CN109683546A - 链式垃圾存储设备用运维系统及运维方法 - Google Patents

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陈星燎
姚成豪
魏双亭
戴逸华
蒋磊英
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    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
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    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/10—Plc systems
    • G05B2219/11—Plc I-O input output
    • G05B2219/1161—Signal processing, detect or deliver analog signals

Abstract

本发明公开了一种链式垃圾存储设备用运维系统及运维方法，属于垃圾处理设备技术领域，链式垃圾存储设备用运维系统包括：数据采集模块、数据处理模块和网络通信模块，数据采集模块包括：用于获取链式存储设备状态及人机界面操作信号的第一数据采集单元、用于获取控制链式存储设备的PLC各输出端口信号的第二数据采集单元，数据处理模块用于接收数据采集模块的数据，并对数据进行分析和处理；网络通信模块将数据处理模块的结果上传到服务器并接收服务器控制指令。通过采用上述技术方案，本发明能够实现同时监测PLC电控系统和链式垃圾存储设备运行状况的目的。

Description

链式垃圾存储设备用运维系统及运维方法
技术领域
本发明属于垃圾处理设备技术领域，尤其涉及一种链式垃圾存储设备用运维系统及运维方法。
背景技术
随意丢弃和不合理存放生活垃圾对人们的生产和生活产生了非常恶劣的影响，生活垃圾的集中式存储和处理是目前解决这一困境的一种比较理想的方法。为保证系统可靠地运行，环保设备的远程运行维护工作越来越受到人们的高度关注。目前的运行维护工作主要集中在两方面，一是侧重数据采集部分，二是关注大数据的分析处理部分。它们的处理结果都是间接反映原有系统设备的工作状态，不能直接监控设备本身。集中式垃圾存储系统的电气部分一般采用PLC为核心的控制系统来实现，对系统的远程监控和维护一般围绕PLC设备展开。这方面的论文和专利工作主要包括：增加网络设备，将PLC或原来嵌入式系统采集的数据上传到服务器，供维护人员分析和处理；或者通过网络，实现PLC系统远程升级，程序更新和远程调试，或研究双PLC冗余，增强电控系统的可靠性。另外一种就是关注服务器端采集的数据本身，重点在数据后端的大数据智能化分析和处理上。总之，目前的工作重点在关注PLC设备运行维护或者是IT方面的数据智能化处理上，它们都只是间接反映被监测设备的工作状态，可靠性程度较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种链式垃圾存储设备用运维系统及运维方法。该链式垃圾存储设备用运维系统及运维方法在原有PLC为核心的电气控制系统上，采集设备传感器信号(原有系统运行时需要的供PLC电气控制系统使用的传感器数据，本实例链式循环垃圾桶存储装置主要包括电机工作电流、电源工作电压)和输入开关量(垃圾桶运行时的行程到位开关)等数据，监测PLC输出模拟量信号、开关控制信号和状态指示信号，把这些信号作为设备状态转移分析的激励输入，实时分析系统当前工作状态，评估系统工作性能、故障状况、安全等级。
本发明所采用的具体技术方案为：
本专利的发明目的是提供一种链式垃圾存储设备用运维系统，所述链式垃圾存储设备包括存储垃圾的链式存储设备、控制链式存储设备动作的PLC，所述运维系统包括：
数据采集模块，包括：用于获取链式存储设备状态及人机界面操作信号的第一数据采集单元、用于获取PLC各端口数据的第二数据采集单元；
数据处理模块，用于接收数据采集模块的数据，并对数据进行数据分析处理；
