CN109586992A - 一种基于NB-IoT的设备运行状态监测系统和方法 - Google Patents

一种基于NB-IoT的设备运行状态监测系统和方法 Download PDF

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Abstract

基于NB‑IoT的设备运行状态监测系统，包括现场采集单元、NB‑IoT传输单元、数据存储中心以及远程监测单元；现场采集单元包括SCADA平台，其与被监测设备的数据采集模块耦合，或者与被监测设备的仪表议耦合以采集监测数据；NB‑IoT传输单元包括数据接收模块、数据加密模块以及数据转发模块；数据接收模块与SCADA平台耦合以接收监测数据；数据加密模块与数据接收模块耦合并对监测文件加密；数据转发模块与数据加密模块耦合并通过NB‑IoT与数据存储中心耦合；远程监测单元包括数据抓取模块、监测模块和浏览端，数据抓取模块耦合到数据存储中心并与监测模块耦合，监测模块在与其相耦合的浏览端上显示所采集的监测数据。

Description

一种基于NB-IoT的设备运行状态监测系统和方法
技术领域
本发明涉及设备监测领域，尤其涉及一种基于NB-IoT的设备运行状态监测系统和方法。
背景技术
为了降低工业产品的平均制造成本，生产商往往采用大规模批量生产的方式。例如针对工业产品的各项零部件，基于原材料的运输成本、需要支付给工人的薪金以及最终产品的组装成本，生产商看你在地理上相互隔离的多个生产车间分别布置工业产品的不同生产步骤流水线，以最小化工业产品的平均制造成本。由于各个生产环节中设备都有必要进行实时监控以保证最终产品的质量，并及时确定哪个生产环节出现了异常情况。
在对产品生产过程中所涉及设备运行状态进行监控时，质量监控部门为了定位具体那一台设备出现异常，需要依靠GPS这一手段实现。具体地，例如公告号为CN101497342B的发明专利提出了一种自轮运转特种设备运行监管系统的控制方法。该方法运用无线通信网络和监控装置的GPS定位实现系统智能综合监管以及对每台自轮运转特种设备的运行位置和状态的监管，并能显示运行监管态势，快速调用原始记录数据和分析，以实时定位出现异常的设备。
然而，这种手段费用非常高，企业很难接受。事实上，由于为了能够定位每台设备的位置，GPS需要安装到每台设备上；因此，整个监测系统的初期投入成本将相当高。同时，由于GPS这种手段的数据传输量比较大，相对于设备运行状态监测所需要传输的数据量来说是一种资源的浪费。
发明内容
本申请的目的是解决现有技术的不足，提供一种基于NB-IoT(窄带物联网，NarrowBand Internet of Things)的设备运行状态监测系统和方法，能够获得降低设备运行状态监测系统建设投资成本的效果。
为了实现上述目的，本申请采用以下的技术方案。
首先，本申请提出一种基于NB-IoT的设备运行状态监测系统。该设备运行状态监测系统包括：现场采集单元、NB-IoT传输单元、数据存储中心以及远程监测单元。该现场采集单元包括SCADA(数据采集与监视控制，Supervisory Control And Data Acquisition)平台。该SCADA平台分别与安装到一个或多个被监测设备的数据采集模块耦合，或者该SCADA平台分别与被监测设备的仪表采用标准通信协议耦合，以采集相应的一个或多个被监测设备的监测数据。其中，该监测数据至少包括被监测设备的唯一识别码。该NB-IoT传输单元包括数据接收模块、数据加密模块以及数据转发模块。其中，该数据接收模块与一个或多个SCADA平台耦合以接收各个被监测设备的监测数据、并根据检索数据中的唯一识别码登记相应的被监测设备的监测数据以形成监测文件。该数据加密模块与数据接收模块相耦合并接收来自数据接收模块的检测文件，并对监测文件加密以形成加密文件。该数据转发模块与数据加密模块相耦合并通过NB-IoT与数据存储中心耦合，以传送加密文件到数据存储中心。该远程监测单元包括数据抓取模块、监测模块和浏览端，其中该数据抓取模块耦合到该数据存储中心以抓取并解密实时的加密文件以传送到与该数据抓取模块相耦合的监测模块，该监测模块按照预设的组态及阈值设置，在与其相耦合的浏览端上显示所采集的监测数据。
进一步地，在本申请的上述系统中，当该SCADA平台分别与安装到一个或多个被监测设备的数据采集模块耦合时，该数据采集模块通过PLC耦合到被监测设备并通过标准通信协议采集监测数据。
再进一步地，在本申请的上述系统中，该标准通信协议是TCP/IP传输协议和/或Modbus通信协议。
进一步地，在本申请的上述系统中，该监测模块还包括有针对不同被监测设备的监测功能扩展接口。
可替代地，在本申请的上述系统中，该监测模块还包括有用于存储异常信息文件的本地存储器。
