CN107179739A - 一种温室设备故障检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温室设备故障检测系统及方法，包括控制系统，环控设备，检测系统，报警器，设备实时状态显示器，现场监控设备，现场服务器，远程控制设备，反馈控制系统和安全保护装置，所述的检测系统与控制系统、环控设备相连，有利于对控制系统及相关设备进行实时检测，判断控制温室环控设备的运行情况。本发明检测系统，现场服务器和远程控制设备的设置，根据温室设定的环境条件，结合实际环境数据和设备实时状态，调控温室内各环控设备，使整个温室内环境达到最佳状态，满足作物生长需求，提高温室设施智能化控制水平，便于市场推广和应用。

Description

一种温室设备故障检测系统及方法

技术领域

本发明属于农业设施技术领域，尤其涉及一种温室设备故障检测系统及方法。

背景技术

近年来，我国设施园艺产业发展迅速，温室种植取得了一定的成效，利用温室环境调控系统可以根据需要自动调节温室内的温度、湿度、光照等环境参数，满足不同气候条件下的温室作物生长需求，提高温室种植产量和劳动效率。但是现有的温室环境调控系统都是直接通过现场环境数据的判断来控制温室环控设备的运行，对于现场温室环控设备实时状态和安全可靠性无法判断，进而可能导致温室环境调控失效，温室安全生产无法保证。为了解决该问题，现有技术是在温室环境调控系统中增加现场设备监测模块，利用监测模块来监视设备工作状态，这样虽然可以保证环境调控和设备状态实时同步，但是只能限于本地监控，远程实时调控缺少现场设备故障分析和安全防护系统。

因此，发明一种温室设备故障检测系统及方法显得非常必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种温室设备故障检测系统及方法，以解决现有温室设备故障检测系统及方法存在着对现场温室环控设备实时状态和安全可靠性无法判断，进而可能导致温室环境调控失效，温室安全生产无法保证，缺少现场设备故障分析和安全防护系统的问题。一种温室设备故障检测方法，包括：首先利用检测系统检测温室内所用环控设备的运行状态，同时将检测到的数据通过通讯模块传送到控制系统后台管理中心；然后控制系统对检测系统输出信号进行处理，并根据反馈系统反馈的信息对现场设备运行状态进行实时调控，具体是通过控制系统内故障分析系统，将设备现场检测数据与标准数据进行对比，判断现场设备运行状态，当检测数据在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示正常，当检测数据不在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示异常，控制系统发出报警，设备停止运行，并根据读取的检测数据进行初步故障分析；最后利用远程控制系统，将设备检测数据及分析结果通过现场服务器输送到远程客户端，通过对接收到的设备数据的分析判断，结合温室环境参数，进行相应的控制操作。

所述的检测系统包括设于各类温室环控设备上的距离检测器、位置检测器、风力检测器、液位检测器、压力检测器、流量检测器等现场设备状态检测器；所述的控制系统采用可编程控制器PLC，对检测系统输出的信号进行处理，控制现场设备运行状态。

所述的故障分析系统通过设备现场检测数据与标准数据的对比，判断现场设备运行状态，当检测数据在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示正常，当检测数据不在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示异常，系统处理装置发出报警，设备停止运行，并根据读取的检测数据进行初步故障分析。

所述的远程控制系统将设备检测数据及分析结果通过现场服务器输送到远程客户端，通过对接收到的设备数据的分析判断，结合温室环境参数，进行相应的控制操作。

一种温室设备故障检测系统，包括控制系统，环控设备，检测系统，报警器，设备实时状态显示器，现场监控设备，现场服务器，远程控制设备，反馈控制系统和安全保护装置，所述的检测系统与控制系统、环控设备相连，有利于对控制系统及相关设备进行实时检测，判断控制温室环控设备的运行情况；所述的控制系统连接有报警器，且控制系统内部包括故障分析系统，通过检测信息进行反馈判断故障原因，并将故障信息通过报警器传递至监控平台；所述的设备实时状态显示器与控制系统相连，实时显示系统控制信息及相关设备的运行情况；所述的现场服务器与设备实时状态显示器、现场监控设备相连，及时掌握现场情况并进行信息处理；所述的远程控制设备与现场服务器相连，将设备检测数据及分析结果通过现场服务器输送到远程客户端，通过对接收到的设备数据的分析判断，结合温室环境参数，进行相应的控制操作；所述的安全保护装置与环控设备相连，利用红外光电传感器判断温室外围是否安全，所述的反馈控制系统连接于控制系统和环控设备之间，反馈系统主要是设备控制器，检测传感器检测数据发送到控制系统，控制系统做出分析判断，发出命令控制对应设备的控制器，做出相应的启动、停止命令。

