CN110045696A - 一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，由硬件架构和软件架构组成，硬件架构包括产线各工序基础自动化设备、数采网关设备、工业网络防火墙、外网防火墙、商用或非商用互联网、移动端设备、Web发布服务器、数据库服务器、工厂内桌面终端以及公司内部办公环网，软件构架中的功能模块包括数据采集模块、数据实时展示模块、历史趋势查询模块、智能推送模块、通讯模块、安全信息设置模块、网络接口模块以及移动端模块，网络设计中，分两级设计了网络防火墙。可以轻松、便捷、安全的获得环保、能源实时数据，又能第一时间获得重要指标预警信息与应急响应预案，提高工厂环保、能源工作日常管理水平和应急处置能力。

Description

一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台

技术领域

本发明涉及监管技术领域，具体是涉及一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台。

背景技术

钢铁冶炼轧制过程能耗高、污染排放多，在钢铁制造业竞争激烈、国家环保整治力度逐年加大的背景下，钢铁企业对能源管控、污染排放管控也越来越重视。一方面通过提高能源利用率、减少排放为企业节约经济效益，另一方面通过积极打造绿色工厂提升企业社会形象，最主要的是使城市钢铁厂、沿海钢铁厂能够保持与环境和谐、持续发展。企业能源、环保主管部门、公司领导时刻关心生产现场重点能源、环保设备状态和指标，需要一种能够不受位置、时间限制，随时随地获取工业生产信息的手段。再此需求背景下，通过移动互联技术发明的能源环保监控预警平台，可以让用户在移动端实时掌握现场状态，并实时推送重要告警信息与应急预案，使用户能第一时间做出正确应对。钢铁制造行业环保、能源的监控预警通用方案是：在工厂内建设监控指挥中心，通过能源SCADA系统、环保专业系统进行集中监控，或者在工厂各工序分布式建设对口的监控系统。

现有一般大中型钢铁企业建有能源环保管控指挥中心，通过对现场环保、能源数据采集，将数据集中显示在桌面终端上。没有建设能源环保管控指挥中心的，也一般能够做到通过建设SCADA监控系统对能源、环保数据进行监控，且缺乏智能预案推送功能，以上两种手段都是建立在固定桌面终端监控基础上的，一般数据展示都在工厂范围内，不便于专业管理人员在工厂以外随时掌握现场实施数据指标，对环保、生产做出应急对策指导。

随着移动互联网技术与智能移动终端的快速发展，人们对移动办公的需求越来越丰富。现有技术还局限在特定办公场所、桌面端的办公，使用户一旦离开工作场景，就无法及时自主获取工厂生产实时原始信息，更较难在第一时间获得针对不同类型用户的具有更高决策价值的推送信息。移动互联技术在工业数据监控应用方面，网络安全十分重要，在已公开的发明中未见相关技术研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台由硬件架构和软件架构组成。

硬件架构包括产线各工序基础自动化设备、数采网关设备、工业网络防火墙、外网防火墙、商用或非商用互联网、移动端设备、Web发布服务器、数据库服务器、工厂内桌面终端以及公司内部办公环网。

产线各工序基础自动化设备负责将全产线计量数据、污染物排放数据、关键设备运行状态数据进行采集或进行边缘计算，数据通过数采网关设备将数据单向采集、就地暂存、向数据库服务器传递实时数据，单向采集技术方式通过数采网关设备接口隔离、以及部署在硬件中的软件配置，可以有效阻隔上层应用系统下传指令、病毒数据到生产系统，确保工控信息安全。当出现网络故障导致数据传输中断时，数据在数采网关设备进行暂存，待网络恢复后重新上传，确保数据采集的完整性。工业网络防火墙和外网防火墙主要是预防网络攻击。商用或非商用Internet主要为平台用户移动端提供移动互联网络服务，包含国内外商用、非商用的能够接入本平台的网络服务，包含但不限于4G、5G、Wifi网络。移动端设备为用户使用的智能移动设备，平台适应各类操作系统环境下的移动端设备，包括但不限于笔记本电脑、Pid、平板电脑、手机等。Web发布服务器在本发明中主要完成平台移动端展示发布功能、后台软件管理界面发布功能。数据库服务器在本发明中主要完成数据接口、采集、存储、读取和管理功能。工厂内部环境访问终端为在公司内部办公环网中访问本发明公开平台的用户终端，包含桌面终端和移动端设备。公司内部办公环网为工厂内部搭建的网络，通过工业网络防火墙和外网防火墙，与工业生产网络和Internet隔离开来的局域环网。

