CN112004205A - 一种基于窄带物联网的工业数据采集系统及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于窄带物联网的工业数据采集系统，包括：N套蓝牙采集器，每套蓝牙采集器用于采集并发送工业数据，N≥1且为正整数；包括蓝牙的窄带蜂窝物联网NB‑IoT采集器，与N套蓝牙采集器建立通信连接，用于接收N套蓝牙采集器发送的工业数据；NB‑IoT发送器，与NB‑IoT采集器相连，用于将工业数据发送至NB‑IoT基站，以使NB‑IoT基站将工业数据提交至服务器；由于采用了NB‑LOT结合蓝牙通信实时采集生产数据，克服了生产线工位数据采集有线连接的牵制，有利于及时发现生产瓶颈并实时调度生产、平衡产能，以改善产品品质，保证产品交货期。

Description

一种基于窄带物联网的工业数据采集系统及采集方法

技术领域

本申请涉及工业数据采集技术领域，尤其涉及一种基于窄带物联网的工业数据采集系统及采集方法。

背景技术

目前工业生产线数据采集终端必须通过RS485或TCP/IP有线方式与PC工作站或主服务器连接通讯，这将造成增加布线成本、不便随时随地采集生产数据和移动管理的缺陷。

随着5G物联网的应用，基于窄带物联网的NB-IoT智能生产数据采集技术开始发展。目前在生活领域，如燃气表、电表、水表、停车领域已经得到了应用，但由于NB-IoT网络是新的通讯技术，目前基站网络尚不健全，只能实现大面积覆盖，但对于集中在工业车间内的密集设备，NB-IoT信号不能良好覆盖，特别是很多生产车间本身具备很强的信号屏蔽效果，导致NB-LOT基站信号覆盖比较差，影响数据的有效传输，因此目前在工业生产中还无有效的NB-IoT解决方案。另外NB-IoT模组及资费成本高，若每种需要采集的工业数据均使用NB-IoT网络进行传输，将产生大量经济成本，也在一定程度上影响了NB-IoT智能数据采集终端在工业生产中的推广。

发明内容

本发明提供了一种基于窄带物联网的工业数据采集系统及采集方法，以解决或者部分解决NB-IoT因为信号不能良好覆盖，无法在工业数据采集领域进行有效实施的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于窄带物联网的工业数据采集系统，包括：

N套蓝牙采集器，每套蓝牙采集器用于采集并发送工业数据，N≥1且为正整数；

包括蓝牙的窄带蜂窝物联网NB-IoT采集器，与N套蓝牙采集器建立通信连接，用于接收N套蓝牙采集器发送的工业数据；

NB-IoT发送器，与NB-IoT采集器相连，用于将工业数据发送至NB-IoT基站。

可选的，NB-IoT发送器为NB-IoT天线。

可选的，NB-IoT采集器设置在室内，NB-IoT天线设置在室内或室外。

可选的，蓝牙采集器通信连接光电检测传感器。

可选的，N套蓝牙采集器和NB-IoT采集器与移动智能电子设备建立通信连接，以使移动智能电子设备控制N套蓝牙采集器和NB-IoT采集器进行工业数据的采集与发送。

可选的，工业数据包括：图像数据、音频数据、温度数据、湿度数据、工艺参数、设备运行数据、产品信息中的至少一种。

可选的，工业数据采集系统还包括与NB-IoT基站连接的工业数据服务器，工业数据服务器包括生产制造执行MES系统；工业数据服务器用于接收NB-IoT基站发送的工业数据，MES系统用于对工业数据进行MES数据分析。

