CN103941693A

CN103941693A - 工厂环境质量智能监控系统

Info

Publication number: CN103941693A
Application number: CN201410161548.4A
Authority: CN
Inventors: 纪志成; 吴定会; 张明; 戴月明; 高道镠; 王莉; 季骏
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2014-07-23

Abstract

本发明涉及一种智能监控系统，尤其是一种工厂环境质量智能监控系统，属于工厂环境监测的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述工厂环境质量智能监控系统，包括与受控设备连接并用来采集所述受控设备工作环境信息的无线数据采集系统，所述无线数据采集系统将采集的工作环境信息传输至控制中心，控制中心对无线数据采集系统传输的工作环境信息进行处理后传输至监控服务器内，以通过监控服务器将监测的工作环境信息传输至远程控制终端。本发明结构简单紧凑，能对工厂环境质量进行有效监控，适应范围广，安全可靠。

Description

工厂环境质量智能监控系统

技术领域

本发明涉及一种智能监控系统，尤其是一种工厂环境质量智能监控系统，属于工厂环境监测的技术领域。

背景技术

随着工厂监控智能化不断进步及对监控的要求不断提高，作为物联网应用之一的工厂环境质量智能监控必将成为工厂信息化的基本形式，具有广阔的市场应用前景。工厂智能监控运用融合了先进的计算机技术、传感技术、通讯技术，将与智能监控有关的各子系统结合起来。但是目前工厂环境质量监控系统还存在着一些不足。现有的工厂监控与环境参数的监测是分开的，没有形成一个完整体系。现有的监控人过于单一，没有分层次、分角色的进行监控，无法将监控责任承包到个人。现有客户端不包含移动设，不适用于车间工人，且监控软件只有查询功能，无法实时控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种工厂环境质量智能监控系统，其结构简单紧凑，能对工厂环境质量进行有效监控，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述工厂环境质量智能监控系统，包括与受控设备连接并用来采集所述受控设备工作环境信息的无线数据采集系统，所述无线数据采集系统将采集的工作环境信息传输至控制中心，控制中心对无线数据采集系统传输的工作环境信息进行处理后传输至监控服务器内，以通过监控服务器将监测的工作环境信息传输至远程控制终端。

所述监控服务器能对控制中心传输的工作环境信息进行存储；远程控制终端能通过监控服务器、控制中心以及无线数据采集系统向受控设备传输工作状态调节指令，以根据监测的受控设备的工作环境信息调节受控设备的工作状态。

所述无线数据采集系统包括用于采集受控设备工作环境信息的环境检测装置以及用于采集所述环境检测装置数据的采集终端，所述采集终端通过通信系统与控制中心无线连接。

所述采集终端的第一采集通道通过多路选择器与环境检测装置连接，采集终端的第二采集通道与振动传感器连接，采集终端的第三采集通道与电能计量装置连接；所述环境检测装置包括噪声传感器、烟雾传感器或温湿度传感器。

所述多路选择器将环境检测装置的检测数据进行编码后传输至采集终端内，通信系统包括Zigbee无线网络，采集终端将编码后的检测数据通过Zigbee无线网络传输至控制中心内。

所述采集终端对第一采集通道、第二采集通道以及第三采集通道的采样数目通过自适应调整采样方法增加或减少对应采集通道的采样数目。

所述自适应调整采样方法为：设定线性偏差平均阈值，采集终端计算第一采集通道、第二采集通道、第三采集通道的采样偏差平均值；当所述采样偏差平均值大于线性偏差平均阈值时，采集终端增加对应采集通道的采样数目，否则，采集终端减少对应采集通道的采样数目。

所述远程控制终端包括监控计算机以及移动终端，远程控制终端通过互联网与监控服务器连接。

本发明的优点：实现了对工厂环境质量参数的实时、准确采集、远程传输和人性化的监控，达到了对工厂环境质量实时动态监控的要求，实现了工厂环境质量监控的信息化、透明化、网络化的管理，对工厂环境质量的监控有着重要的意义。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明无线数据采集系统的结构框图。

图3为本发明多路选择器的工作流程图。

图4为本发明采集终端的工作流程图。

图5为本发明无线数据采集系统通过通信系统与控制中心连接的示意图。

图6为本发明的工作流程图。

附图标记说明：1-受控设备、2-无线数据采集系统、3-通信系统、4-控制中心、5-监控服务器、6-远程控制终端、7-采集终端、8-多路选择器、9-振动传感器、10-电能计量装置、11-监控计算机及12-移动终端。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能对工厂环境质量进行有效监控，本发明包括与受控设备1连接并用来采集所述受控设备1工作环境信息的无线数据采集系统2，所述无线数据采集系统2将采集的工作环境信息传输至控制中心4，控制中心4对无线数据采集系统2传输的工作环境信息进行处理后传输至监控服务器5内，以通过监控服务器5将监测的工作环境信息传输至远程控制终端6。

