CN109634283A - 一种智能式化工生产巡控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能式化工生产巡控系统。这种智能式化工生产巡控系统实现化工厂区巡检工作，支持气体采集及气体危险判断功能，支持制导功能及自动巡检功能，用于采集分布设置在各厂区内及分布在厂区各区域内的数据采集节点的数据信息，通过在后台处理中心与巡控设备实现双向连接，达到了方便监控人员对化工反应设备周围环境监控的目的，从而大大方便了化工生产人员的化工生产。
Description
技术领域
本发明涉及过滤装置的技术领域，特别涉及一种智能式化工生产巡控系统。
背景技术
以数字化和网络化为核心的智能化技术是当前制造业技术革命的主要趋势，其正在深刻改变工业行业各个领域的发展态势。化工工业迫切需要高效、安全、环保的进行生产管理，智能化技术对提升石油化工行业安全生产、降本增效、绿色发展等将起到重要作用，因此，推进数字化、网络化和工业化深度融合已成为提升传统化工企业竞争力的必然要求。但是，上述将物联网应用于化工生产过程中仅解决了化工生产过程中单个环节的多物理参量监测和智能控制，存在监测功能、监测数据类型单一、数据采集传输速度慢、智能化程度低、界面不直观等。
开发实时在线监测、实用型的石化厂区有毒气体监测系统对于推进我国石化厂生产自动化、智能化，安全化进程具有重要的意义，同时也具有很大的市场潜力。据调查，目前市场上迫切需要的是一种低成本、在线实时监控石化厂的气体温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳，风向风等环境石化厂区有毒气体监测设备。针对这一要求及我国石油化工企业生产遇到的气体泄漏问题，研究一种既符合我国石化厂生产条件，生产安全保障、技术上不低于国外同类产品的石化厂区有毒气体监测系统是非常必要的。
设备巡视是化工生产运行维护过程中一项很重要的工作。工业巡检机器人是一款集合了远程控制、移动监控、安防报警功能于一体的智能机器人。工业巡检机器人适用于工厂、车站、机场、体育场馆、无人值守的机房、仓库等地。但是，现有的巡检机器人，功能比较单一，不能满足特定行业(如化工生产环境)的应用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以将不同化工生产设备的实时监测信息进行分析、交互以及远程控制，形成相互反馈的智能式化工生产巡控系统。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种智能式化工生产巡控系统，包括后台处理中心，还包括巡控设备和路标，所述路标包括沿行进路线铺设于不同位置地面的、与地面颜色区别明显的纯色色带、二维码及减速码，所述巡控设备包括：
控制模块，用于接收其他模块发来的信息，并根据需要将收到的所述信息转给其他模块处理；
驱动模块，信号连接所述控制模块，包括由所述控制模块控制其移动的驱动马达；
导航系统包括图像采集模块，图像采集模块安装在设备中心位置，每间隔一定时间采集地面上色带、二维码或减速码的信息，设备直行时图像采集模块扫描颜色带的位置信息，在减速区扫描减速码的减速站点号信息，在转弯处扫描二维码的位置信息；
传感器模块，与所述系统后台处理中心实现双向信号连接，用于采集的化工厂区内的环境参数，分别感应温度信号、液位信号以及压力信号； 数据采集比较模块，与所述传感器模块连接，用于对温度信号、液位信号以及压力信号进行收集及比较设定值；
传输模块，接收所述数据采集比较模块和控制模块信息，并将所述信息发送至所述导航系统和台处理中心； 反馈模块，与所述控制模块信号连接，用于接收所述控制模块输出的控制指令，来进行相应的工作；
所述后台处理中心与传感器模块实现双向连接，且传感器模块与数据采集比较模块实现双向连接，所述数据采集比较模块的输出端与反馈模块的输入端连接，且反馈模块的输出端与系统后台处理中心的输入端连接。
上述的智能式化工生产巡控系统，所述巡控设备还包括：
数据存储模块，信号连接所述控制模块，用于储存各类指令程序和数据；
功能操作模块，信号连接所述控制模块，用于供用户日常操作。
