CN104731076A - 一种基于dcs结构的工况监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为了解决如何在包括多种且数量巨大的传感器的监控系统中提高监控效率的问题，提供了一种基于DCS结构的工况监控系统，包括基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统，所述基于DCS结构的视频监控子系统用于进行视频监控，所述基于DCS结构的流水线子系统用于监测生产线的仪器参数和机器状态，所述基于DCS的环境子系统用于监测车间、厂房和室外管道的环境参数。这种报警优先级和报警阈值的设置相比现有技术而言极大地提高了生产线的连续稳定性，并且相比多参数综合判断的方式而言提高了决策速度，降低了监控系统的成本。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化技术领域，更具体地，涉及一种基于DCS结构的工况监控系统。
背景技术
工业自动化现场监控设备的类型众多，包括了各类传感器、变送器、控制器和执行器等，传统的模拟传感器和执行器，需要通过大量的信号专用线缆连接到监控主机的多路采集卡，布线复杂、精度低、运行维护工作量大，故障排查和隔离难度大，系统可靠性差。
近年来随着各类数字传感器的日益增多和成本降低，以及通讯网络技术的带宽增大，使得传感器等设备节点可以通过现场总线(如Profibus、Modbus、Lonworks、DeviceNet)等通讯协议以总线或菊花链或星型的方式与监控主机或上位机相连接。这种方式减少了大量的现场布线，也使监控主机/上位机可以同时处理更多的监控任务。然而随着监控系统规模的不断扩大，监控主机的负荷也越来越大，这种集中式的监控模式存在以下问题：
1、监控主机及其网络接口负荷重；
2、扩展不方便，当需要增加监控任务时，由于监控主机及其接口网络满负荷运行，无法进行。
3、存在单点故障，由于网络监控仅有一个集中监控主机来实现，当该监控主机或其接口网络出现故障，整个系统则失去监控功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，如何在包括多种且数量巨大的传感器的监控系统中提高监控效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于DCS结构的工况监控系统，包括基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统，所述基于DCS结构的视频监控子系统用于进行视频监控，所述基于DCS结构的流水线子系统用于监测生产线的仪器参数和机器状态，所述基于DCS的环境子系统用于监测车间、厂房和室外管道的环境参数，所述基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统的报警状态受报警优先级的限制，所述基于DCS结构的视频监控子系统的监控报警优先级低于所述基于DCS结构的流水线子系统和所述基于DCS结构的视频监控子系统，并且所述基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统的各自报警阈值随着连续工作时间而相应地被在一定程度上增大。这种报警优先级和报警阈值的设置相比现有技术而言极大地提高了生产线的连续稳定性，并且相比多参数综合判断的方式而言提高了决策速度，降低了监控系统的成本。
进一步地，所述基于DCS结构的视频监控子系统包括：与局域网相连接的通信服务器，数据库服务器，GIS服务器，WEB服务器，视频服务器，短信服务器，北斗时间同步服务器，可视对讲终端，监控工作站，管理工作站；通过广域网相连接的、能够以移动方式接入基于DCS的环境子系统、随时随地查看各生产线所在区域或车间环境和生产线的实时运行状况和历史运行状况、并监视各生产线所在区域或车间现场实时视频图像的智能手机或移动终端。
