CN113794953A - 一种基于5g网络的石英矿远程数据监控无线报警系统 - Google Patents

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卢佩庆
丁蕾
袁希亮
王安乐
司文凯
李学武
徐苗
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Abstract

本发明公开了一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，包括一主站IO数据采集设备、若干从站IO数据采集设备、一5G服务器、若干5G通讯设备、一主站现场触摸屏和若干从站现场触摸屏，所述主站IO数据采集设备、若干所述从站IO数据采集设备、所述5G服务器、若干所述5G通讯设备、所述主站现场触摸屏和若干所述从站现场触摸屏基于5G网络和以太网的传输协议组成通信网络。本发明更加智能化、工业化，故障排查更加容易，排障和生产可以同时进行，降低了矿山生产中造成的损失，数据采集发送更加集中，使用5G网络的联网控制方式以及分布式IO控制生产的方式，可以不必使用大量的电缆以及通讯网线，节省了大量的成本。

Description

一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统
技术领域
本发明涉及石英矿生产机械的控制系统技术领域，具体为一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统。
背景技术
安全生产监控在石英矿生产行业已成为重点问题。在石英矿监管部门集中、实时监控所辖各石英矿的安全监测数据有重大意义。
目前石英矿生产数据采集、信息方面的缺点：
a.现场所有的控制信号通过控制电缆采集发送到远处的控制柜，通过每一台控制柜内的CPU经过信息处理发送到现场设备，之间距离较远，大量的信号通过电缆传递采集易造成相互之间的干扰，而且使用大量的电缆网线，成本较高。
b.信息数据采集汇总到上位机上，通过这一处的上位机才能看到整体的信息状况，当生产操作和设备故障同时发生时不利于两者同时进行，往往故障不能得到迅速的处理。
随着5G技术的完善，5G网络逐渐开始全面推广。相对于4G技术，5G通讯技术不仅传输速度和效率更高，而且具备很高的兼容性，可以实现多制式、多模式的结合。再者西门子300系列的PLC即将停产，改由主流支持以太网的1200系列PLC取代，因此，无论从网络性能，还是经济性考虑一种新的基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，更加智能化、工业化，故障排查更加容易，排障和生产可以同时进行，降低了矿山生产中造成的损失，数据采集发送更加集中，使用5G网络的联网控制方式以及分布式IO控制生产的方式，可以不必使用大量的电缆以及通讯网线，节省了大量的成本，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，包括一主站IO数据采集设备、若干从站IO数据采集设备、一5G服务器、若干5G通讯设备、一主站现场触摸屏和若干从站现场触摸屏；
所述主站IO数据采集设备、若干所述从站IO数据采集设备、所述5G服务器、若干所述5G通讯设备、所述主站现场触摸屏和若干所述从站现场触摸屏基于5G网络和以太网的传输协议组成通信网络，所述主站IO数据采集设备和若干所述从站IO数据采集设备分别集成在主站PLC上和若干从站PLC上；
所述主站IO数据采集设备和若干所述从站IO数据采集设备通过所述5G服务器、5G通讯设备进行通讯，所述主站IO数据采集设备读写主站PLC对应的参数和指令，并周期地的输入信息，在所述5G服务器运算后向各从站PLC发出动作信号，对整个网络进行硬件组态，定义各生产部门的名称及IP地址，从而来监控生产现场；
所述主站现场触摸屏和若干所述从站现场触摸屏用于显示各生产部门的主站PLC和从站PLC的运行、故障数据，并可以进行报警时间的逻辑调整及控制。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，所述主站IO数据采集设备分别通过以太网与主站PLC、所述主站现场触摸屏双向通信连接，所述从站IO数据采集设备分别通过以太网与从站PLC、所述从站现场触摸屏双向通信连接，所述主站IO数据采集设备和所述从站IO数据采集设备均通过所述5G通讯设备与所述5G服务器双向通信连接。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，所述5G通讯设备采用5G DTU。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，所述主站现场触摸屏和若干所述从站现场触摸屏均采用西门子TP700寸PN触摸屏。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，还包括身份认证模块，用于对使用者的身份进行认证。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，所述身份认证模块包括身份认证器和身份认证单元，所述身份认证器集成在所述主站现场触摸屏上，所述身份认证单元设置在所述5G服务器中。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，所述身份认证模块包括：