上述的智能式化工生产巡控系统，所述巡控设备还包括移动模块，所述移动模块包括驱动马达及设置于所述巡控设备底部的第一驱动轮、第二驱动轮、两个万向轮和差速器；所述驱动马达通过所述差速器驱动所述第一驱动轮和所述第二驱动轮，当两轮同速转动时，所述巡控设备直行，当两轮不同速转动时，所述巡控设备转向；所述万向轮用于维持所述巡控设备的平衡。
上述的智能式化工生产巡控系统，所述传输模块采用ZigBee模块；所述后台处理中心包括监控主机和ZigBee协调器，各数据采集节点和监视系统分别通过所述ZigBee模块连接ZigBee协调器，ZigBee协调器连接监控主机。
上述的智能式化工生产巡控系统，所述信号处理模块对图像采集模块的扫描信息进行处理，即将图像信息转换为二进制数字信息，并通过RS485协议向控制模块发送处理后的数据，所述控制模块对数据进行解算后得到设备的姿态信息、减速命令信息或转弯位置信息，其中姿态信息包括左右偏移值和偏转角度，减速命令信息包括规定减速站点号信息，转弯位置信息包括前后、左右坐标值和偏转角度。
上述的智能式化工生产巡控系统，当巡控设备直行时图像采集模块把采集的图像信息传送给所述控制模块，所述控制模块把解算后得到的设备中心左右偏移值δ1和偏转角α1，与存储在所述控制模块中作为给定值的左右偏移值δ2和偏转角α2进行比较得出：δ＝δ1-δ2, α＝α1- α2，其中δ为左右偏差值，α为角度偏差值，进而对左右偏差值和角度偏差值分别进行PID控制；当巡控设备进行转弯或停止时，图像采集模块首先检测到减速码的减速站点号信息，所述控制模块通过减速站点号信息进行判断，如果此减速站点号信息为转弯或停止站点时，设备开始减速，直到图像采集模块检测到二维码的中心坐标原点位置时，设备停止或进行原地转弯。
上述的智能式化工生产巡控系统，所述色带为闭合环路，所述色带起点与色带终点使用同一色块进行标识。
上述的智能式化工生产巡控系统，所述传感器模块包括湿度传感器DHT11、温度传感器DS18B20、二氧化碳浓度测量传感器MG811、HL-FS2电压型模拟输出风速传感器、HL-FX2电压型模拟输出风向传感器、可燃气体传感器MQ-2以及光学粉尘传感器GP2Y1010AU0F。
综上所述，本发明具有以下有益效果：这种智能式化工生产巡控系统实现化工厂区巡检工作，支持气体采集及气体危险判断功能，支持制导功能及自动巡检功能，用于采集分布设置在各厂区内及分布在厂区各区域内的数据采集节点的数据信息，通过在后台处理中心与巡控设备实现双向连接，达到了方便监控人员对化工反应设备周围环境监控的目的，从而大大方便了化工生产人员的化工生产。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一种智能式化工生产巡控系统，包括后台处理中心、巡控设备和路标，所述路标包括沿行进路线铺设于不同位置地面的、与地面颜色区别明显的纯色色带、二维码及减速码，所述巡控设备包括：
控制模块，用于接收其他模块发来的信息，并根据需要将收到的所述信息转给其他模块处理；
驱动模块，信号连接所述控制模块，包括由所述控制模块控制其移动的驱动马达；
导航系统包括图像采集模块和信号处理模块，所述图像采集模块安装在设备中心位置，每间隔一定时间采集地面上色带、二维码或减速码的信息，设备直行时图像采集模块扫描色带的位置信息，在减速区扫描减速码的减速站点号信息，在转弯处扫描二维码的位置信息，所述信号处理模块对所述图像采集模块的扫描信息进行处理，即将图像信息转换为二进制数字信息；
传感器模块，与所述系统后台处理中心实现双向信号连接，用于采集的化工厂区内的环境参数，分别感应温度信号、液位信号以及压力信号； 数据采集比较模块，与所述传感器模块双向连接，用于对温度信号、液位信号以及压力信号进行收集及比较设定值；
传输模块，接收所述数据采集比较模块和控制模块信息，并将所述信息发送至所述导航系统和台处理中心； 反馈模块，与所述控制模块信号连接，用于接收所述控制模块输出的控制指令，来进行相应的工作；
所述数据采集比较模块的输出端与所述反馈模块的输入端连接，且所述反馈模块的输出端与所述后台处理中心的输入端连接。
进一步地，本发明一种智能式化工生产巡控系统的较佳的实施例中，所述巡控设备还包括：
数据存储模块，信号连接所述控制模块，用于储存各类指令程序和数据；
功能操作模块，信号连接所述控制模块，用于供用户日常操作。