进一步地，所述基于DCS结构的流水线子系统包括：生产线电流传感器、生产线电压负荷传感器、生产线轴承转速传感器、生产线皮带温度传感器，以及质量检查设备的工作状态传感器，所述生产线电流传感器用于监测传输给流水线的输入电流，所述生产线电压负荷传感器用于监测流水线的输入电压，所述生产线轴承转速传感器用于监测生产线轴承的转速，所述生产线皮带温度传感器用于监测生产线的皮带温度，所述质量检查设备的工作状态传感器用于与生产线相关的质量检查设备进行适配并传输其工作参数。
进一步地，基于DCS的环境子系统包括：分布在监测车间、厂房和室外管道的顶部、底部、墙壁、窗口、管道外壁上的温度传感器，湿度传感器，SF6传感器，明火传感器，烟雾传感器，红外入侵传感器，水浸传感器，门磁传感器，窗磁传感器。
本发明的有益效果是：
(1)能够有效地协调和管理DCS结构的监控系统中的各类监控信息，最有效地保证工况的高效。
(2)能够监视各现场实时视频图像，方便了操作人员工作，提高工作实效性和时效性。
(3)能够最大程度地确保生产设备的安全和操作人员的安全。
附图说明
图1是本发明的基于DCS结构的工况监控系统的系统框架示意图。
图2是本发明基于DCS结构的视频监控子系统组成结构示意图。
图3是本发明基于DCS的环境子系统组成结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，基于DCS结构的工况监控系统包括基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统，所述基于DCS结构的视频监控子系统用于进行视频监控，所述基于DCS结构的流水线子系统用于监测生产线的仪器参数和机器状态，所述基于DCS的环境子系统用于监测车间、厂房和室外管道的环境参数，所述基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统的报警状态受报警优先级的限制，所述基于DCS结构的视频监控子系统的监控报警优先级低于所述基于DCS结构的流水线子系统和所述基于DCS结构的视频监控子系统，并且所述基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统的各自报警阈值随着连续工作时间而相应地被在一定程度上增大。
如图2所示，本发明的基于DCS结构的视频监控子系统由分别与局域网209相连接的通信服务器202、数据库服务器203、GIS服务器204、WEB服务器205、视频服务器206、短信服务器207、北斗时间同步服务器208、可视对讲终端210、监控工作站211、管理工作站212组成，局域网209通过广域网102与基于DCS结构的视频监控子系统相连接，智能手机或移动终端201通过广域网102与基于DCS结构的视频监控子系统相连接。
如图3所示，本发明的基于DCS的环境子系统分别由与工业交换机单元301相连接的视频服务单元302、主控单元304、可视对讲单元305、与主控单元304相连接的CAN现场总线307、与CAN现场总线307相连接的数据测控单元308，以及与数据测控单元308相连接的温度传感器310、湿度传感器311、SF6传感器312、明火传感器313、烟雾传感器314、红外入侵传感器315、水浸传感器316、门磁传感器317、窗磁传感器318组成。工业交换机单元301通过广域网102与基于DCS结构的视频监控子系统相连接。
具体实施时：
基于DCS结构的视频监控子系统中的通信服务器202、数据库服务器203、GIS服务器204、WEB服务器205能根据系统所接入的生产线所在区域或车间数量和规模构建在一台和多台物理服务器上。
每当接入一个基于DCS的环境子系统时，通信服务器202创建并启动一个对应基于DCS的环境子系统的通信服务，该通信服务按照定时巡回方式从对应基于DCS的环境子系统采集实时数据，并与数据库服务器203进行通信，将采集到的数据保存到数据库服务器203的实时数据库中。当通信服务器202接收到监控中心发出的控制命令或设置的定值、限值数据时，对应的通信服务随即将命令或数据发送到对应基于DCS的环境子系统，由基于DCS的环境子系统作出响应。当通信服务接收到对应基于DCS的环境子系统主动上报的数据或状态(报警事件)时，该通信服务除将收到的数据或状态保存到数据库服务器203的实时数据库外，还通知监控中心即刻作出响应和处理。