进一步地，在本申请的上述系统中，该NB-IoT传输单元使用License频段接收来自一个或多个SCADA平台的监测数据和传送加密文件到数据存储中心。
再进一步地，在本申请的上述系统中，该NB-IoT传输单元采用带内、保护带或独立载波三种方式部署。
进一步地，在本申请的上述系统中，该浏览端包括个人计算机和智能移动设备。
其次，本申请还公开了一种基于上述任一设备运行状态监测系统的基于NB-IoT的设备运行状态监测方法。该方法包括以下步骤：
S100)通过SCADA平台采集被监测设备的监测数据，并基于监测数据中的唯一识别码确定监测数据所对应被监测设备的设备位置和/或设备编号；
S200)添加被监测设备的位置和/或编号到监测数据以形成监测文件；
S300)由NB-IoT传输单元加密监测文件以形成加密文件并发送到数据存储中心；
S400)由远程监测单元从数据存储中心抓取加密文件并解密，以显示到浏览端。
最后，本申请还公开了一种基于NB-IoT的设备运行状态监测系统。该设备运行状态监测系统包括：现场采集单元、NB-IoT传输单元、数据存储中心以及远程监测单元。该现场采集单元包括SCADA平台。该SCADA平台分别与安装到一个或多个被监测设备的数据采集模块耦合，或者该SCADA平台分别与被监测设备的仪表采用标准通信协议耦合，以采集相应的一个或多个被监测设备的监测数据。其中，该监测数据至少包括被监测设备的唯一识别码。该NB-IoT传输单元包括数据接收模块、数据加密模块以及数据转发模块。其中，该数据接收模块与一个或多个SCADA平台耦合以接收各个被监测设备的监测数据、并根据检索数据中的唯一识别码登记相应的被监测设备的监测数据以形成监测文件。该数据加密模块与数据接收模块相耦合并接收来自数据接收模块的检测文件，并对监测文件加密以形成加密文件。该数据转发模块与数据加密模块相耦合并通过NB-IoT与数据存储中心耦合，以传送加密文件到数据存储中心。该远程监测单元包括数据抓取模块、监测模块和浏览端，其中该数据抓取模块耦合到该数据存储中心以抓取并解密实时的加密文件以传送到与该数据抓取模块相耦合的监测模块，该监测模块按照预设的组态及阈值设置，在与其相耦合的浏览端上显示所采集的监测数据。该基于NB-IoT的设备运行状态监测系统还包括控制器，该控制器用于控制该基于NB-IoT的设备运行状态监测系统执行上述基于NB-IoT的设备运行状态监测方法。
本申请的有益效果为：通过利用NB-IoT设备的成本低廉和覆盖范围广泛特点，降低了建设设备运行状态监测系统的投资成本。
附图说明
图1所示为本申请所公开的基于NB-IoT的设备运行状态监测系统的整体架构示意图；
图2所示为NB-IoT传输单元的数据传输示意图；
图3所示为图1中的现场采集单元的一个实施例的局部架构示意图；
图4所示为图1中的现场采集单元的另一个实施例的局部架构示意图；
图5所示为本申请所公开的基于NB-IoT的设备运行状态监测方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本申请的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本申请中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本申请各组成部分的相互位置关系来说的。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
应当理解，尽管在本申请中可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”。
参照图1所示的整体架构图，在该附图所示的实施例中，基于NB-IoT的设备运行状态监测系统可以包括现场采集单元、NB-IoT传输单元、数据存储中心以及远程监测单元。该现场采集单元包括SCADA平台。该SCADA平台分别与安装到一个或多个被监测设备的数据采集模块耦合，或者该SCADA平台分别与被监测设备的仪表采用标准通信协议耦合，以采集相应的一个或多个被监测设备的监测数据。其中，该监测数据至少包括被监测设备的唯一识别码。参照图2所示的NB-IoT传输单元的数据传输示意图，该NB-IoT传输单元包括数据接收模块、数据加密模块以及数据转发模块。其中，该数据接收模块与一个或多个SCADA平台耦合以接收各个被监测设备的监测数据、并根据检索数据中的唯一识别码登记相应的被监测设备的监测数据以形成监测文件。该数据加密模块与数据接收模块相耦合并接收来自数据接收模块的检测文件，并对监测文件加密以形成加密文件。该数据转发模块与数据加密模块相耦合并通过NB-IoT与数据存储中心耦合，以传送加密文件到数据存储中心。再次返回到图1所示的整体架构图，该远程监测单元包括数据抓取模块、监测模块和浏览端，其中该数据抓取模块耦合到该数据存储中心以抓取并解密实时的加密文件以传送到与该数据抓取模块相耦合的监测模块，该监测模块按照预设的组态及阈值设置，在与其相耦合的浏览端上显示所采集的监测数据。
