

b)对设备锻压机设置任务检查电机皮带轮是否完好36小时一次，当该设备连续运作36小时后会自动触发信息。

3、混合触发方式

混合触发方式基本流程为，通过数据驱动产生的异常单据信息通过人为的审核才能触发。

或者，综合分析人为触发的异常信息，如果计算后满足一定条件才会触发，如：工人点击报修后超过4个小时维修工仍未处理会自动触发异常消息到车间经理。

例如，设备异常触发软件界面如图4所示，模具异常维修触发软件界面如图5所示。车间环境及设备PLC数据触发点如图6所示。

异常推送模块：负责把触发的异常信息实时发往响应点，在响应点接受到信息后实时刷新界面信息，***最低响应延迟降为车间网络传输延迟。

如图7所示，本发明异常推送使用Apache-Apollp(一种支持MQTT协议的代理服务器)，所有触发点通过发送消息到对应频道，Apache-Apollp自动找到所有处在同频道的响应点，将消息实时传递到各个响应点。

如图8所示，异常消息推送是建立链接的过程，通过频道将车间的异常信息触发点与响应点连接起来，同时能够动态增加或者减少触发点与响应点。

异常响应模块：完成异常处理，是异常推送装置的最后一个环节，是响应点的集合。负责关闭异常信息、记录整个车间异常周期信息如触发点信息，异常信息实体、响应人、处理结果、响应时间等，写入到数据库中进行数据保存与后续分析使用。

响应点建模同样将软件层面以及物理层面进行拆分，软件层定义响应频道。物理层面定义了异常信息的显示方式、异常处理后的记录信息格式。

响应点显示方式支持工人手持平板显示(如图9)，车间电子大屏显示，办公室电脑显示(如图10)。

异常记录模块，使用windows sqlserver进行异常信息的记录。

异常分析模块，采用网页报表的形式展示异常信息的历史数据，分析出车间异常产生频率以及平均响应时间等。

基于上述异常推送装置的车间异常信息推送方法主要包括：

在工业触屏一体机上提交异常相关信息时，或者通过生产现场布置的安灯装置按下异常相关按钮时，或者在设备PLC数据采集装置中上报的报警信息时，或者，后台软件通过收集实时上报的生产数量数据计算出生产速率异常时，异常触发模块触发消息传递到触发点对应的频道，通过消息推送模块的处理，自动传递到订阅了该频道的响应点终端；

若接收到响应点终端提交的异常处理结果信息后，记录异常周期信息，包括触发点信息，异常信息实体、响应人、处理结果、响应时间，结束异常流程；若超过设定时间异常未处理，则二次触发推送到车间经理办公室进行处理，再次处理结束后闭环整个流程。下面以设备报修、生产物料异常、生产进度异常三个典型场景的对本发明的方法做进一步说明。

设备报修：如图11所示，当工人在工业触屏一体机上打开设备报修软件提交报修信息，或者通过生产现场布置的安灯装置按下报修按钮，或者在设备PLC数据采集装置中上报的报警信息时，会触发消息传递到设备报修频道，通过推送服务器的处理，自动传递到订阅了该频道的响应终端如：工业监控大屏，维修工手持终端，办公人员电脑以及车间经理办公室。维修工通过查看故障设备、故障现象、故障类型等到现场维修好后填写维修信息反馈到设备报修频道结束异常流程，亦或者维修工超时还未处理会通过二次触发推送到车间经理办公室进行处理，再次处理结束后闭环整个流程。

生产物料异常：如图12所示，下料机组在实际生产过程中，当操作工人发现物料不足导致生产停产时可以在工业触屏一体机上进行报警，或者线长在巡检时预估到该机组物料不能保证完成当天任务在巡检用手持设备上进行报警时，会触发信息到缺料频道，通过推送服务器的处理会自动推送到订阅了该频道的所有终端，如：工业监控大屏、叉车接受终端、办公人员电脑。叉车接受到缺料消息后根据缺料班组、物料编码以及缺少数量搬运货物到班组，保证班组继续生产。如果超时还未处理会通过二次触发推送到车间经理办公室进行处理，再次处理结束后闭环整个流程。