数据库服务器203作为整个系统的数据存储中心，响应监控中心的数据请求，存储来自通信服务器202采集到的各生产线所在区域或车间实时数据、历史数据，同时用于存储整个系统的管理数据和过程数据。
GIS服务器204保存有各生产线所在区域或车间所在地域的地理信息数据，提供地图无级缩放和漫游，当系统所属生产线所在区域或车间出现报警事件时，监控中心能够根据GIS服务器204提供的地理信息数据绘制出报警生产线所在区域或车间所在区域的放大地图，并在生产线所在区域或车间所在地图位置上显示出报警图标，不同级别的报警事件用不同颜色图标进行标识，方便工作人员迅速判别出报警生产线所在区域或车间地理位置和报警等级，同时根据地图提供的导航路径前往报警生产线所在区域或车间处理报警事件。
WEB服务器205通过广域网102和数据库服务器203以WEB方式提供异地监控和移动监控服务，使系统除在监控中心具有监控能力外，还能通过Intranet或Internet对各生产线所在区域或车间进行远程监控或移动监控。对于移动监控，采用智能手机或移动终端201通过无线方式连接，接入到基于DCS结构的视频监控子系统，对各生产线所在区域或车间的监测数据进行查询和实时视频图像监控，实现移动监控和移动办公。
北斗时间同步服务器208为整个系统提供同步时间，保证监控中心的计算机设备和各基于DCS的环境子系统及其带有时间特性的智能装置能够按照统一的基准时钟进行数据采集、处理、事件记录和执行同步操作，能够保证系统整体时间同步性，也能够保证在进行事故回溯时具有准确的时间依据。同时，由于北斗卫星授时系统是中国自已的授时系统，具有更高的安全性能。
视频服务器206通过广域网102和生产线所在区域或车间现场的工业交换机301及视频监控单元302，获取各生产线所在区域或车间现场的视频图像，能够实现在监控中心的监控工作站211上进行多画面实时视频图像显示或历史视频图像回放。并能作为各生产线所在区域或车间视频监控单元302的视频录像备份存储，当某一基于DCS的环境子系统的视频监控单元302失效时，还能从视频服务器206获得历史录像视频数据。
监控工作站211和管理工作站212作为整个系统的监控终端和管理终端，根据生产线所在区域或车间接入系统的规模，由一台或多台PC构成，用于整个系统的监控和管理，完成如下工作：a.采集各生产线所在区域或车间环境与生产线实时数据和状态，并以可视化图形方式进行显示，当监测到报警状态时，能够以语音和文字方式进行播报和显示，并在GIS地图上定位到报警生产线所在区域或车间所在位置，按报警紧急程度进行区别图示。b.设定和管理各生产线所在区域或车间相关智能传感器、测量表计、综保装置的整定值和限值，并将整定值和限值下传到相应装置中。c.对各生产线所在区域或车间实时视频图像进行多画面显示，回放各生产线所在区域或车间历史视频图像，并能对各生产线所在区域或车间的摄像头进行方向、焦距控制。e.进行实时数据管理、历史数据管理、权限管理、操作票管理、智能门禁卡管理、报警短信手机管理、告警短信内容管理和报表管理。
基于DCS的环境子系统的主控单元304是现场子系统的控制核心，指挥和协同视频服务单元302、数据测控单元308的工作，由嵌入式处理器、以太网接口电路、CAN接口电路和触摸式LCD显示屏构成，基于嵌入式操作系统和嵌入式数据库，运行嵌入式生产线所在区域或车间现场综合监控固件，完成如下工作：a.以定时轮询方式，通过CAN现场总线307从数据测控单元308分别采集生产线所在区域或车间环境相关传感器的参数和状态、生产线监测表计及综保装置的电参量数据和状态，在触摸式LCD显示屏以图形化方式进行显示和实时曲线绘制，同时将这些数据和状态保存到嵌入式数据库中，用于历史数据查询和历史曲线绘制。b.当与数据测控单元308相连接的各类传感器相连接的各类检测表计和综保装置出现报警事件时，嵌入式生产线所在区域或车间现场综合监控固件能够及时接收到由数据测控单元308主动上报的报警事件信息，在存入嵌入式数据库的同时立即向监控中心上报。c.通过触摸式LCD显示屏显示的图形化操作界面，工作人员能够采用触摸方式切换实时数据和状态显示控制界面、实时曲线显示界面、历史数据查询界面、历史数据显示界面等人机交互界面，控制排风扇、智能门禁门锁的开关状态以及高低压生产线的各种断路器和开关的分合状态。