此外，本领域技术人员应理解到，附图中的显示元件的数量和形状仅作为示例性的参考，不作为对本发明的限制。事实上，在本申请的一个或多个实施例中，附图中所显示的被监测设备可以布置在多个地理上相互隔离的生产车间，并在每个生产车间内布置一个SCADA平台以采集该生产车间内所有被监测设备的监测数据。由于NB-IoT具有广阔的覆盖能力，能够满足生产车间的室内覆盖要求。具体地，一方面，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力，从而满足被监测设备的定位需要；另一方面，NB-IoT的一个扇区能够支持10万个连接，能够满足在正常情况下的连接需求。由于目前单个NB-IoT连接模块的市场价格不超过30元，因此上述系统布置方式能够显著降低设备运行状态监测系统的整体建设成本。同时，由于NB-IoT终端模块功耗较低，可以预期其待机时间能够长达10年，从而能够降低后期的系统维护成本。
参照图3所示的现场采集单的局部架构示意图，在本申请的一个或多个实施例中，对于某些被监测设备，其仪表直接提供了基于诸如TCP/IP传输协议或Modbus通信协议等标准通信协议的连接方式。此时，本领域技术人员可以根据实际情况，直接利用仪表所提供的通信协议(可能需要配合使用扩展卡)采集被监测设备的监测数据。
可替代地，参照图4所示的另一现场采集单的局部架构示意图，在本申请的一个或多个实施例中，当该SCADA平台分别与安装到一个或多个被监测设备的数据采集模块耦合时，该数据采集模块可以通过PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)耦合到被监测设备并通过标准通信协议采集监测数据。本领域技术人员可以根据待接入的被检测设备，针对性地设置PLC而为接入被检测设备的生产商所提供的数据采集仪表接口做好准备。类似地，数据采集模块和被监测设备之间的通信也可以采用TCP/IP传输协议和/或Modbus通信协议交流数据。
为了能够根据当前实际所生产的工业产品或生产工艺的调整，在本申请的一个或多个实施例中，该监测模块还包括有针对不同被监测设备的监测功能扩展接口。本领域技术人员可以根据实际生产需要调整被监测项目的类型，例如包括但是不限于设备温湿度环境监测、气体浓度监测和红外热成像双视监测等。相应地，现场采集单元和NB-IoT传输单元也需要相应地调整需要采集的监测数据和生产的加密文件。
在本申请的一个或多个实施例中，该监测模块还可以包括有用于存储异常信息文件的本地存储器。具体地，本领域技术人员可以将采集上来的监测数据按照预设组态及变量动作显示到浏览端。同时，监测模块还可以按照预设规则进行简单的报警判定及可以生成报警信息表格和趋势图。上述报警信息表格和趋势图可被存储到本地存储器中。
进一步地，为了与现有网络共存，在本申请的一个或多个实施例中，该NB-IoT传输单元使用License频段接收来自一个或多个SCADA平台的监测数据和传送加密文件到数据存储中心。此时，该NB-IoT传输单元可以具体地采用带内、保护带或独立载波三种方式部署，从而避免对现有网络的影响。
在本申请的一个或多个实施例中，该浏览端包括但是不限于个人计算机和智能移动设备，以方便地以多种方式查询被监测设备的当前运行状况。
参照图5所示的方法流程图，本申请还公开了一种基于NB-IoT的设备运行状态监测方法，用于前述任一设备运行状态监测系统。该设备运行状态监测方法包括如下步骤：
S100)通过SCADA平台采集被监测设备的监测数据，并基于监测数据中的唯一识别码确定监测数据所对应被监测设备的设备位置和/或设备编号；
S200)添加被监测设备的位置和/或编号到监测数据以形成监测文件；
S300)由NB-IoT传输单元加密监测文件以形成加密文件并发送到数据存储中心；
S400)由远程监测单元从数据存储中心抓取加密文件并解密，以显示到浏览端。
为自动实现上述方法步骤，上述任一基于NB-IoT的设备运行状态监测系统还可以与控制器相耦接，并由该控制其执行上述方法步骤。
尽管本申请的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本申请的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本申请进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本申请的非实质性改动仍可代表本申请的等效改动。