具体地，所述受控设备1为位于工厂车间的工作设备，通过对受控设备1的工作环境进行采集，以便于对所述受控设备1的状态进行有效监控。受控设备1通过无线数据采集系统2进行工作环境信息的数据采集，并传输至控制中心4内。一般地，工厂车间内具有多个受控设备1，每个受控设备1上均设置对应的无线数据采集系统2，控制中心4用于与工厂内所有的无线数据采集系统2进行集中管理，以将无线数据采集系统2传输的工作环境信息传输至监控服务器5内，远程控制终端6通过监控服务器5能对受控设备1的工作状态进行及时查看，实现对工厂环境质量的有效监控。

进一步地，所述监控服务器5能对控制中心4传输的工作环境信息进行存储；远程控制终端6能通过监控服务器5、控制中心4以及无线数据采集系统2向受控设备1传输工作状态调节指令，以根据监测的受控设备1的工作环境信息调节受控设备1的工作状态。当监控服务器5对控制中心4传输的工作环境信息紧凑存储后，远程控制终端6通过与监控服务器5进行通讯，以获取受控设备1过往的环境质量信息。本发明实施例中，所述环境质量信息反映了受控设备1的工作状态，受控设备1一般可以为车床或其他加工设备等。为了能够根据工作环境信息实现对受控设备1工作状态的反馈调节，远程控制终端6能通过监控服务器5、控制中心4以及无线数据采集系统2将远程控制命令传输至受控设备1，受控设备1可以根据远程控制命令实现继续工作或等待工作状态，确保受控设备1的工作安全。

所述远程控制终端6包括监控计算机11以及移动终端12，远程控制终端6通过互联网与监控服务器5连接。移动终端12可以为智能手机或平板等，监控计算机11通过网络与监控服务器5连接。

如图2、图3、图4和图5所示，所述无线数据采集系统2包括用于采集受控设备1工作环境信息的环境检测装置以及用于采集所述环境检测装置数据的采集终端7，所述采集终端7通过通信系统3与控制中心4无线连接。

所述采集终端7的第一采集通道通过多路选择器8与环境检测装置连接，采集终端7的第二采集通道与振动传感器9连接，采集终端7的第三采集通道与电能计量装置10连接；所述环境检测装置包括噪声传感器、烟雾传感器或温湿度传感器。

所述多路选择器8将环境检测装置的检测数据进行编码后传输至采集终端7内，通信系统3包括Zigbee无线网络，采集终端7将编码后的检测数据通过Zigbee无线网络传输至控制中心4内。

所述采集终端7对第一采集通道、第二采集通道以及第三采集通道的采样数目通过自适应调整采样方法增加或减少对应采集通道的采样数目。

所述自适应调整采样方法为：设定线性偏差平均阈值，采集终端7计算第一采集通道、第二采集通道、第三采集通道的采样偏差平均值；当所述采样偏差平均值大于线性偏差平均阈值时，采集终端7增加对应采集通道的采样数目，否则，采集终端7减少对应采集通道的采样数目。

具体地，所述无线数据采集系统2由若干内置ZigBee收发模块且结构相同的采集终端7组成，采集终端7根据各车间特性配置不同功能的传感器，即环境检测装置检测的参数包括温湿度、空气质量参数、噪声参数、机器振动参数、电能计量装置等。为防止在一定空间内ZigBee收发模块信号过多，信号发生干扰或碰撞影响传输效果，因此为采集终端7配置一个多路选择器8。采集终端7可以才有现有带有Zigbee收发模块的芯片组成，以实现构建Zigbee网络，进一步地，采集终端7内的芯片还能实现一些解码以及简单的运算，具体功能可以根据需要进行设置，此处不再赘述。

多路选择器8包含八个输入端口和一个输出端口，将传感器（振动传感器和电能计量装置除外）的输出端口分别连接到多路选择器8的指定输入端口，多路选择器8的输出端口连接到采集终端7的第一采集通道，因为振动传感器9和电能计量装置10的放置位置特殊，因此将振动传感器9和电能计量装置10分别连接到采集终端7的第二采集通道、第三采集通道。通过多路选择器8，一个采集终端7可以连接多个传感器，完成多种数据传输。为了便于分析数据来源，必须对多路选择器8的八个输入端口和采集终7端的三个采集通道的数据进行编码，当采集终端7分析数据时，必须先对数据进行解码。

