云技術在液壓缸試驗臺測控系統中的應用

蔡曉燕，胡娜

（武漢科技大學城市學院機電學部，武漢430083）

0 引言

液壓缸試驗臺作為液壓缸性能指標檢測的主要設備，對液壓缸的質量控制起到非常重要的作用，乃至在整個液壓行業有著舉足輕重的地位。隨著我國制造業的發展，液壓缸試驗臺也取得了長足的進展，計算機已經被大量應用到了試驗臺的測控系統中，試驗臺的自動化程度也不斷提高，并且呈現出智能化、信息化、網絡化的發展趨勢。但是由于我國起步相對較晚，相比于國外的先進水平還有一定的差距，大多數液壓缸試驗并不能真正意義上的可靠、自動完成，在數據的處理和分析方面也有所欠缺，而這也正是我們需要不斷改進和完善的關鍵點。

伴隨著計算機技術、網絡通信技術的不斷發展，信息化時代已經悄然來臨，信息化的大環境正潛移默化地改變著人們的生活方式、工作方式，甚至生產方式。為了完善當前液壓缸試驗臺的數據處理和分析能力，適應信息化社會的大環境，在測控系統中引入信息化技術不愧為一種好的解決辦法，也一定是大勢所趨。

1 云計算技術

云計算技術是在計算機互聯網技術的基礎上衍生發展起來的一個新概念，它對計算機運算和存儲都具有劃時代的意義，也是我國進入信息化時代的重要標志。云計算是一種基于網絡的新的運算方式，它通過虛擬化、分布式處理、在線軟件等技術將數據中心的計算、存儲、網絡等IT 基礎設施，配合相應的開發平臺、軟件等服務抽象出可運營、可管理的IT 資源，利用互聯網動態提供給個人或者企業用戶，用戶可以根據實際使用的數量進行付費。

1.1 云技術的分類

云技術的最終是要為用戶服務，提供數據信息共享的，根據用戶的需求不同通常可以把云分為公有云和私有云，它們的主要區別在于是否能夠通過網絡進行數據的共享。對于大型的、有實力的企業，可以建立企業內部的數據中心，數據中心的內容僅供企業內部使用，即建立的是私有云。與此相對的，如果用戶只是“租用”公共的數據中心來滿足自身的需求，這種數據中心即為公有云。對于提供云服務的公司通常既有公有云，也有私有云，能夠提供混合模式的云服務。

1.2 云技術的特點及優勢

云計算是基于互聯網，通過虛擬化等技術手段實現計算機軟、硬件資源和信息的整合、共享，從而滿足用戶需求的新型計算方式。它在一組集群服務器上虛擬出多個近似獨立的服務器，硬件上采用了冗余技術，一定程度上能夠提高數據存儲的可靠性；另外，在每個服務器上都建立有云服務器鏡像，當服務器故障或誤操作時，丟失的數據信息還可以根據鏡像還原，保證了數據不會丟失。在軟件上可以實時按需更改云服務器配置，充分利用云服務器資源，保證了靈活性和可擴展性外，還能按需提供服務，滿足不同用戶的不同需求；云端服務器能夠將原本分散的計算機和數據資源通過網絡統一整合、集中管理，可以在短時間內實現對海量數據的并行處理，既能夠保證資源的利用率，又能提升計算機的計算效率。相比于傳統的服務器，云服務器不僅處理數據能力更強，而且可靠性、安全性、經濟性和靈活性都大大提高，是信息化時代下數據處理與分析的一種重要的解決方案。

1.3 云技術的應用

目前國內提供云平臺服務的已經有應用比較成熟的，例如阿里云、百度云、騰訊云、新浪云等。云計算技術的使用，豐富了人們的信息化生活，滿足了個人和企業的個性化需求，提供了更加便捷、多樣的服務式體驗。雖然這項新技術的使用也會帶來一些問題，例如網絡信息的安全問題，相應計算機專業人才的培養問題等，相信在云技術的不斷發展和實踐中，這些問題都可以得迎刃而解。計算機云技術的應用規模正呈不斷擴大的趨勢發展，涉及到的領域也在逐漸增加，這些都為社會各領域的生產方式變革和技術創新創造了良好的環境與條件。