进一步地，本发明一种智能式化工生产巡控系统的较佳的实施例中，所述巡控设备还包括移动模块，所述移动模块包括驱动马达及设置于所述巡控设备底部的第一驱动轮、第二驱动轮、两个万向轮和差速器；所述驱动马达通过所述差速器驱动所述第一驱动轮和所述第二驱动轮，当两轮同速转动时，所述巡控设备直行，当两轮不同速转动时，所述巡控设备转向；所述万向轮用于维持所述巡控设备的平衡。
进一步地，本发明一种智能式化工生产巡控系统的较佳的实施例中，所述传输模块采用ZigBee模块；所述后台处理中心包括监控主机和ZigBee协调器，各数据采集节点和监视系统分别通过所述ZigBee模块连接ZigBee协调器，ZigBee协调器连接监控主机。
进一步地，本发明一种智能式化工生产巡控系统的较佳的实施例中，所述信号处理模块通过RS485协议向所述控制模块发送处理后的数据，所述控制模块对数据进行解算后得到设备的姿态信息、减速命令信息或转弯位置信息，其中姿态信息包括左右偏移值和偏转角度，减速命令信息包括规定减速站点号信息，转弯位置信息包括前后、左右坐标值和偏转角度。
进一步地，本发明一种智能式化工生产巡控系统的较佳的实施例中，当所述巡控设备直行时图像采集模块把采集的图像信息传送给所述控制模块，所述控制模块把解算后得到的设备中心左右偏移值δ1和偏转角α1，与存储在所述控制模块中作为给定值的左右偏移值δ2和偏转角α2进行比较得出：δ＝δ1-δ2, α＝α1-α2，其中δ为左右偏差值，α为角度偏差值，进而对左右偏差值和角度偏差值分别进行PID控制；当巡控设备进行转弯或停止时，图像采集模块首先检测到减速码的减速站点号信息，所述控制模块通过减速站点号信息进行判断，如果此减速站点号信息为转弯或停止站点时，设备开始减速，直到图像采集模块检测到二维码的中心坐标原点位置时，设备停止或进行原地转弯。
优选的，所述控制模块通过以下方式对左右偏差值和角度偏差值分别进行PID控制：当-6mm<δ<6mm时，左右偏差不调节；当-42mm<δ<42mm时，进行左右PID控制输出不同的设备横向速度，控制δ在±5mm范围内；当δ>42mm或δ<-42mm时，设备超出轨道，停止运行，当α＝0°时，不进行设备角度调节，当α>0°或α<0°时，进行角度PID控制，输出相应的自转角速度ω，根据设备速度与每个轮子角速度的关系，计算出每个轮子调节的速度，进而调节角度偏差，当设备的δ和α都调节时，同时进行PID控制，设备进行复合运动调节。
实施例2，所述巡控设备还包括颜色检测模块，用于检测所述巡控设备正下方的颜色，并将检测到的颜色信息发送给所述控制模块用以矫正所述巡控设备的前进方向。
颜色检测模块设于巡控设备底部，包括垂直于巡控设备的前进方向等距并排设置于巡控设备底部四周的至少四个传感器，第一传感器和第四传感器关于巡控设备的中线对称，第二传感器和第三传感器关于巡控设备的中线对称，第一传感器与第四传感器之间的距离略小于色带的宽度，第一传感器至第四传感器用于识别其下方地面颜色的RGB值，并将此RGB值发送至控制模块，四个传感器所采集到地面的RGB值自左至右依次为第一至第四RGB值，控制模块根据接收到的RGB值矫正巡控设备的前进方向。
色带经过各展点旁侧，且在色带起点、色带终点和各展点旁的色带表面分别设置有一色块，色带与各色块均为纯色，且其颜色均不相同；色带与各色块的颜色的RGB值预先保存至控制模块。初始时将巡控设备放置于起点色块处，并将巡控设备的前向调整至与需要位移的方向相同，巡控设备通过循迹沿色带依次到达第一展点色块、第二展点色块和终点色块。
若第一至第四RGB值中任意一项处于预先保存至控制模块的各色块的颜色的RGB值中任意一项的范围内，则停止前进，并检测周围环境参数，之后继续循迹前进；
若仅第一RGB值不处于色带颜色的RGB值的范围，则向右转动第一角度，然后继续循迹；
若仅第一RGB值和第二RGB值均不处于色带颜色的RGB值的范围，则向右转动第二角度，然后继续循迹；
若仅第四RGB值不处于色带颜色的RGB值的范围，则向左转动第一角度，然后继续循迹；
若仅第三RGB值和第四RGB值均不处于色带颜色的RGB值的范围，则向左转动第二角度，然后继续循迹；
若第一至第四RGB值均处于色带颜色的RGB值的范围，则直行。