软件构架中的功能模块包括数据采集模块、数据实时展示模块、历史趋势查询模块、智能推送模块、通讯模块、安全信息设置模块、网络接口模块以及移动端模块。

数据采集模块：对全厂工业生产使用的主要能源介质消耗数据、环保设备状态及排放数据进行实时采集，数据采集速率不低于1000点/s，采集后的数据按照数据类型、时间、数据源、工序等字段存储在数据库中，通过安装在服务器、数据采集网关机中的软件，实现实时读取网关、PLC/DCS、智能仪表、能源/环保专业信息系统的数据，并将数据按照要求进行完整性校验和存储。

发布展示模块：将读取到的原始数据和经过计算后的数据统一作为数据源，对外提供标准接口，包含但不限于Web Service、HTTP、SOCKET、SMTP、IMAP、RMI、SOA、Modbus TCP数据，为移动端和其他信息化因公系统提供数据访问支持。对已采集到的数据按照公司、工序级分级实时展示，按照数据超限规则，展示时对超限数据分级重点标识，数据刷新周期为1s。展示形式包含但不限于仪表盘、柱状图、表格、趋势图等。

历史趋势查询模块：本模块可按日、周、月、年查询关键数据指标历史数据趋势图。

智能推送模块：

本模块推送内容包括两方面：第一，按照数据指标限值规则，第一时间在移动端进行推送预警或告警。第二，根据数据指标限值规则，针对可能触发严重后果的指标，及时推送应急响应预案。以上推送方式包括但不限于：短信、APP推送消息、发送E-mail。

预警和告警推送机制流程为：

预警流程：

预警限值≤数据≤告警限值，则推送预警，并同时推送预警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式；

告警流程：

数据≥告警限值，则推送告警，并同时推送告警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式。

为避免同一指标反复推送而降低用户体验，采取以下方法：

用户在移动端自主设定预警和告警关键数据指标、推送间隔时间；移动端接收到预警或告警后，用户在移动端对预警和告警进行手动确认，此条预警或告警按照推送规则，在一定时间范围内不再重复推送；在平台数据库循环对已确认的推送告警数据比较，当该数据恢复到安全范围内，停止比较，并推送安全告知。

通讯模块：本模块包含应急预案相关人员、单位电话通讯录，含留言功能、电话一键播出功能。

安全信息设置模块：本模块包含人员权限设置、密码修改、三码绑定功能。其中MAC地址绑定功能可有效防止盗用他人账号、密码在非绑定移动端登录应用系统。本模块安全登录方式包括但不限于指纹登录、人脸识别登录、密码登录。其中密码登录算法包含但不限于消息摘要算法MD5、哈希消息认证码HMAC、时间戳等密码机制的单独使用或者组合使用，为安全考虑，最好组合使用。

接入层面的接入控制策略：只有授权用户才允许访问平台。

接入控制策略：系统使用三码绑定技术，既设备电子序列号ESN、移动用户标识码IMSI、移动办公帐号绑定，通过管理员手工输入、文件导入或客户端首次访问自动获取、后台管理员人工审核等方式，指定特定终端的持有者才可以访问特定的应用。当用户更换终端时，需通知管理员变更授权的设备信息，否则将无法使用，有效保证了用户重要数据的安全性。一个账户同一时间只能在一台设备上登陆。

网络接口模块：该模块用于实现数据采集和数据发布功能，可提供包含但不限于Web Service、OPC、Modbus TCP、数据库中间表等多种协议支持，可通过以太网口、串口进行传输，支持与第三方短信平台或短信猫服务器数据接口。

移动端模块：该模块是移动端APP程序开发与安装模块。支持移动端操作系统环境包括但不限于Windows、Linux、Mac OS、Android、IOS、Symbian。其中Windows、Linux、Mac OS操作系统环境下的移动端可通过web网页登录，Android、IOS、Symbian等操作系统环境下的移动端须安装APP程序。本模块包含移动端数据展示、查询、智能预警推送、智能预案推送、通讯录播出功能。本发明所述移动端，指笔记本电脑、平板电脑等移动PC和Pid、手机等智能移动设备。