2 液壓缸試驗臺數據處理的方法

在試驗臺的日常工作中，會產生大量的試驗數據信息，這些數據都是液壓缸試驗臺性能指標的重要參數，需要長期保存，實時顯示，并做一些實時的處理分析。傳統的試驗臺測試中，很多數據都需要手動填至相應的表格進行存儲，這種方式不僅效率低，而且人為因素大，容易出現差錯。目前，雖然多數利用計算機輔助控制的試驗臺都是引入了數據的自動保存功能，但是數據基本上是通過文本文件或者數據庫文件直接保存在現場的計算機硬盤上，這種處理方式不僅對電腦的配置要求較高，而且存在安全隱患，一旦電腦硬盤出現故障，所有的試驗數據都可能有丟失的危險。

利用云計算技術將大量的試驗數據信息上傳至云端，通過云端平臺的統一的管理和運行，可以很好地解決數據丟失的問題，而且高效、經濟、靈活，雖然使用云平臺會增加一定的費用，但是對企業來說，不需要配置高額的服務器，系統運行效率高，也可以降低后期的維護費用，是一種比較理想的方案。

3 液壓缸試驗臺測控系統中云技術應用

筆者以之前設計的液壓缸試驗臺為基礎，對其數據處理與分析系統作信息化改進設計。原試驗臺采用PLC 作為控制器控制執行對象，與上位機之間通過串口互聯，數據采集卡選用研華的PCI-8333，上位機監控平臺為VB 開發的人機界面，試驗數據自動保存在上位機上建立的MySQL 數據庫中，傳感器的輸出有數字式動態顯示、曲線顯示等形式，也有經過分析后的設備狀態或報警信息的提示。采用云技術改進后的試驗臺上位機監控平臺原理圖如圖1 所示，考慮到現場的試驗臺的新增，這里給每個試驗臺編號處理，每個試驗臺的上位機新增了數據傳送功能，需要將試驗數據發送至本地統一的客戶端。

圖1 上位機監控平臺示意圖

3.1 本地客戶端與上位機之間的通信

本地客戶端的作用主要是集中處理和分析現場的所有試驗臺測試數據，并在匯總后統一發送至云端服務器。雖然每臺上位機的測試數據可以用U 盤進行拷貝后匯總，但是這種方式不僅信息化程度低，還有可能讓上位機通過U 盤感染病毒，影響整個試驗臺的正常運行。為了解決這個問題，可以利用無線通信進行數據的傳輸。

由于本地客戶端一般離現場的距離較近，可以采用適用于短距離的無線通信方式，例如常用的藍牙、Wi-Fi、IrDA、ZigBee 等。綜合這幾種傳輸技術的特點，可以選擇應用成熟、傳輸穩定可靠、成本低，且能夠實現一對多通信的藍牙技術，硬件上只需要在每臺上位機和客服端電腦上安裝藍牙通信模塊即可實現。測控系統的數據傳送原理圖如圖2 所示。

圖2 測控系統的數據傳送原理圖

3.2 本地客戶端與云服務器之間的通信

本地客戶端通過路由設備與Internet 互聯后，就可以實現本地數據的上傳，進行試驗數據的備份和處理分析。通常情況下由于試驗現場環境的復雜性，通過有線連接互聯網多有不便，可以考慮使用無線接入。隨著我國5G 商用牌照的發放，標志著我國已經正式進入5G 時代。5G 通信利用高頻無線電波“毫米波”進行信號的傳輸，具有高速率、大容量、低時延的特性，雖然目前還在試用階段，大多數用戶還是手機，但是后續與生活、生產相融合已經在排兵布陣當中。將5G 通信技術和工業大數據傳送相融合，為工業數據信息化提供了一種靈活、可靠的解決方案。本地客戶端與云服務器之間的通信可以選用5G 通信的方式進行，示意圖如圖2 所示。

在聯網的情況下，外地客戶端利用客戶端軟件，根據服務器的IP 地址和端口號以及數據庫的用戶名及密碼，就可以遠程訪問云端數據庫，對試驗臺的測試數據進行分析。

3.3 云服務平臺的選擇

對比國內應用較為成熟的幾個云服務平臺來看，可以選擇運營推廣早，用戶量較多，應用成熟，價格相對比較便宜的阿里云，通過租用阿里云服務器提供高效、靈活的數據計算服務。

4 結語

雖然當前我國的液壓缸測試技術與國外的先進水平還存在比明顯的差距，但是還有很大的發展空間，本文構建了一個基于云計算技術和5G 通信技術的信息化網絡平臺設計方案，為試驗臺測控系統的數據處理與分析提供了一種思路，以期能夠完善國內液壓缸試驗臺數據處理與分析功能。