GPRS网络通信模块，将数据处理模块的结果上传到服务器并接收服务器控制指令。
进一步：所述第一数据采集单元包括检测电机状态的电压传感器、电流传感器、温度传感器；检测垃圾桶是否到位的位置传感器；检测垃圾桶重量的重量传感器；输入到PLC电控系统的操作链式垃圾桶的单次运行、点动、运动方向和急停的控制信号。
更进一步：所述第一数据采集单元中的传感器通过光隔离或磁隔离模块与数据处理模块的I/O端口进行数据交互。
更进一步：所述运维系统还包括GPRS通信模块。
本专利的另一发明目的是提供一种链式垃圾存储设备用运维系统的运维方法，包括如下步骤：
步骤一、数据采集模块将链式存储设备的状态信息、PLC每个端口的数据信息实时或定时发送给数据处理模块；
步骤二、数据处理模块通过分析PLC的输入、输出信号，链式存储设备的运行动作和各路传感器信号，模拟PLC和链式存储设备的状态运转过程，并对比模拟输出信号和实际运行信号，进而对PLC和链式存储设备的状态进行评判。
进一步：所述运维系统将人工操作信号、远程控制信号、告警类传感器的触发输出信号统归类为A类信号，PLC系统输出PID控制、电机驱动、指示灯的信号统归类为B类信号，垃圾存储系统中的被执行、作用对象的动作位置、运转速度、电机电流、指示灯开关、温控开关、风扇开关、电流信号统归类为C类信号。
更进一步：所述运维系统将C类信号按照被控系统的功能分为M种状态，分别称为C1，C2，……，CM共M个子集，C类信号的状态转移过程由B类信号触发；任取M个集合中的一个子集Ci(1≤i≤M)，对应于不同的A类输入信号，产生不同的B类信号，B类信号按照不同的系统功能和设备运转过程，存在不同的过渡态和稳态；对应于每一个子集Ci，假设有Ki种不同的状态，分别称为Bi1，Bi2，……，BiKi共Ki个子集,随着时间推移，C类信号会运行到M个状态子集中去。
更进一步：运行维护系统每隔Δt的时间采样一次各传感器和开关量输入信号以及B、C类信号状态，分析、跟踪系统是否运行正常，运行维护的时候，根据系统模拟信号的带宽、PLC程序单次循环运行周期以及运行维护系统的数据处理能力，选取Δt间隔值。
本发明的优点及积极效果为：
1，本远程运行维护装置是现有电控系统的补充，是一个并行的冗余系统，在不干扰原有的电控系统工作的前提下，以PLC电控系统和垃圾存储系统的功能为基础，通过分析PLC电控系统的输入、输出信号，垃圾存储系统的运行动作和附属传感器信号，模拟他们的状态运转过程，并对比模拟输出信号和实际运行信号，就可以同时监测PLC电控系统和被控系统即垃圾存储系统的运行状况，极大提高了系统的可靠性。
2，新搭建的监控系统不需要修改原有电控设计，只增加二次布线；如有必要，可额外增加新的传感器，不影响原因系统。
3，除了采集传感器(如电机电流、电压、工作环境温度)数据、面板控制和行程开关等开关量信号，还同时采集电气控制系统的输出数据和垃圾存储系统的运行工作状态转换数据，为后续大数据的智能化分析提供了更高层次的信息。
4、本发明以PLC电控系统和垃圾存储系统的功能为基础，通过嵌入式系统分析链式存储设备状态数据、人工输入操作指令、PLC电控系统的输入、输出信号，垃圾存储系统的运行动作和电机电压、电流、工作环境温度等传感器信号，模拟他们的状态运转过程，对比设备实际运行状态，达到同时监测PLC电控系统和链式垃圾存储设备运行状况的目的。
本监控装置成本低，跟PLC系统容易集成，物联方便，可以多点组网布局。
附图说明
图1为垃圾存储设备的电气控制系统图；
图2为本发明优选实施例的原理框图；
图3为本发明优选实施例中运维控制部分的部分电路图；
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
请参阅图1-图3：一种链式垃圾存储设备用运维系统，运维系统是运行维护系统的简称，本优选实施例以垃圾存储系统，如CN201721842221-链式循环垃圾桶存储装置专利为对象，设计了一种基于状态转移分析的系统监控运行维护方法，在监控中心能实时可靠地监测链式循环垃圾桶存储装置，及其附属PLC电气控制系统是否按照原先设计的工作模式运行。如果PLC电气控制系统或者被控装置(垃圾桶存储装置)没有按照设计的模式运行，该运行维护系统能自动报警，还可以接收远程控制指令对PLC电气控制系统和被控装置(垃圾桶存储装置)实施紧急停止操作。电气控制系统和链式循环垃圾桶存储装置互联方式如图1所示。