本发明具有以下有益效果：

通过移动端可以轻松、便捷、安全的获得环保、能源实时数据，同时又能第一时间获得重要指标预警信息与应急响应预案，快速定位相关负责人并与其取得联系，提高工厂环保、能源工作日常管理水平和应急处置能力。在创造以上便利的前提下，本发明还充分考虑用户体现与网络安全的设计，用户对数据响应速率、预警告警推送智能化水平要求逐渐提高，工厂对网络安全更加看重，本发明提供了一套安全可靠的软硬件架构，在软件上也进一步优化了推送机制。

附图说明

图1为本发明一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台的硬件架构图；

图2为本发明一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台的软件架构图；

图3为本发明一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台的预警、告警智能推送流程图；

图4为本发明一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台的数据接口配置与发布页面示例图；

图5为本发明一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台的全部产量数据展示页面截图；

图6为本发明一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台的热轧历史产量趋势页面截图；

图7为本发明一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台的氮氧化物指标历史趋势页面截图。

附图中，①.产线各工序基础自动化设备，②.数采网关设备，③.工业网络防火墙，④.外网防火墙，⑤.商用或非商用互联网，⑥.移动端设备，⑦.Web发布服务器，⑧.数据库服务器，⑨.工厂内桌面终端，⑩.公司内部办公环网。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，由硬件架构和软件架构组成。

硬件架构包括产线各工序基础自动化设备、数采网关设备、工业网络防火墙、外网防火墙、商用或非商用互联网、移动端设备、Web发布服务器、数据库服务器、工厂内桌面终端以及公司内部办公环网，如图1所示。

产线各工序基础自动化设备①负责将全产线计量数据、污染物排放数据、关键设备运行状态数据进行采集或进行边缘计算。数据通过数采网关设备②将数据单向采集、就地暂存、向数据库服务器⑦传递实时数据。单向采集技术方式通过数采网关设备②接口隔离、以及部署在硬件②中的软件配置，可以有效阻隔上层应用系统下传指令、病毒数据到生产系统，确保工控信息安全。当出现网络故障导致数据传输中断时，数据在数采网关设备②进行暂存，待网络恢复后重新上传，确保数据采集的完整性。工业网络防火墙③和外网防火墙④主要是预防网络攻击。商用或非商用Internet⑤主要为平台用户移动端提供移动互联网络服务，包含国内外商用、非商用的能够接入本平台的网络服务，包含但不限于4G、5G、wifi网络。移动端设备⑥为用户使用的智能移动设备，平台适应各类操作系统环境下的移动端设备，包括但不限于笔记本电脑、Pid、平板电脑、手机等。Web发布服务器⑦在本发明中主要完成平台移动端展示发布功能、后台软件管理界面发布功能。数据库服务器⑧在本发明中主要完成数据接口、采集、存储、读取和管理功能。工厂内部环境访问终端⑨为在公司内部办公环网⑩中访问本发明公开平台的用户终端，包含桌面终端和移动端设备。公司内部办公环网⑩为工厂内部搭建的网络，通过工业网络防火墙③和外网防火墙④，与工业生产网络和Internet隔离开来的局域环网。

软件构架中的功能模块包括数据采集模块、数据实时展示模块、历史趋势查询模块、智能推送模块、通讯模块、安全信息设置模块、网络接口模块以及移动端模块，如图2所示。

数据采集模块：对全厂工业生产使用的主要能源介质消耗数据、环保设备状态及排放数据进行实时采集，数据采集速率不低于1000点/s，采集后的数据按照数据类型、时间、数据源、工序等字段存储在数据库中。通过安装在服务器、数据采集网关机中的软件，实现实时读取网关、PLC/DCS、智能仪表、能源/环保专业信息系统的数据，并将数据按照要求进行完整性校验和存储。

发布展示模块：将读取到的原始数据和经过计算后的数据统一作为数据源，对外提供标准接口，包含但不限于Web Service、HTTP、SOCKET、SMTP、IMAP、RMI、SOA、Modbus TCP数据，为移动端和其他信息化因公系统提供数据访问支持。对已采集到的数据按照公司、工序级分级实时展示，按照数据超限规则，展示时对超限数据分级重点标识。数据刷新周期为1s。展示形式包含但不限于仪表盘、柱状图、表格、趋势图等。

历史趋势查询模块：本模块可按日、周、月、年查询关键数据指标历史数据趋势图。

智能推送模块：本模块推送内容包括两方面：第一，按照数据指标限值规则，第一时间在移动端进行推送预警或告警。第二，根据数据指标限值规则，针对可能触发严重后果的指标，及时推送应急响应预案。以上推送方式包括但不限于：短信、APP推送消息、发送E-mail。