所述的检测系统包括距离检测器，位置检测器，风力检测器，液位检测器，压力检测器，流量检测器和电机故障检测器，其中所述距离检测器采用激光测距传感器检测仪实时监测外遮阳网的收合距离，用于监控外遮阳网牵引型材距离；所述位置检测器安装于电机及传动轴，且电机及传动轴上装有旋转编码器，用于控制温室通风、遮阳、降温、保温等环控设备中的位置及状态；所述位置检测器为安装在侧卷膜结构通风窗驱动电机或卷膜轴上的超声波传感器，用于监控侧卷膜结构通风窗，检测卷膜通风窗的卷起高度；所述风力检测器安装在温室所用轴流风机与内循环风机上；所述液位检测器采用超声波传感器测量水池液位，安装于喷灌、滴灌、水帘循环水池上；所述压力检测器或者流量检测器安装在供水管道上，用于检测喷灌、滴灌、水帘循环供水管道中的压力与流量；所述电机故障检测器包括温度传感器、振动传感器和电机扭矩监控装置，其中温度传感器、振动传感器安装在电机表面，所述电机扭矩监控装置安装在设备控制柜内，主要通过变频器监测给定电机的扭矩信息，用于驱动通风、遮阳、降温、保温等环控设备的电机温度、振动、扭矩。

所述的控制系统采用可编程控制器PLC，其中包括CPU，输入模块，输出模块，通信模块，I/O扩展模块和编程设备，所述的控制系统通过线缆与环控设备连接，并通过通信模块与设备实时状态显示器连接；所述的设备状态显示器采用HMI触摸屏显示器；所述的通信模块连接有RS-485通信设备。

所述的环控设备包括通风窗，外遮阳装置，内遮阳装置，风机湿帘装置和喷滴灌设备，所述的环控设备与输出模块相连。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

可以监测温室环控设备实时状态，在环控设备发生故障初期发出相应的预警信号，做到事前防范，将设备故障引起的环境调控失效、作物减产以及设施安全事故降低到最低程度。该温室设备故障检测系统及方法与温室环控系统可兼容，温室环控系统可以接收、读取、存储温室设备故障检测系统及方法输出的检测数据。根据温室设定的环境条件，结合实际环境数据和设备实时状态，调控温室内各环控设备，使整个温室内环境达到最佳状态，满足作物生长需求，提高温室设施智能化控制水平。

附图说明

图1是为本系统设备连接示意图。

图2是本发明设备故障检测系统的实现方案结构示意图。

图3为本系统在实施例中检测器的布置图。

图中：

1-控制系统，101-CPU，102-输入模块，103-输出模块，104-通信模块，105-I/O扩展模块，106-编程设备，2-环控设备，21-通风窗，22-外遮阳装置，23-内遮阳装置，24-风机湿帘装置，25-喷滴灌设备，3-检测系统，31-距离检测器，32-位置检测器，33-风力检测器，34-液位检测器，35-压力检测器，36-流量检测器，37-电机故障检测器，5-报警器，6-设备实时状态显示器，7-现场监控设备，8-现场服务器，9-远程控制系统，10-反馈控制系统。

01-旋转编码器，02-电机状态监控装置，03-控制温室侧窗电机，04-流量状况监控装置，05-水帘循环供水管道，06-滴灌供水管道，07-天窗电机，08-水泵，09-液位监控装置，010-水池，011-喷灌供水管道，012-内遮阳电机，013-外遮阳电机，015-水帘循环供水管道，016-电机扭矩监控装置，017-外遮阳网牵引型材距离监控装置，018-设备室，019-风机，020-卷膜窗电机，021-超声测距传感器，022-轴流风机与内循环风机监控装置，023-安全保护装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1至附图3所示

本发明提供一种温室设备故障检测系统，包括控制系统1，环控设备2，检测系统3，报警器5，设备实时状态显示器6，现场监控设备7，现场服务器8，远程控制设备9，反馈控制系统10和安全保护装置023，所述的检测系统3与控制系统1、环控设备2相连，有利于对控制系统及相关设备进行实时检测，判断控制温室环控设备的运行情况；所述的控制系统1连接有报警器5，且控制系统1内部包括故障分析系统，通过检测信息进行反馈判断故障原因，并将故障信息通过报警器5传递至监控平台；所述的设备实时状态显示器6与控制系统1相连，实时显示系统控制信息及相关设备的运行情况；所述的现场服务器8与设备实时状态显示器6、现场监控设备7相连，及时掌握现场情况并进行信息处理；所述的远程控制设备9与现场服务器8相连，将设备检测数据及分析结果通过现场服务器8输送到远程客户端，通过对接收到的设备数据的分析判断，结合温室环境参数，进行相应的控制操作；所述的安全保护装置023与环控设备2相连，利用红外光电传感器判断温室外围是否安全；所述的反馈控制系统10连接于控制系统1和环控设备2之间。