当多路选择器8开始工作时，首先判断八个通道是否有数据传递，将没有数据传递的通道关闭。完成初始化采样数目后开始采集工作，多路选择器8将编码后的数据传送给采集终端7的第一采集通道，通过采集终端7的分析后更新各通道的采样数目。多路选择器8可以采用现有的结构，主要实现与多个传感器连接，并能对传感器的数据进行编码，并将编码后的数据传输至采集终端7内。

采集终端7工作时，首先判断三个采集通道中是否有数据，关闭没有数据的通道。初始化三个通道的采样数目后，接收单位时间内的传感器数据，一方面将采集的数据通过通信系统3传递给控制中心4，便于控制中心4分析数据，另一方面将采集的数据进行解码并且运用“自适应调整采样方法”分析数据特性得到新的采样数目，并将更新的采样数目由通信系统反馈给相应的传感器。

表1是车间传感器分布表，本发明根据车间的属性不同为采集终端7配置不同的传感器。

表1车间传感器分布表

车间类型	分布传感器
		模具	噪声、振动
注塑	空气质量（多种指标）、振动、噪声
		净化	空气质量（多种指标）、温湿度、振动
装配	振动
		仓储	烟雾、噪声
配电间	电能计量装置、烟雾

一般地，采集数据是对每个传感器指在单位时间内采集相同数目的传感器数据，然后采集终端7的处理器程序进入中断，中断根据优先级判断首先处理特定传感器的数据。这种方法虽然简单，但是完全忽略了数据变化的特点，不仅采集的数据平均信息少，而且也造成了带宽的浪费。

本发明实施例中，自适应调整采样方法具体为：

随机数据P_i表示数据P的第i个采样值，设有n个采样值P_k-n+1到P_k，n个采样点的采样平均值为且其中k=1,2,3...，n=1,2,3...。

如果满足条件则定义Pf_t(m,n)为在采样点P_t处回归窗口宽度为m、采样窗口宽度为n的线性偏差平均值比。其中t=1,2,3...，m=1,2,3...，n=1,2,3...且t-(n-1)>0。

由上述可知，线性偏差平均值比在通常情况下是一个大于0且小于1的值，在具体实施时，可以根据数据的精度的要求设置一个线性偏差平均阈值。当采集终端7一次采样结束后计算出现采样偏差平均值比，并且与线性偏差平均阈值比较，如果采样偏差平均值大于所述线性偏差平均阈值，则数据波动比较大处于非线性状态，需增加采样数目提高采样精度；反之则减少采样数目，减轻数据采集的负担。

本发明实施例中，通信系统3是泛指整个系统的通信链路，通信系统3包括若干路由器，在无线数据采集系统2中，采集终端7和路由器之间采用基于Zigbee的树形网络结构连接，无线数据采集系统2又通过zigbee网络与控制中心4连接，控制中心4在本质上是一个协调器，因此可以通过串口和监控服务器5连接，监控服务器5采用Internet网络，以便于远程控制终端连接。尤其要指出的是通信系统3的数据传递是双向的，从无线数据采集系统2到远程控制终端6的通信链路主要起到向远程控制终端6传递传感器数据的作用，从远程控制终端6到无线数据采集系统2的通信链路主要起到向采集终端发送用户控制指令的作用。本发明实施例中，控制中心4可以根据Zigbee网络中的协调器作用以及性质进行设置，在具体实施时，控制中心4可以采用对应的芯片实现。

控制中心4能对无线数据采集系统2进行管理，它将采集到的数据进行上传处理，并且向采集终端7传递控制指令。控制中心4接受到无线数据采集系统2传送的数据后，对其进行分析处理。控制中心4的分析处理能力一方面是指将传感器的有效信号根据现有的技术转变成用户可理解的符号，如对噪声信号进行频率计全，并且将噪声原来的电压信号转变成符合国家标准的声压级信号，单位为dB。另一方面是根据传感器数据分析受控对象的运行模式和状态。分析处理后的数据通过串口上传到监控服务器5。

控制中心4能接收监控服务器5传输的指令，用户在远程控制终端6的上查看工厂监控数据和受控设备1的状态，并且下达控制指令。远程控制终端6将接收到的用户控制指令存储在监控服务器5中，然后再下达给控制中心4。控制中心4判断出控制指令的受控设备1，然后对接收到的数据进行编码，再通过无线数据采集系统2向受控设备1发送控制信号，如图6为系统的流程图。