若仅第一RGB值不处于色带颜色的RGB值的范围，即第二至第四RGB值均处于所述色带颜色的RGB值的范围，由于第一传感器是四个颜色传感器中位于最左侧的一个，当它没有检测到色带颜色，即它的正下方是地面，而其他的颜色传感器均检测到色带颜色时，说明其他传感器正下方是色带，即色带有向右偏移的趋势，因此巡控设备向右转动第一角度以使得四个传感器均继续保持在色带范围内，从而实现沿色带循迹前进；若仅第一RGB值和第二RGB值均不处于色带颜色的RGB值的范围，说明四个颜色传感器中左侧两个传感器正下方均为地面，而右侧两个传感器正下方为色带，说明色带有向右偏移的趋势，且偏移的趋势较大，因此巡控设备向右转动第二角度以使得四个传感器均继续保持在色带范围内，从而实现沿色带循迹前进；若第一至第四RGB值均处于色带颜色的RGB值的范围，说明巡控设备并没有偏离色带的范围，故巡控设备直行。上述第一角度的范围是15°至30°，第二角度的范围是30°至60°，可视具体情况进行调整；例如，若场地较大，色带的转弯弧度均较小时，可以令第一角度为15°，第二角度为30°，这样就可以满足巡控设备的转弯需求；但如果场地较小，色带的转弯弧度较大，此时就需要加大第一角度和第二角度，以减小转弯半径，使得巡控设备在较小的场地中的转向可以更加灵活，此时可以考虑令第一角度为30°，第二角度为60°。
巡控设备通过将其颜色检测模块中各传感器检测到的RGB值与预存在控制模块中的色带以及各色块的颜色的RGB对比，如果满足以上条件，则执行相应动作；其中，在判断检测到的RGB值是否与预存RGB值相同时，判断条件为检测到的RGB值是否落在预存RGB值附近的一个范围内，这样设定的原因是在不同的光线条件下，传感器检测出的RGB值会发生一定程度的偏差，因此在判断时需要将这一偏差考虑在内，即只要检测到的RGB值落在预存RGB值附近的一个范围内，就认为二者相同；这个范围应当根据使用场地的环境、光照条件等不同进行调整，若光照条件比较稳定，则可以选择较小的范围，使得颜色识别更加精确，若光照变化较大，则可以选择一个相对较大的范围，以保证能够准确地识别颜色。
巡控设备的控制模块根据从颜色检测模块接收到的四个传感器反馈的RGB值，确定执行某个步骤。
在传感器前设置一白光光源，启用传感器中的红色滤波器，测量10ms中传感器发出的第一脉冲数，并将256与第一脉冲数的比值作为红色调整参数；启用传感器中的绿色滤波器，测量10ms中传感器发出的第二脉冲数，并将256与第二脉冲数的比值作为绿色调整参数；启用传感器中的蓝色滤波器，测量10ms中传感器发出的第三脉冲数，并将256与第三脉冲数的比值作为蓝色调整参数。
启用传感器中的红色滤波器，测量10ms中传感器的输出脉冲数，并将该脉冲数乘以红色调整参数，得到的数值即为当前传感器下方地面颜色的A值；启用传感器中的绿色滤波器，测量10ms 中传感器的输出脉冲数，并将该脉冲数乘以绿色调整参数，得到的数值即为当前传感器下方地面颜色的B值；启用传感器中的蓝色滤波器，测量10ms 中传感器的输出脉冲数，并将该脉冲数乘以蓝色调整参数，得到的数值即为当前传感器下方地面颜色的C值。
经过以上步骤，颜色传感器就可以以30ms为周期实时向控制模块反馈正下方地面颜色的RGB值，以便控制模块做出相应的判断。
进一步地，本发明一种智能式化工生产巡控系统的较佳的实施例中，所述色带为闭合环路，所述色带起点与色带终点使用同一色块进行标识。
进一步地，本发明一种智能式化工生产巡控系统的较佳的实施例中，所述传感器模块包括湿度传感器DHT11、温度传感器DS18B20、二氧化碳浓度测量传感器MG811、HL-FS2电压型模拟输出风速传感器、HL-FX2电压型模拟输出风向传感器、可燃气体传感器MQ-2以及光学粉尘传感器GP2Y1010AU0F。所述传感器模块配置有多个气体传感器，用于检测有害气体，对气检测的有害气体进行判断，并将判断结果及对应气体采集信息发送出去。
综上所述，这种智能式化工生产巡控系统实现化工厂区巡检工作，支持气体采集及气体危险判断功能，支持制导功能及自动巡检功能，用于采集分布设置在各厂区内及分布在厂区各区域内的数据采集节点的数据信息，通过在后台处理中心与巡控设备实现双向连接，达到了方便监控人员对化工反应设备周围环境监控的目的，从而大大方便了化工生产人员的化工生产。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种智能式化工生产巡控系统，包括后台处理中心，其特征在于：还包括巡控设备和路标，所述路标包括沿行进路线铺设于不同位置地面的、与地面颜色区别明显的纯色色带、二维码及减速码，所述巡控设备包括：