所述的检测系统3包括距离检测器31，位置检测器32，风力检测器33，液位检测器34，压力检测器35，流量检测器36和电机故障检测器37，其中所述距离检测器31采用激光测距传感器检测仪实时监测外遮阳网的收合距离，用于监控外遮阳网牵引型材距离；所述位置检测器32安装于电机及传动轴，且电机及传动轴上装有旋转编码器，用于控制温室通风、遮阳、降温、保温等环控设备中的位置及状态；所述位置检测器32为安装在侧卷膜结构通风窗驱动电机或卷膜轴上的超声波传感器，用于监控侧卷膜结构通风窗，检测卷膜通风窗的卷起高度；所述风力检测器33安装在温室所用轴流风机与内循环风机上；所述液位检测器34采用超声波传感器测量水池液位，安装于喷灌、滴灌、水帘循环水池上；所述压力检测器35或者流量检测器36安装在供水管道上，用于检测喷灌、滴灌、水帘循环供水管道中的压力与流量；所述电机故障检测器37包括温度传感器、振动传感器和电机扭矩监控装置，其中温度传感器、振动传感器安装在电机表面，所述电机扭矩监控装置安装在设备控制柜内，主要通过变频器监测给定电机的扭矩信息，用于驱动通风、遮阳、降温、保温等环控设备的电机温度、振动、扭矩。

所述的控制系统1采用可编程控制器PLC，其中包括CPU101，输入模块102，输出模块103，通信模块104，I/O扩展模块105和编程设备106，所述的控制系统1通过线缆与环控设备2连接，并通过通信模块104与设备实时状态显示器6连接；所述的设备状态显示器6采用HMI触摸屏显示器；所述的通信模块104连接有RS-485通信设备。

所述的环控设备2包括通风窗21，外遮阳装置22，内遮阳装置23，风机湿帘装置24和喷滴灌设备25，所述的环控设备2与输出模块103相连。

本发明一种温室设备故障检测系统，采用技术方案如图2所示：

首先利用检测系统3检测温室内所用环控设备2的运行状态，同时将检测到的数据通过通信模块104传送到控制系统1后台管理中心。

然后控制系统1对检测系统输出信号进行处理，并根据反馈系统反馈的信息对现场设备运行状态进行实时调控，具体是通过控制系统内部的故障分析系统，将设备现场检测数据与标准数据进行对比，判断现场设备运行状态，当检测数据在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示正常，当检测数据不在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示异常，报警器5发出报警，设备停止运行，并根据读取的检测数据进行初步故障分析。

然后利用远程控制系统9，将设备检测数据及分析结果通过现场服务器8输送到远程客户端，通过对接收到的设备数据的分析判断，结合温室环境参数，进行相应的控制操作。

以下结合实施例及附图3进行进一步解释说明，但并不对本发明造成任何限制。

实施例

所述温室设备故障检测系统及方法包括通风、遮阳、降温、保温等环控设备的位置监控装置，所述位置监控装置用于控制温室侧窗电机03、天窗电机07、内遮阳电机012、外遮阳电机013及其相对应的传动轴，所述侧窗电机3、天窗电机07、内遮阳电机012、外遮阳电机013上分别安装有旋转编码器01。采用上述温室设备故障检测系统及方法，利用旋转编码器01检测电机转速，发送测速信号到变频器，再利用PLC控制变频器调节电机运转，从而实现电机行程和位置的远程监控。电机行程和位置检测设备将实时数据发送到PLC后台管理中心的存储装置中，PLC存储装置将接收到的实时数据与电机标准值发送到后台管理中心的处理装置进行比较，当所控电机在标准值规定的正常行程范围内，显示为正常；当所控电机不在标准值规定的正常行程范围内，显示为异常，同时后台处理装置发出报警停机信号，并根据实际数据进行初步故障分析判断。

进一步的，所述位置监控装置还包括用于监控侧卷膜结构通风窗的检测器，在本实施例中，采用超声波传感器021检测卷膜通风窗的卷起高度，通过PLC实时监测卷膜的位置，并与后台处理器中存储的卷膜通风窗正常行程范围进行比较分析，进而完成设备故障检测。