该运维系统它独立于原有PLC系统，是原有电控系统的并联冗余。具体实现时可以增加PLC模块IO输出点，提供冗余信号方便跟PLC系统互联。
在原有PLC为核心的电气控制系统上，采集设备传感器信号(原有系统运行时需要的供PLC电气控制系统使用的传感器数据，本实例链式循环垃圾桶存储装置主要包括电机工作电流、电源工作电压)和输入开关量(垃圾桶运行时的行程到位开关)等数据，监测PLC输出模拟量信号、开关控制信号和状态指示信号，把这些信号作为设备状态转移分析的激励输入，实时分析系统当前工作状态，评估系统工作性能、故障状况、安全等级。
本运行维护系统硬件采用单片机作为控制板的主控芯片，兼顾功耗、成本和数据处理能力要求。
跟远程服务器的数据通信采用GPRS无线通信的方式接入，分析处理工作在服务器端完成。
板载电子测温芯片来监测运行维护系统的工作环境温度，辅助分析主控MCU设备本身工作状态。
整个MCU控制电路结构图如图3所示。
为了方便描述整个监控过程，将系统分成3个子系统。整个垃圾存储系统是被关注和监测的对象，简称为被控系统；PLC系统是执行和操作系统，接收用户指令，发出动作指令，控制垃圾存储系统运转到事先设置的工作状态中去，简称为电控系统；远程运行维护控制系统包含嵌入式软硬件和服务器端系统软件，他通过跟踪被控系统和电控系统的信号来监控整个垃圾存储系统的运行状态，简称运维系统。整个系统的结构图如图2所示。
通过光或磁隔离的方法，将垃圾存储系统传感器或人机交互的开关量输入信号、PLC系统的输出开关量信号输入到控制板；垃圾存储系统的传感器输入、PLC输出的模拟量信号输入到AD采集电路，或者通过PLC的总线读取经PLC量化后的数据。通过此步骤，将整个垃圾存储系统的各状态的输入信号，输出信号，设备运行状态都输入到单片机为核心的运行维护系统。
将人工操作信号、远程控制信号、告警类传感器的触发输出信号统称为A类信号，A类信号是垃圾存储系统运转、状态转移的触发信号。PLC系统输出PID控制、电机驱动、指示灯等的信号统称为B类信号，B类信号是PLC电控系统按照设备功能需求设计的动作执行控制信号。垃圾存储系统中的被执行、作用对象的动作位置、运转速度、电机电流、指示灯开关、温控开关、风扇开关、电流等信号统称为C类信号，C类信号是垃圾存储系统的工作状态信号，是A类信号的最终作用结果，是B类信号的直接作用结果，也是系统运转的状态信息。
根据系统的设计需求，将C类信号按照被控系统的功能可以分为M种状态，分别称为C1，C2，……，CM共M个子集，它的状态转移过程由B类信号触发。任取M个集合中的一个子集Ci(1≤i≤M)，对应于不同的A类输入信号，产生不同的B类信号，B类信号按照不同的系统功能和设备运转过程，存在不同的过渡态和稳态。对应于每一个子集Ci可假设有Ki种不同的状态，分别称为Bi1，Bi2，……，BiKi共Ki个子集,随着时间推移，C类信号会运行到M个状态子集中去。此步骤根据功能构建的C类信号的集合，C中子集Ci对应的B类信号状态的集合，与B、C两个信号关联的全体状态子集总和以及这些状态的过渡顺序构成了系统状态运转的全部。跟踪和分析这些状态的转移过程即为此状态转移运行维护控制方法的主要内容。
时间参数t是状态分析过程中非常重要的一个参考变量，运行维护系统每隔Δt的时间采样一次各传感器和开关量输入信号以及B、C类信号状态，分析、跟踪系统是否运行正常。运行维护的时候，根据系统模拟信号的带宽、PLC程序单次循环运行周期以及运行维护系统的数据处理能力，选取合适的Δt间隔。为了简化过渡状态的分析过程，可以适当延长Δt数值。
B信号状态子集跟电控系统算法有密切关系，对B信号状态子集的跟踪能检测PLC控制系统算法的有效性。C信号状态子集跟被控系统的运行有密切关系，对C信号状态子集的跟踪能判断垃圾存储系统运行的正确性。
三种类型信号以及当前B信号子集和C信号子集状态需要实时上传到远程服务器，供运行维护处理和分析。当发现状态转移跟预先设置的状态转移图不同时，给出告警信号；根据严重程度，可以远程发送紧急停止信号，保证人员和设备安全。