进一步的，工业数据包括蓝牙采集器的地址编码，MES系统根据地址编码确定蓝牙采集器对应的工作站，并根据工作站对工业数据进行MES数据分析。

基于前述技术方案相同的发明构思，本发明还提供了一种基于窄带物联网的工业数据采集方法，应用于上述技术方案中的工业数据采集系统，工业数据采集方法包括：

控制N套蓝牙采集器采集并发送工业数据至NB-IoT采集器；

控制NB-IoT采集器将工业数据通过NB-IoT发送器发送至NB-IoT基站，以使NB-IoT基站将工业数据提交至工业数据服务器。

可选的，工业数据包括蓝牙采集器的地址编码；在NB-IoT基站将工业数据提交至工业数据服务器之后，工业数据采集方法还包括：

根据地址编码，确定蓝牙采集器对应的工作站；

根据工作站对工业数据进行生产制造执行MES数据分析。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种基于窄带物联网的工业数据采集系统，通过N套蓝牙采集器采集工业数据，包括蓝牙的NB-IoT采集器接收、汇总工业数据并通过NB-IoT发送器发送至NB-IoT基站；上述方案通过NB-LOT结合蓝牙通信实现了生产数据的实时采集，克服了生产线工位数据采集有线连接的牵制，既降低了布线成本，简约生产环境，又能随时随地采集生产数据和进行生产管理，能够及时发现生产瓶颈并实时调度生产、平衡产能，以改善产品品质，保证产品交货期。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的基于窄带物联网的工业数据采集系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的整合了工业数据服务器和MES分析的工业数据采集系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的基于窄带物联网的工业数据采集方法的流程示意图；

附图标记说明：

10、蓝牙采集器；20、NB-IoT采集器；30、NB-IoT发送器；40、NB-IoT基站；50、工业数据服务器。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

为了解决NB-IoT不能良好的进行工业数据采集的问题，在一个可选的实施例中，如图1所示，提出了一种基于窄带物联网的工业数据采集系统，包括：

N套蓝牙采集器10，每套蓝牙采集器10用于采集并发送工业数据，N≥1且为正整数；

包括蓝牙的窄带蜂窝物联网NB-IoT采集器20，与N套蓝牙采集器10建立通信连接，用于接收N套蓝牙采集器10发送的工业数据；

NB-IoT发送器30，与NB-IoT采集器20相连，用于将工业数据发送至NB-IoT基站40。

可选的，NB-IoT基站将工业数据提交至工业数据服务器。

具体的，在工业产线上布置有多种工业设备，通过各种数据采集器对相应的工业数据进行采集。以光电传感器为例，其是采用光电元件作为检测元件的传感器，其基本原理是以光电效应为基础，把被测量的光信号的变化转换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。光电传感器广泛应用在半导体工业、钢铁制造业、汽车制造业等；同时在产线上还设有视频采集器、温度采集器、湿度采集器以及每种设备对应的设备参数采集器等，涉及到的工业数据包括：图像数据、音频数据、温度数据、湿度数据、工艺参数、设备运行数据、产品信息中的至少一种。

为了实现对多种工业数据的采集，本实施例中每套蓝牙采集器10与对应的光电传感器、视频采集器、音频采集器等数据采集装置建立通信连接，用于接收各类传感器、采集设备采集的工业数据并将其发送至NB-IoT采集器20。NB-IoT采集器20用于汇总所有蓝牙采集器10发送的工业数据，将其通过与NB-IoT采集器20相连的NB-IoT发送器30发送至NB-IoT基站40。

NB-IoT采集器20的具体安装位置可根据需要覆盖的蓝牙接收器确定。对于大型车间，也可以设置多个NB-IoT采集器20，实现对所有蓝牙采集器10的全覆盖。

可选的，NB-IoT发送器30为NB-IoT天线。当使用NB-IoT天线时，可将NB-IoT采集器20设置在室内，即车间内靠近外部空间的位置，然后将NB-IoT天线设置在室内或室外，优选室外，即靠近NB-IoT采集器20的车间外部，如此既不影响NB-IoT采集器20汇总各个蓝牙采集器10的数据，又可以提高NB-IoT天线向NB-IoT基站40发送数据的传输效率。

可选的，NB-IoT天线可使用的频段范围包括700～2100MHz；优选使用1800MHz、2100MHz频段。

可选的，N套蓝牙采集器10和NB-IoT采集器20与移动智能电子设备建立通信连接，以使移动智能电子设备控制N套蓝牙采集器10和NB-IoT采集器20进行工业数据的采集与发送。可选的，移动智能电子设备包括智能手机、平板电脑、PDA等手持智能设备，通过在移动智能电子设备的APP中可以控制并设定工业数据的采集与发送频率。

通过在产线上实施NB-IoT/蓝牙双模方案，利用NB-IoT基于超窄带、反复传输、精简网络协议等原理，并通过牺牲一定速率、时延和移动功能，去获取面向低功耗广域物联网的承载能力，将NB-IoT应用于工业数据采集领域，主要有以下几大特点：