多路摄像头303通过视频线和控制线分别连接到视频服务单元302和主控单元304。接入到主控单元304的多路视频图像，能够在主控单元302的LCD显示屏上进行显示。接入到视频服务单元302的图像经压缩处理后，一方面进行本地录像存储，另一方面通过工业交换机单元301和广域网102发送到监控中心，提供监控中心进行录像和实时视频监视。
基于DCS的环境子系统的可视对讲单元305通过工业交换机单元301和和广域网102，连接基于DCS结构的视频监控子系统的可视对讲终端210，实现监控中心与生产线所在区域或车间现场之间的可视对讲，此外，在监控中心，还能够通过可视对讲终端210和生产线所在区域或车间子系统的可视对讲单元305，实现对生产线所在区域或车间现场的音频监听。
基于DCS的环境子系统的数据测控单元308由嵌入式处理器、模拟量输入电路、A/D转换电路、开关量输入输出电路和CAN接口电路构成，在主控单元304的控制下，分别完成温度传感器310、湿度传感器311、SF6传感器312的模拟量数据采集和明火传感器313、烟雾传感器314、红外入侵传感器315、水浸传感器316、门磁传感器317、窗磁传感器318的开关量数据采集，同时完成对排风扇319、和智能门禁320的开关量输出控制。
以上对本发明所提供的一种生产线设备的监控方法及一种生产线设备的监控系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种基于DCS结构的工况监控系统，包括基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统，所述基于DCS结构的视频监控子系统用于进行视频监控，所述基于DCS结构的流水线子系统用于监测生产线的仪器参数和机器状态，所述基于DCS的环境子系统用于监测车间、厂房和室外管道的环境参数，其特征在于，所述基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统的报警状态受报警优先级的限制，所述基于DCS结构的视频监控子系统的监控报警优先级低于所述基于DCS结构的流水线子系统和所述基于DCS结构的视频监控子系统，并且所述基于DCS结构的视频监控子系统和基于DCS结构的流水线子系统以及基于DCS的环境子系统的各自报警阈值随着连续工作时间而相应地被在一定程度上增大。
2.根据权利要求1所述的基于DCS结构的工况监控系统，其特征在于，所述基于DCS结构的视频监控子系统包括：与局域网相连接的通信服务器，数据库服务器，GIS服务器，WEB服务器，视频服务器，短信服务器，北斗时间同步服务器，可视对讲终端，监控工作站，管理工作站；通过广域网相连接的、能够以移动方式接入基于DCS的环境子系统、随时随地查看各生产线所在区域或车间环境和生产线的实时运行状况和历史运行状况、并监视各生产线所在区域或车间现场实时视频图像的智能手机或移动终端。
3.权利要求1所述的基于DCS结构的工况监控系统，其特征在于所述基于DCS结构的流水线子系统包括：生产线电流传感器、生产线电压负荷传感器、生产线轴承转速传感器、生产线皮带温度传感器，以及质量检查设备的工作状态传感器，所述生产线电流传感器用于监测传输给流水线的输入电流，所述生产线电压负荷传感器用于监测流水线的输入电压，所述生产线轴承转速传感器用于监测生产线轴承的转速，所述生产线皮带温度传感器用于监测生产线的皮带温度，所述质量检查设备的工作状态传感器用于与生产线相关的质量检查设备进行适配并传输其工作参数。
4.权利要求1所述的基于DCS结构的工况监控系统，其特征在于基于DCS的环境子系统包括：分布在监测车间、厂房和室外管道的顶部、底部、墙壁、窗口、管道外壁上的温度传感器，湿度传感器，SF6传感器，明火传感器，烟雾传感器，红外入侵传感器，水浸传感器，门磁传感器，窗磁传感器。
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