所述温室设备故障检测系统及方法包括用于驱动通风、遮阳、降温、保温等环控设备的电机扭矩监控装置016，所述电机扭矩监控装置016安装在设备控制柜015内，主要通过变频器监测给定电机的扭矩信息，PLC通过通信模块获取给定电机扭矩信息的输出值。所述变频器监测装置016读取电压和电流值后，根据下式计算电机扭矩输出值T：

T＝9550UI/n

其中，U为所述给定电机的电压测得值，I为所述给定电机的电流的测得值，n为所述给定电机的转速的测得值。

进一步的，所述电机扭矩监控装置016用于监测温室环控设备电机及传动机构的故障，当所控设备在标准值规定的正常值范围内，显示为正常；当所控设备不在标准值规定的正常值范围内，显示为异常，同时后台处理装置发出报警停机信号，并根据实际数据进行初步故障分析判断：当扭矩偏大，可能是传动机构卡住或有异物卷入出现故障；当扭矩偏小，可能是传动机构负载减小(如传动钢丝绳断裂或齿轮齿条脱齿等)出现故障。

所述温室设备故障检测系统及方法包括用于驱动通风、遮阳、降温、保温等环控设备的电机状态监控装置02，在本实施例中，电机温度、振动等状态监控装置包括安装在温室侧窗电机03、天窗电机07、内遮阳电机012、外遮阳电机13表面的电机温度、振动检测传感器，用于实时监测电机的表面温度、振动状态，并通过通信模块传送到PLC上，后台处理装置根据读取回来的数据与标准值进行比较分析，当所控制设备在正常值范围内，显示为正常；当所控制设备不在正常值范围内，显示为异常，报警停机并根据实际数据进行初步故障分析判断。

所述温室设备故障检测系统及方法包括轴流风机与内循环风机监控装置022，在本实施例中，所述监控装置022安装在温室所用风机019上，当风机运行时，通过风力传感器检测，感应测量仪输出信号，PLC判断为风机运行正常；当风机运行时，通过风力传感器检测，感应测量仪无信号输出，PLC判断为风机运行异常，报警停机并根据实际数据进行初步故障分析判断。

所述温室设备故障检测系统及方法包括喷灌供水管道011、滴灌供水管道06、水帘循环供水管道05的压力、流量状况监控装置04，在本实施例中，所述监控装置04包括安装在温室相应设备供水管道上的压力、流量传感器，用于检测管道中的压力与流量，通过4-20mA的模拟量信号把管道的实时压力与流量依次传送给PLC，PLC后台处理装置通过与标准流量与压力进行对比分析：当所控制设备在正常流量或压力范围内，显示为正常；当所控制设备不在正常流量或压力范围内，显示为异常，报警停机并根据实际数据进行初步故障分析判断：当管道压力超出正常值，管道出现无流量时，判断可能是管路是否堵死而出现故障；当管道压力低于正常值，管道流量超出正常值时，判断可能是管道出现爆裂而出现故障。

所述温室设备故障检测系统及方法包括喷灌、滴灌水池010的液位监控装置09，采用传感器测量水池液位，通过4-20mA信号传送到PLC，进而实时监测并判断液位是否正常。当所控制设备在正常液位范围内，显示为正常；当所控制设备不在正常液位范围内，显示为异常，报警停机并根据实际数据进行初步故障分析判断：当液位低于正常值，液位检测仪通过通信模块将输出信号传送到PLC后台处理装置，后台处理装置发出报警信号，提醒工作人员水池缺水；当液位高于正常值，液位检测仪通过通信模块将输出信号传送到PLC后台处理装置，后台处理装置发出报警信号，提醒工作人员水池水位偏高。

所述温室设备故障检测系统及方法包括外遮阳网牵引型材距离监控装置017，利用传感器检测仪实时监测外遮阳网的收合距离，传感器通过4-20mA的模拟量信号传送给PLC，PLC接收到信号后将实时检测数据与电机实际控制距离进行比较分析。当所控制设备在正常距离范围内，显示为正常；当所控制设备不在正常距离范围内，显示为异常，报警停机并根据实际数据进行初步故障分析判断：在本实施例中，如果3个检测点距离不一致，且偏差超出正常值，初步判断可能是传动钢丝绳或齿轮齿条出现故障；如果3点距离一致，但与电机实际控制距离偏差超出正常值，初步判断可能是编码器或其它故障。