海量接入：相同基站覆盖条件下，NB-IoT技能是其它无线技能接入数的50至100倍，每个扇区能够保证接入10万个终端。

功耗较低：在针对许多使用电池供电的设备和局面，NB-IoT的低功耗特性能够保证设备续航时间，从几个月大幅提升到几年，因此显著降低了频繁更换电池带来的不便。

覆盖超强：NB-IoT的覆盖能力是LTE的100倍；在结合了蓝牙功能，解决了在工业产线现场中布置NB-IoT是面临的信号较差的问题后，不但能够满足工业产线的大范围覆盖需求，同样适用于对深度覆盖有要求的地下应用，例如对于钢铁制造业，一些设备通常布置在地下。

适用面广：由于选取授权频段上的蜂窝网络技能，NB-IoT无需重新建网，射频和天线也基本上都能够复用。

降低成本：相比于每台工业数据采集装置分别加装NB-IoT通信模块，通过NB-IoT网络上传数据，根据本实施例中先通过蓝牙汇总数据，再统一通过NB-IoT采集器和NB-IoT发送器发送工业数据，能够显著减少NB-IoT通信模块的铺设数量和通信资源占用，避免每一套蓝牙采集器与NB-IoT基站网络直接建立通信，影响整体通信质量；再结合工业产线中应用的NB-IoT方案具有低功耗、低带宽和低速率的特性，能够降低整个NB-IoT方案的芯片成本、模组成本和运营成本。

因此，在工业数据采集时使用NB-IoT方案，能够解决传统数据采集装置布线复杂以及移动不方便的问题，方便生产调度管理和生产线产能平衡。

总的来说，本实施例提供了一种基于窄带物联网的工业数据采集系统，通过N套蓝牙采集器采集工业数据，包括蓝牙的NB-IoT采集器接收、汇总工业数据并通过NB-IoT发送器发送至NB-IoT基站；上述方案通过NB-LOT结合蓝牙通信实现了生产数据的实时采集，克服了生产线工位数据采集有线连接的牵制，既降低了布线成本，简约生产环境，又能随时随地采集生产数据和进行生产管理，能够及时发现生产瓶颈并实时调度生产、平衡产能，以改善产品品质，保证产品交货期。

基于前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，如图2所示，

工业数据采集系统还包括与NB-IoT基站40连接的工业数据服务器50，工业数据服务器50包括生产制造执行MES系统；工业数据服务器50用于接收NB-IoT基站40发送的工业数据，MES系统用于对工业数据进行MES数据分析。

本实施例提供的工业数据采集系统还整合了工业的生产制造执行MES数据分析系统，通过NB-IoT基站40将采集的工业数据发送至工业数据服务器50进行存储、管理和MES分析。通过将工业数据采集系统与MES数据分析进行整合，打通了工业数据采集、管理、分析全链条流程，提高了工业数据采集、分析的效率。

可选的，工业数据包括蓝牙采集器10的地址编码，MES系统根据地址编码确定蓝牙采集器10对应的工作站，并根据工作站对工业数据进行MES数据分析。

具体的，对于一些大型工厂，通常在较大范围设有多个产线园区，而各个产线上的生产数据需要统一汇总在云端进行MES分析，而工业数据具有多源异构的特点，不同来源的工业数据具有不同的数据结构，且需求不同的分析工具才能实施MES数据分析，为了准确的实施MES分析，采取：云端的工业数据服务器50可以根据数据的来源(即蓝牙采集器10的地址编码)，确定某蓝牙采集器10对应的工作站(数据产生设备)，根据工作站的信息或参数确定MES分析的类型和输入量，从而实现海量、多源异构工业数据的MES分析；如此能够同时提高海量工业数据的管理效率和分析效率。

接下来以光电检测装置(光电传感器)为例，对上述方案的实施过程进行说明：

N套蓝牙采集器10根据生产不同需求与光电检测装置配对，并加装摄像仪，通过光电检测装置检测到产品，将光电信号转换成数字信号，然后传输至蓝牙采集器10。蓝牙采集器10检测到产品的数字信号或者连同摄像装置的拍照图片一起，通过蓝牙通信方式传递给带有蓝牙功能的NB-IoT采集器20，NB-LOT采集器实时通过NB-LOT天线将数据上传至NB-IOT基站40，然后通过云服务提交到公司的工业数据服务器50的生产制造执行MES系统进行处理，MES系统根据蓝牙采集器10的地址确定蓝牙采集器10对应的工作站，进而实现产线数据的实时共享、分析，可实时查看生产设备运行状态，即时呼叫维修人员对生产设备进行维护，实时对生产线各工位进行生产调度。形成“内网”“外网”一体化，既节约了PC配置和网络布线的费用，又简约了生产环境，并且实现了工业生产线生产数据的实时采集管理。NB-IoT采集器20以及蓝牙采集器10可以与手机、平板电脑建立通信连接，通过APP设置地址、数据采集周期等参数，简单、方便的实施工业数据采集且成本极低。