表2传感器选型和受控对象

传感器类型	受控对象
		温度	空调，机台
湿度	加湿器、抽湿器
		噪声	机台
振动	机台
		空气质量	门窗
烟雾	报警
		电能计量装置	机台

本发明实施例中，监控服务器5主要的功能是存储控制中心4传来的受控对象的数据和状态以及远程控制终端6传输的控制指令，存储的数据可以作为历史数据供管理者分析，并且方便用户日后查阅。

远程控制终6端和监控服务器5之间通过互联网连接，一般情况下远程控制终端6通过互联网（即有线互联网）连接台式电脑，方便管理者远程查看数据；但是对受控设备1的监控是在车间完成的，工人的在车间中空间活动范围较大，并且工人和受控设备1之间是一对多得关系，台式电脑显然不适合工人。为了更加方便工人实施管理监控，车间中的远程控制终端6宜采用移动式终端12，如掌上电脑、手机等，此时监控服务器5和远程控制终端6之间通过移动互联网连接（即无线互联网）。

远程控制终端6可以帮助用户查阅服务器中的历史数据，并且用户也可以发送控制指令。在远程监控终端6上将用户分为不同的角色，不同的角色有各自的权限，权限只能由系统管理员或者高一级的角色更改。用户登录时需输入登录账号和登录密码。如此可以防止人为蓄意更改受控对象的状态，造成生产损失，而且可以根据将车间生产正常运行的责任承包到个人。

综上所述，本发明实现了对工厂环境质量参数的实时、准确采集、远程传输和人性化的监控，达到了对工厂环境质量实时动态监控的要求，实现了工厂环境质量监控的信息化、透明化、网络化的管理，对工厂环境质量的监控有着重要的意义。

Claims

1.一种工厂环境质量智能监控系统，其特征是：包括与受控设备（1）连接并用来采集所述受控设备（1）工作环境信息的无线数据采集系统（2），所述无线数据采集系统（2）将采集的工作环境信息传输至控制中心（4），控制中心（4）对无线数据采集系统（2）传输的工作环境信息进行处理后传输至监控服务器（5）内，以通过监控服务器（5）将监测的工作环境信息传输至远程控制终端（6）。

2.根据权利要求1所述的工厂环境质量智能监控系统，其特征是：所述监控服务器（5）能对控制中心（4）传输的工作环境信息进行存储；远程控制终端（6）能通过监控服务器（5）、控制中心（4）以及无线数据采集系统（2）向受控设备（1）传输工作状态调节指令，以根据监测的受控设备（1）的工作环境信息调节受控设备（1）的工作状态。

3.根据权利要求1所述的工厂环境质量智能监控系统，其特征是：所述无线数据采集系统（2）包括用于采集受控设备（1）工作环境信息的环境检测装置以及用于采集所述环境检测装置数据的采集终端（7），所述采集终端（7）通过通信系统（3）与控制中心（4）无线连接。

4.根据权利要求3所述的工厂环境质量智能监控系统，其特征是：所述采集终端（7）的第一采集通道通过多路选择器（8）与环境检测装置连接，采集终端（7）的第二采集通道与振动传感器（9）连接，采集终端（7）的第三采集通道与电能计量装置（10）连接；所述环境检测装置包括噪声传感器、烟雾传感器或温湿度传感器。

5.根据权利要求4所述的工厂环境质量智能监控系统，其特征是：所述多路选择器（8）将环境检测装置的检测数据进行编码后传输至采集终端（7）内，通信系统（3）包括Zigbee无线网络，采集终端（7）将编码后的检测数据通过Zigbee无线网络传输至控制中心（4）内。

6.根据权利要求4所述的工厂环境质量智能监控系统，其特征是：所述采集终端（7）对第一采集通道、第二采集通道以及第三采集通道的采样数目通过自适应调整采样方法增加或减少对应采集通道的采样数目。

7.根据权利要求6所述的工厂环境质量智能监控系统，其特征是：所述自适应调整采样方法为：设定线性偏差平均阈值，采集终端（7）计算第一采集通道、第二采集通道、第三采集通道的采样偏差平均值；当所述采样偏差平均值大于线性偏差平均阈值时，采集终端（7）增加对应采集通道的采样数目，否则，采集终端（7）减少对应采集通道的采样数目。

8.根据权利要求1所述的工厂环境质量智能监控系统，其特征是：所述远程控制终端（6）包括监控计算机（11）以及移动终端（12），远程控制终端（6）通过互联网与监控服务器（5）连接。