控制模块，用于接收其他模块发来的信息，并根据需要将收到的所述信息转给其他模块处理；
驱动模块，信号连接所述控制模块，包括由所述控制模块控制其移动的驱动马达；
导航系统包括图像采集模块和信号处理模块，所述图像采集模块安装在设备中心位置，每间隔一定时间采集地面上色带、二维码或减速码的信息，设备直行时图像采集模块扫描色带的位置信息，在减速区扫描减速码的减速站点号信息，在转弯处扫描二维码的位置信息，所述信号处理模块对所述图像采集模块的扫描信息进行处理，即将图像信息转换为二进制数字信息；
传感器模块，与所述系统后台处理中心实现双向信号连接，用于采集的化工厂区内的环境参数，分别感应温度信号、液位信号以及压力信号； 数据采集比较模块，与所述传感器模块双向连接，用于对温度信号、液位信号以及压力信号进行收集及比较设定值；
传输模块，接收所述数据采集比较模块和控制模块信息，并将所述信息发送至所述导航系统和台处理中心； 反馈模块，与所述控制模块信号连接，用于接收所述控制模块输出的控制指令，来进行相应的工作；
所述数据采集比较模块的输出端与所述反馈模块的输入端连接，且所述反馈模块的输出端与所述后台处理中心的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能式化工生产巡控系统，其特征在于：所述巡控设备还包括：
数据存储模块，信号连接所述控制模块，用于储存各类指令程序和数据；
功能操作模块，信号连接所述控制模块，用于供用户日常操作。
3.根据权利要求1所述的一种智能式化工生产巡控系统，其特征在于：所述巡控设备还包括移动模块，所述移动模块包括驱动马达及设置于所述巡控设备底部的第一驱动轮、第二驱动轮、两个万向轮和差速器；所述驱动马达通过所述差速器驱动所述第一驱动轮和所述第二驱动轮，当两轮同速转动时，所述巡控设备直行，当两轮不同速转动时，所述巡控设备转向；所述万向轮用于维持所述巡控设备的平衡。
4.根据权利要求1所述的一种智能式化工生产巡控系统，其特征在于：所述传输模块采用ZigBee模块；所述后台处理中心包括监控主机和ZigBee协调器，各数据采集节点和监视系统分别通过所述ZigBee模块连接ZigBee协调器，ZigBee协调器连接监控主机。
5.根据权利要求1所述的一种智能式化工生产巡控系统，其特征在于：所述信号处理模块通过RS485协议向所述控制模块发送处理后的数据，所述控制模块对数据进行解算后得到设备的姿态信息、减速命令信息或转弯位置信息，其中姿态信息包括左右偏移值和偏转角度，减速命令信息包括规定减速站点号信息，转弯位置信息包括前后、左右坐标值和偏转角度。
6.根据权利要求5所述的一种智能式化工生产巡控系统，其特征在于：当所述巡控设备直行时图像采集模块把采集的图像信息传送给所述控制模块，所述控制模块把解算后得到的设备中心左右偏移值δ1和偏转角α1，与存储在所述控制模块中作为给定值的左右偏移值δ2和偏转角α2进行比较得出：δ＝δ1-δ2, α＝α1-α2，其中δ为左右偏差值，α为角度偏差值，进而对左右偏差值和角度偏差值分别进行PID控制；当巡控设备进行转弯或停止时，图像采集模块首先检测到减速码的减速站点号信息，所述控制模块通过减速站点号信息进行判断，如果此减速站点号信息为转弯或停止站点时，设备开始减速，直到图像采集模块检测到二维码的中心坐标原点位置时，设备停止或进行原地转弯。
7.根据权利要求1所述的一种智能式化工生产巡控系统，其特征在于：所述色带为闭合环路，所述色带起点与色带终点使用同一色块进行标识。
8.根据权利要求1所述的一种智能式化工生产巡控系统，其特征在于：所述传感器模块包括湿度传感器DHT11、温度传感器DS18B20、二氧化碳浓度测量传感器MG811、HL-FS2电压型模拟输出风速传感器、HL-FX2电压型模拟输出风向传感器、可燃气体传感器MQ-2以及光学粉尘传感器GP2Y1010AU0F。
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