选用单片机为控制中心的架构。根据功耗、成本、速度和数据处理能力选用带12位AD转换器和多串口的单片机，用AD转换器采集传感器的模拟信号，用串口分别实现控制台配置功能和GPRS、RS485通信。控制台配置功能提供一个调试系统功能和配置系统工作参数的菜单界面，操作人员可以通过选择菜单和输入参数的方式完成配置操作。为保证在广阔的地理环境中工作，GPRS模块通过运营商的移动网络实现跟远程服务器通信，工作时需要事先通过控制台界面配置好服务器的IP地址和通信端口，以及SOCKET的链接类型。通过串口发送AT控制命令激活GPRS通信功能，将待传输的数据通过串口发送到GPRS模块，实现跟远程服务器数据交互。RS485串口实现跟PLC电控系统的数据交换，用于获取部分不适合单片机采集的模拟量数据。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种链式垃圾存储设备用运维系统,所述链式垃圾存储设备包括存储垃圾的链式存储设备、控制链式存储设备动作的PLC，其特征在于：所述运维系统包括：
数据采集模块，包括：用于获取链式存储设备状态及人机界面操作信号的第一数据采集单元、用于获取PLC各端口数据的第二数据采集单元；
数据处理模块，用于接收数据采集模块的数据，并对数据进行分析和处理；
网络通信模块，将数据处理模块的结果上传到服务器并接收服务器控制指令。
2.根据权利要求1所述的链式垃圾存储设备用运维系统，其特征在于：所述第一数据采集单元包括检测电机状态的电压传感器、电流传感器、温度传感器；检测垃圾桶是否到位的位置传感器；检测垃圾桶重量的重量传感器；上述第二数据采集单元用于接收输入到PLC电控系统的操作链式垃圾桶的单次运行、点动、运动方向和急停的控制信号。
3.根据权利要求2所述的链式垃圾存储设备用运维系统，其特征在于：所述第一数据采集单元中的传感器通过光隔离或磁隔离模块与数据处理模块的I/O端口进行数据交互。
4.根据权利要求3所述的链式垃圾存储设备用运维系统，其特征在于：所述运维系统还包括GPRS通信模块。
5.一种如权利要求4所述的链式垃圾存储设备用运维系统的运维方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、数据采集模块将链式存储设备的状态信息、PLC每个端口的数据信息实时或定时发送给数据处理模块；
步骤二、数据处理模块通过分析PLC的输入、输出信号，链式存储设备的运行动作和各路传感器信号，模拟PLC和链式存储设备的状态运转过程，并对比模拟输出信号和实际运行信号，进而对PLC和链式存储设备的状态进行评判。
6.根据权利要求5所述的链式垃圾存储设备用运维系统的运维方法，其特征在于：所述运维系统将人工操作信号、远程控制信号、告警类传感器的触发输出信号统归类为A类信号，PLC系统输出PID控制、电机驱动、指示灯的信号统归类为B类信号，垃圾存储系统中的被执行、作用对象的动作位置、运转速度、电机电流、指示灯开关、温控开关、风扇开关、电流信号统归类为C类信号。
7.根据权利要求6所述的链式垃圾存储设备用运维系统的运维方法，其特征在于：所述运维系统将C类信号按照被控系统的功能分为M种状态，分别称为C1，C2，……，CM共M个子集，C类信号的状态转移过程由B类信号触发；任取M个集合中的一个子集Ci(1≤i≤M)，对应于不同的A类输入信号，产生不同的B类信号，B类信号按照不同的系统功能和设备运转过程，存在不同的过渡态和稳态；对应于每一个子集Ci，假设有Ki种不同的状态，分别称为Bi1，Bi2，……，BiKi共Ki个子集,随着时间推移，C类信号会运行到M个状态子集中去。
8.根据权利要求7所述的链式垃圾存储设备用运维系统的运维方法，其特征在于：运行维护系统每隔Δt的时间采样一次各传感器和开关量输入的A类信号以及B、C类信号状态，跟踪B、C类信号的状态转换过程，分析系统是否运行正常；运行维护的时候，根据系统模拟信号的带宽、PLC程序单次循环运行周期以及运行维护系统的数据处理能力，选取Δt间隔值。
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