所述温室设备故障检测系统及方法包括通风、遮阳、降温、保温等温室环控设备的安全保护装置023，所述安全保护装置023利用红外光电传感器判断温室外围是否安全，根据红外对射原理，当有物体档住红外光后，传感器输出信号并传送到PLC上，PLC发出报警信号，并停止温室环控设备机构运行，以保护设备或相关物体不受损坏。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种温室设备故障检测方法，其特征在于：首先利用检测系统检测温室内所用环控设备的运行状态，同时将检测到的数据通过通讯模块传送到控制系统后台管理中心；然后控制系统对检测系统输出信号进行处理，并根据反馈系统反馈的信息对现场设备运行状态进行实时调控，具体是通过控制系统内故障分析系统，将设备现场检测数据与标准数据进行对比，判断现场设备运行状态，当检测数据在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示正常，当检测数据不在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示异常，控制系统发出报警，设备停止运行，并根据读取的检测数据进行初步故障分析；最后利用远程控制系统，将设备检测数据及分析结果通过现场服务器输送到远程客户端，通过对接收到的设备数据的分析判断，结合温室环境参数，进行相应的控制操作。

2.如权利要求1所述的温室设备故障检测方法，其特征在于：所述的检测系统包括设于各类温室环控设备上的距离检测器、位置检测器、风力检测器、液位检测器、压力检测器、流量检测器等现场设备状态检测器；所述的控制系统采用可编程控制器PLC，对检测系统输出的信号进行处理，控制现场设备运行状态。

3.如权利要求1所述的温室设备故障检测方法，其特征在于：所述的故障分析系统通过设备现场检测数据与标准数据的对比，判断现场设备运行状态，当检测数据在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示正常，当检测数据不在标准数据规定的正常范围内，设备运行状态显示异常，系统处理装置发出报警，设备停止运行，并根据读取的检测数据进行初步故障分析。

4.如权利要求1所述的温室设备故障检测方法，其特征在于：所述的远程控制系统将设备检测数据及分析结果通过现场服务器输送到远程客户端，通过对接收到的设备数据的分析判断，结合温室环境参数，进行相应的控制操作。

5.一种温室设备故障检测系统，其特征在于：包括控制系统(1)，环控设备(2)，检测系统(3)，报警器(5)，设备实时状态显示器(6)，现场监控设备(7)，现场服务器(8)，远程控制设备(9)，反馈控制系统(10)和安全保护装置(023)，所述的检测系统(3)与控制系统(1)、环控设备(2)相连；所述的控制系统(1)连接有报警器(5)，且控制系统(1)内部包括故障分析系统；所述的设备实时状态显示器(6)与控制系统(1)相连；所述的现场服务器(8)与设备实时状态显示器(6)、现场监控设备(7)相连；所述的远程控制设备(9)与现场服务器(8)相连；所述的安全保护装置(023)与环控设备(2)相连，所述的反馈控制系统(10)连接于控制系统(1)和环控设备(2)之间。

6.如权利要求5所述的温室设备故障检测系统，其特征在于：所述的检测系统(3)包括距离检测器(31)，位置检测器(32)，风力检测器(33)，液位检测器(34)，压力检测器(35)，流量检测器(36)和电机故障检测器(37)，其中所述距离检测器(31)采用激光测距传感器检测仪实时监测外遮阳网的收合距离；所述位置检测器(32)安装于电机及传动轴，且电机及传动轴上装有旋转编码器；所述位置检测器(32)为安装在侧卷膜结构通风窗驱动电机或卷膜轴上的超声波传感器；所述风力检测器(33)安装在温室所用轴流风机与内循环风机上；所述液位检测器(34)采用超声波传感器测量水池液位；所述压力检测器(35)或者流量检测器(36)安装在供水管道上；所述电机故障检测器(37)包括温度传感器、振动传感器和电机扭矩监控装置，其中温度传感器、振动传感器安装在电机表面，其中电机扭矩监控装置安装在设备控制柜内。

7.如权利要求5所述的温室设备故障检测系统，其特征在于：所述的控制系统(1)采用可编程控制器PLC，其中包括CPU(101)，输入模块(102)，输出模块(103)，通信模块(104)，I/O扩展模块(105)和编程设备(106)，所述的控制系统(1)通过线缆与环控设备(2)连接，并通过通信模块(104)与设备实时状态显示器(6)连接；所述的设备状态显示器(6)采用HMI触摸屏显示器；所述的通信模块(104)连接有RS-485通信设备。

8.如权利要求5所述的温室设备故障检测系统，其特征在于：所述的环控设备(2)包括通风窗(21)，外遮阳装置(22)，内遮阳装置(23)，风机湿帘装置(24)和喷滴灌设备(25)，所述的环控设备(2)与输出模块(103)相连。