生产进度异常：如图13所示，锻造机组在实时生产过程中，后台运算服务器收集实时上报的生产数量数据，通过计算节拍速率，目标差值等因素，通过建模时设置好的阈值自动推送出生产停滞，未完成任务数量，超额完成过多异常信息到生产速率异常频道，通过推送服务器，自动推送到订阅了该频道的响应终端如：工业监控大屏，班组长办公室电脑，计划员办公室电脑。班组长通过调整生产处理结束流程，同时通知计划员可以调整下个班次任务，如果超时还未处理会通过二次触发推送到车间经理办公室进行处理，再次处理结束后闭环整个流程。

Claims (4)

1.一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置，其特征在于，包括：频道定义模块、异常触发模块、消息推送模块以及异常响应模块；

所述频道定义模块按照异常的分类一一对应进行MQTT频道及子频道的划分，所定义的频道包括设备频道、生产频道、物资频道、模具频道、质检频道和安全频道；所定义的频道供异常触发模块的触发点和异常响应模块的接收点消息传递使用；

所述异常触发模块设有若干触发点，所述触发点包括软件层面定义和物理层面定义，所述软件层面定义包括触发点所处的频道以及触发条件，所述物理层面定义包括触发点对应的实物；所述触发条件分人为触发、数据驱动触发以及混合触发方式，人为触发方式为通过触发车间现场按钮或智能终端软件按钮进行事件触发，数据驱动触发方式为软件程序进行数据分析后进行自动触发，混合触发方式为软件程序数据分析后的结果通过人为的审查后触发，或者人为触发的异常信息经软件计算满足设定条件后触发；MQTT频道或子频道一对一或一对多设置软件上触发点，软件触发点一对一或一对多设置物理触发点；

所述消息推送模块用于将触发的异常信息实时发往异常响应模块的响应点，使用支持MQTT协议的代理服务器，在触发点将异常消息发送到对应的频道后，自动找到所有处在同频道的响应点，将消息实时传递到异常响应模块的各个响应点；

所述异常响应模块设有若干响应点，所述响应点包括软件层面定义和物理层面定义，所述软件层面定义包括相应频道，所述物理层面定义包括异常信息显示方式，所述显示方式包括工人手持平板显示，车间电子大屏显示，办公室电脑显示；

所述装置还包括异常记录模块和异常分析模块；所述异常记录模块将异常触发点信息和异常响应点及处理信息写入数据库进行保存，所述异常分析模块采用网页报表的形式展示异常信息的历史数据，分析出车间异常产生频率以及平均响应时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置，其特征在于，所述设备频道包括报修子频道、PLC采集数据异常子频道、机械子频道、电气子频道中的一个或多个；所述生产频道包括进度异常子频道、质量子频道、巡检子频道中的一个或多个；所述物资频道包括缺料子频道、质量子频道、废料子频道中的一个或多个；所述模具频道包括报修子频道、缺料子频道中的一个或多个；所述质检频道包括普通异常子频道、关键指标单个异常子频道、重大不合格异常子频道中的一个或多个；所述安全频道包括人身伤害类异常子频道、非人身伤害类异常子频道、隐患类异常子频道中的一个或多个。

3.根据权利要求1所述的一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置，其特征在于，所述数据驱动触发方式为二值触发、累加值触发、特定值触发或多条件触发。

4.使用根据权利要求1-3任一项所述的一种基于MQTT技术的车间异常信息推送装置的一种基于MQTT技术的车间异常信息推送方法，其特征在于，包括：

在工业触屏一体机上提交异常相关信息时，或者通过生产现场布置的安灯装置按下异常相关按钮时，或者在设备PLC数据采集装置中上报的报警信息时，或者，后台软件通过收集实时上报的生产数量数据计算出生产速率异常时，异常触发模块触发消息传递到触发点对应的频道，通过消息推送模块的处理，自动传递到订阅了该频道的响应点终端；

若接收到响应点终端提交的异常处理结果信息后，记录异常周期信息，包括触发点信息，异常信息实体、响应人、处理结果、响应时间，结束异常流程；若超过设定时间异常未处理，则二次触发推送到车间经理办公室进行处理，再次处理结束后闭环整个流程。

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