预警和告警推送机制流程为，如图3所示：

预警流程：

预警限值≤数据≤告警限值，则推送预警，并同时推送预警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式；

告警流程：

数据≥告警限值，则推送告警，并同时推送告警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式。

为避免同一指标反复推送而降低用户体验，采取以下方法：

用户在移动端自主设定预警和告警关键数据指标、推送间隔时间；移动端接收到预警或告警后，用户在移动端对预警和告警进行手动确认，此条预警或告警按照推送规则，在一定时间范围内不再重复推送；在平台数据库循环对已确认的推送告警数据比较，当该数据恢复到安全范围内，停止比较，并推送安全告知。

通讯模块：本模块包含应急预案相关人员、单位电话通讯录，含留言功能、电话一键播出功能。

安全信息设置模块：本模块包含人员权限设置、密码修改、三码绑定功能。其中MAC地址绑定功能可有效防止盗用他人账号、密码在非绑定移动端登录应用系统。本模块安全登录方式包括但不限于指纹登录、人脸识别登录、密码登录。其中密码登录算法包含但不限于消息摘要算法MD5、哈希消息认证码HMAC、时间戳等密码机制的单独使用或者组合使用，为安全考虑，最好组合使用。

接入层面的接入控制策略：只有授权用户才允许访问平台。

接入控制策略：系统使用三码绑定技术，既设备电子序列号ESN、移动用户标识码IMSI、移动办公帐号绑定，通过管理员手工输入、文件导入或客户端首次访问自动获取、后台管理员人工审核等方式，指定特定终端的持有者才可以访问特定的应用。当用户更换终端时，需通知管理员变更授权的设备信息，否则将无法使用，有效保证了用户重要数据的安全性。一个账户同一时间只能在一台设备上登陆。

网络接口模块：该模块用于实现数据采集和数据发布功能，可提供包含但不限于Web Service、OPC、Modbus TCP、数据库中间表等多种协议支持，可通过以太网口、串口进行传输；支持与第三方短信平台或短信猫服务器数据接口。

数据接口配置与发布页面，如图4所示。

移动端模块：该模块是移动端APP程序开发与安装模块。支持移动端操作系统环境包括但不限于Windows、Linux、Mac OS、Android、IOS、Symbian。其中Windows、Linux、Mac OS操作系统环境下的移动端可通过web网页登录，Android、IOS、Symbian等操作系统环境下的移动端须安装APP程序。本模块包含移动端数据展示、查询、智能预警推送、智能预案推送、通讯录播出功能。本发明所述移动端，指笔记本电脑、平板电脑等移动PC和Pid、手机等智能移动设备。“随身工厂”移动端APP截图，如图5-7所示。

一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其运行模式和关键步骤如下：

A、监视模式：

(1)对产线各工序基础自动化进行分布式采集、清洗，集中存储、整理。

(2)将整理后的数据通过服务器发布到网络运营商Internet，利用移动端设备接入平台。

(3)依移动端安装操作系统环境，安装Web浏览器或APP，对用户展示平台数据。

B、预警智能推送模式：

(1)推送分预警和告警：

预警限值≤数据≤告警限值，则推送预警，并同时推送预警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式；

数据≥告警限值，则推送告警，并同时推送告警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式。

(2)为避免同一指标反复推送而降低用户体验，采取以下方法：

用户在移动端自主设定预警和告警关键数据指标、推送间隔时间；移动端接收到预警或告警后，用户在移动端对预警和告警进行手动确认，此条预警或告警按照推送规则，在一定时间范围内不再重复推送；在平台数据库循环对已确认的推送告警数据比较，当该数据恢复到安全范围内，停止比较，并推送安全告知。以上推送方式包括但不限于：短信、APP推送消息、发送E-mail。

移动互联安全接入控制策略

接入控制策略：系统使用三码绑定技术，既设备电子序列号ESN、国际移动用户标识码IMSI、移动办公帐号绑定，通过管理员手工输入、文件导入或客户端首次访问自动获取、后台管理员人工审核等方式，指定特定终端的持有者才可以访问特定的应用。当用户更换终端时，需通知管理员变更授权的设备信息，否则将无法使用，有效保证了用户重要数据的安全性。一个账户同一时间只能在一台设备上登陆。