Claims (10)

1.一种基于NB-IoT的设备运行状态监测系统，其特征在于，该设备运行状态监测系统包括现场采集单元、NB-IoT传输单元、数据存储中心以及远程监测单元；
所述现场采集单元包括SCADA平台，所述SCADA平台分别与安装到一个或多个被监测设备的数据采集模块耦合，或者所述SCADA平台分别与被监测设备的仪表采用标准通信协议耦合，以采集相应的一个或多个被监测设备的监测数据，其中所述监测数据至少包括被监测设备的唯一识别码；
所述NB-IoT传输单元包括数据接收模块、数据加密模块以及数据转发模块；其中，所述数据接收模块与一个或多个SCADA平台耦合以接收各个被监测设备的监测数据、并根据检索数据中的唯一识别码登记相应的被监测设备的监测数据以形成监测文件；所述数据加密模块与数据接收模块相耦合并接收来自数据接收模块的检测文件，并对监测文件加密以形成加密文件；所述数据转发模块与数据加密模块相耦合并通过NB-IoT与数据存储中心耦合，以传送加密文件到数据存储中心；
所述远程监测单元包括数据抓取模块、监测模块和浏览端，其中所述数据抓取模块耦合到所述数据存储中心以抓取并解密实时的加密文件以传送到与所述数据抓取模块相耦合的监测模块，所述监测模块按照预设的组态及阈值设置，在与其相耦合的浏览端上显示所采集的监测数据。
2.根据权利要求1所述的设备运行状态监测系统，其特征在于，当所述SCADA平台分别与安装到一个或多个被监测设备的数据采集模块耦合时，所述数据采集模块通过PLC耦合到被监测设备并通过标准通信协议采集监测数据。
3.根据权利要求1或2所述的设备运行状态监测系统，其特征在于，所述标准通信协议是TCP/IP传输协议和/或Modbus通信协议。
4.根据权利要求3所述的设备运行状态监测系统，其特征在于，所述监测模块还包括有针对不同被监测设备的监测功能扩展接口。
5.根据权利要求3所述的设备运行状态监测系统，其特征在于，所述监测模块还包括有用于存储异常信息文件的本地存储器。
6.根据权利要求3所述的设备运行状态监测系统，其特征在于，所述NB-IoT传输单元使用License频段接收来自一个或多个SCADA平台的监测数据和传送加密文件到数据存储中心。
7.根据权利要求6所述的设备运行状态监测系统，其特征在于，所述NB-IoT传输单元采用带内、保护带或独立载波三种方式部署。
8.根据权利要求3所述的设备运行状态监测系统，其特征在于，所述浏览端包括个人计算机和智能移动设备。
9.一种基于NB-IoT的设备运行状态监测方法，用于如权利要求1至8任一所述设备运行状态监测系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100)通过SCADA平台采集被监测设备的监测数据，并基于监测数据中的唯一识别码确定监测数据所对应被监测设备的设备位置和/或设备编号；
S200)添加被监测设备的位置和/或编号到监测数据以形成监测文件；
S300)由NB-IoT传输单元加密监测文件以形成加密文件并发送到数据存储中心；
S400)由远程监测单元从数据存储中心抓取加密文件并解密，以显示到浏览端。
10.一种基于NB-IoT的设备运行状态监测系统，其特征在于，该设备运行状态监测系统包括现场采集单元、NB-IoT传输单元、数据存储中心以及远程监测单元；
所述现场采集单元包括SCADA平台，所述SCADA平台分别与安装到一个或多个被监测设备的数据采集模块耦合，或者所述SCADA平台分别与被监测设备的仪表采用标准通信协议耦合，以采集相应的一个或多个被监测设备的监测数据，其中所述监测数据至少包括被监测设备的唯一识别码；
所述NB-IoT传输单元包括数据接收模块、数据加密模块以及数据转发模块；其中，所述数据接收模块与一个或多个SCADA平台耦合以接收各个被监测设备的监测数据、并根据检索数据中的唯一识别码登记相应的被监测设备的监测数据以形成监测文件；所述数据加密模块与数据接收模块相耦合并接收来自数据接收模块的检测文件，并对监测文件加密以形成加密文件；所述数据转发模块与数据加密模块相耦合并通过NB-IoT与数据存储中心耦合，以传送加密文件到数据存储中心；
所述远程监测单元包括数据抓取模块、监测模块和浏览端，其中所述数据抓取模块耦合到所述数据存储中心以抓取并解密实时的加密文件以传送到与所述数据抓取模块相耦合的监测模块，所述监测模块按照预设的组态及阈值设置，在与其相耦合的浏览端上显示所采集的监测数据；
其中所述设备运行状态监测系统还包括控制器，所述控制器用于执行如权利要求9所述的方法。
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