基于前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，如图3所示，提供了一种基于窄带物联网的工业数据采集方法，应用于上述实施例的工业数据采集系统，包括：

S1：控制N套蓝牙采集器10采集并发送工业数据至NB-IoT采集器20；

S2：控制NB-IoT采集器20将工业数据通过NB-IoT发送器30发送至NB-IoT基站40，以使NB-IoT基站40将工业数据提交至工业数据服务器50。

可选的，工业数据包括蓝牙采集器10的地址编码；在NB-IoT基站40将工业数据提交至工业数据服务器50之后，工业数据采集方法还包括：

S3：根据地址编码，确定蓝牙采集器10对应的工作站；

S4：根据工作站对工业数据进行生产制造执行MES数据分析。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种基于窄带物联网的工业数据采集系统，通过N套蓝牙采集器采集工业数据，包括蓝牙的NB-IoT采集器接收、汇总工业数据并通过NB-IoT发送器发送至NB-IoT基站；上述方案通过NB-LOT结合蓝牙通信实现了生产数据的实时采集，克服了生产线工位数据采集有线连接的牵制，既降低了布线成本，简约生产环境，又能随时随地采集生产数据和进行生产管理，能够及时发现生产瓶颈并实时调度生产、平衡产能，以改善产品品质，保证产品交货期。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于窄带物联网的工业数据采集系统，其特征在于，所述工业数据采集系统包括：

N套蓝牙采集器，每套所述蓝牙采集器用于采集并发送工业数据，N≥1且为正整数；

包括蓝牙的窄带蜂窝物联网NB-IoT采集器，与所述N套蓝牙采集器建立通信连接，用于接收所述N套蓝牙采集器发送的所述工业数据；

NB-IoT发送器，与所述NB-IoT采集器相连，用于将所述工业数据发送至NB-IoT基站。

2.如权利要求1所述的工业数据采集系统，其特征在于，所述NB-IoT发送器为NB-IoT天线。

3.如权利要求2所述的工业数据采集系统，其特征在于，所述NB-IoT采集器设置在室内，所述NB-IoT天线设置在室内或室外。

4.如权利要求1所述的工业数据采集系统，其特征在于，所述蓝牙采集器通信连接光电检测传感器。

5.如权利要求1所述的工业数据采集系统，其特征在于，所述N套蓝牙采集器和所述NB-IoT采集器与移动智能电子设备建立通信连接，以使所述移动智能电子设备控制所述N套蓝牙采集器和所述NB-IoT采集器进行所述工业数据的采集与发送。

6.如权利要求1所述的工业数据采集系统，其特征在于，所述工业数据包括：图像数据、音频数据、温度数据、湿度数据、工艺参数、设备运行数据、产品信息中的至少一种。

7.如权利要求1所述的工业数据采集系统，其特征在于，所述工业数据采集系统还包括与所述NB-IoT基站连接的工业数据服务器，所述工业数据服务器包括生产制造执行MES系统；所述工业数据服务器用于接收所述NB-IoT基站发送的所述工业数据，所述MES系统用于对所述工业数据进行MES数据分析。

8.如权利要求7所述的工业数据采集系统，其特征在于，所述工业数据包括所述蓝牙采集器的地址编码，所述MES系统根据所述地址编码确定所述蓝牙采集器对应的工作站，并根据所述工作站对所述工业数据进行MES数据分析。

9.一种基于窄带物联网的工业数据采集方法，其特征在于，应用于如权利要求1～8任一项所述工业数据采集系统，所述工业数据采集方法包括：

控制所述N套蓝牙采集器采集并发送所述工业数据至所述NB-IoT采集器；

控制所述NB-IoT采集器将所述工业数据通过所述NB-IoT发送器发送至所述NB-IoT基站，以使所述NB-IoT基站将所述工业数据提交至工业数据服务器。

10.如权利要求9所述的工业数据采集方法，其特征在于，所述工业数据包括所述蓝牙采集器的地址编码；在所述NB-IoT基站将所述工业数据提交至所述工业数据服务器之后，所述工业数据采集方法还包括：

根据所述地址编码，确定所述蓝牙采集器对应的工作站；

根据所述工作站对所述工业数据进行生产制造执行MES数据分析。

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