数据采集工控安全策略

在硬件架构中，分两级设计了网络防火墙，用以防止对工厂内部办公网络和工控网络的主动攻击，做到分级隔离。

数采网关设备②将数据单向采集、就地暂存、向数据库服务器⑦传递实时数据。单向采集技术方式通过数采网关设备②接口隔离、以及部署在硬件②中的软件配置，可以有效阻隔上层应用系统下传指令、病毒数据到生产系统，确保工控信息安全。当出现网络故障导致数据传输中断时，数据在数采网关设备②进行暂存，待网络恢复后重新上传，确保数据采集的完整性。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，由硬件架构和软件架构组成，所述硬件架构包括产线各工序基础自动化设备、数采网关设备、工业网络防火墙、外网防火墙、商用或非商用互联网、移动端设备、Web发布服务器、数据库服务器、工厂内桌面终端以及公司内部办公环网，所述软件构架中的功能模块包括数据采集模块、数据实时展示模块、历史趋势查询模块、智能推送模块、通讯模块、安全信息设置模块、网络接口模块以及移动端模块，所述网络安全，分两级设置网络防火墙。

2.根据权利要求1所述的一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，所述产线各工序基础自动化设备设置在全产线计量处、污染物排放处以及关键设备处，实现对数据进行采集或进行边缘计算；所述产线各工序基础自动化设备于工业网络防火墙之间设置数采网关设备；所述工业网络防火墙和外网防火墙设置在监控预警平台中；所述外网防火墙、Web发布服务器、数据库服务器以及工厂内桌面终端通过公司内部办公环网连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，所述数据采集模块对全厂工业生产中的数据进行采集，并将数据存储在数据库中。

4.根据权利要求1所述的一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，所述发布展示模块读取原始和处理后的数据，为移动端和其他信息化因公系统提供数据访问支持。

5.根据权利要求1所述的一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，所述智能推送模块通过推送机制向客户进行推送。

6.根据权利要求5所述的一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，所述预警和告警推送机制流程为：

预警流程：

预警限值≤数据≤告警限值，则推送预警，并同时推送预警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式；

告警流程：

数据≥告警限值，则推送告警，并同时推送告警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式。

7.根据权利要求1所述的一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，所述安全信息设置模块安全登录方式包括指纹登录、人脸识别登录以及密码登录。

8.根据权利要求1所述的一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，所述网络接口模块用于实现数据采集和数据发布。

9.根据权利要求1所述的一种基于移动互联技术的智能环保与能源监控预警平台，其特征是，其运行模式和关键步骤如下：

A、监视模式：

(1)对产线各工序基础自动化进行分布式采集、清洗，集中存储、整理；

(2)将整理后的数据通过服务器发布到网络运营商Internet，利用移动端设备接入平台；

(3)依移动端安装操作系统环境，安装Web浏览器或APP，对用户展示平台数据；

B、预警智能推送模式：

(1)预警和告警推送：

预警限值≤数据≤告警限值，则推送预警，并同时推送预警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式；

数据≥告警限值，则推送告警，并同时推送告警处置预案，包含处置步骤、对应联系人及联系方式；

(2)为避免同一指标反复推送而降低用户体验，采取以下方法：

用户在移动端自主设定预警和告警关键数据指标、推送间隔时间；移动端接收到预警或告警后，用户在移动端对预警和告警进行手动确认，此条预警或告警按照推送规则，在一定时间范围内不再重复推送；在平台数据库循环对已确认的推送告警数据比较，当该数据恢复到安全范围内，停止比较，并推送安全告知；

移动互联安全接入控制策略

接入控制策略：系统使用三码绑定技术，既设备电子序列号ESN、国际移动用户标识码IMSI、移动办公帐号绑定，通过管理员手工输入、文件导入或客户端首次访问自动获取、后台管理员人工审核等方式，指定特定终端的持有者才可以访问特定的应用，当用户更换终端时，需通知管理员变更授权的设备信息，否则将无法使用，有效保证了用户重要数据的安全性，一个账户同一时间只能在一台设备上登陆；

数据采集工控安全策略

在硬件架构中，分两级设计了网络防火墙，用以防止对工厂内部办公网络和工控网络的主动攻击，做到分级隔离；

数采网关设备将数据单向采集、就地暂存、向数据库服务器传递实时数据，单向采集技术方式通过数采网关设备接口隔离、以及部署在硬件中的软件配置，可以有效阻隔上层应用系统下传指令、病毒数据到生产系统，确保工控信息安全，当出现网络故障导致数据传输中断时，数据在数采网关设备进行暂存，待网络恢复后重新上传，确保数据采集的完整性。