S11、所述身份认证单元获取所述身份认证器的账户地址，并根据账户地址向所述身份认证器发送签名页面请求；
S12、所述身份认证器接收签名页面请求，根据签名页面请求将签名页面指令发送至所述身份认证单元；
S13、所述身份认证单元接收签名页面指令并展示签名页面，接收使用者的选取指令，并根据选取指令在签名页面上确定目标文件数据，在接收到使用者对目标文件数据的签名指令后，在签名页面上显示个人识别码验证页面，并接收使用者基于个人识别码验证页面输入的个人识别码，将个人识别码发送至所述身份认证器；
S14、所述身份认证器接收个人识别码，将个人识别码与预设个人识别码比对，在比对通过后，语音提示使用者进行身份验证，身份验证通过后使用私钥对目标文件数据进行签名，得到签名文件数据，并将签名文件数据发送至所述身份认证单元；
S15、所述身份认证单元接收签名文件数据，以在目标文件数据进行签名时完成身份认证。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，所述身份认证器采用密码认证、指纹认证中的任意一种或两种的组合。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，所述5G服务器中设置有5G网络测试模块，用于对所述5G服务器和所述5G通讯设备组成的5G网络的网络状况进行测试。
作为本发明的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统优选的，所述5G网络测试模块对所述5G服务器和所述5G通讯设备组成的5G网络的网络状况进行测试包括：
S21.采用用于检测5G网络状况的预设传输协议，发送数据报文，得到用于表征网络状况的参数指标；
S22.判断参数指标是否满足预设优良条件；
S23.若是，则确定5G网络状况良好，否则，确定5G网络状况差。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、设备更加智能化、工业化，设置简单，操作方便，节省了大量的人力物力。
2、故障排查更加容易，人员操作更加方便，排障和生产可以同时进行，降低了矿山生产中造成的损失。
3、数据采集发送更加集中，相关的操作人员使用的终端设备可以清晰明了的查看数据、操作设备。
4、使用5G网络的联网控制方式以及分布式IO控制生产的方式，可以不必使用大量的电缆以及通讯网线，节省了大量的成本。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明的另一种实施例的身份认证模块的框架示意图；
图3为本发明的身份认证模块的流程示意图；
图4为本发明的又一种实施例的5G服务器的框架示意图；
图5为本发明的5G网络测试模块的网络测试流程示意图。
图中：1、主站IO数据采集设备；2、从站IO数据采集设备；3、5G服务器；4、5G通讯设备；5、主站现场触摸屏；6、从站现场触摸屏；7、主站PLC；8、从站PLC；9、身份认证模块；901、身份认证器；902、身份认证单元；10、5G网络测试模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，包括一主站IO数据采集设备1、若干从站IO数据采集设备2、一5G服务器3、若干5G DTU、一主站现场触摸屏5和若干从站现场触摸屏6，5G DTU采用5G DTU，所述主站现场触摸屏5和若干所述从站现场触摸屏6均采用西门子TP700 7寸PN触摸屏；
所述主站IO数据采集设备1分别通过以太网与主站PLC7、所述主站现场触摸屏5双向通信连接，所述从站IO数据采集设备2分别通过以太网与从站PLC8、所述从站现场触摸屏6双向通信连接，所述主站IO数据采集设备1和所述从站IO数据采集设备2均通过所述5GDTU与所述5G服务器3双向通信连接，所述主站IO数据采集设备1和若干所述从站IO数据采集设备2分别集成在主站PLC7上和若干从站PLC8上；
所述主站IO数据采集设备1和若干所述从站IO数据采集设备2通过所述5G服务器3、5G DTU进行通讯，所述主站IO数据采集设备1读写主站PLC7对应的参数和指令，并周期地的输入信息，在所述5G服务器3运算后向各从站PLC8发出动作信号，对整个网络进行硬件组态，定义各生产部门的名称及IP地址，从而来监控生产现场；
所述主站现场触摸屏5和若干所述从站现场触摸屏6用于显示各生产部门的主站PLC7和从站PLC8的运行、故障数据，并可以进行报警时间的逻辑调整及控制。
通过IO数据采集设备2、所述5G服务器3、若干所述5G DTU、所述主站现场触摸屏5和若干所述从站现场触摸屏的配合组网，基于5G网络的支持，将分散在石英矿各个生产部门的实时数据传送到监控中心服务器集中监控监察，对生产中产生的问题提供实时报警，并具有一定时限的历史数据备份功能。
下面以某石英矿举例，某石英矿中有4台设备之间需要进行数据传输，因4台设备相距较远，其最远相距达2公里。考虑到安装、现场环境等因素，故使用5G网络及互联网，实现现场设备的远程访问，采用5G/以太网方式实现通信。
工作原理：定义其中1个为主站，另3个为从站，将IO数据采集设备安装到PLC上，使用5G DTU与各IO数据采集设备相连，将主站的IO数据采集设备采集的PLC数据转换成5G数据上传到5G服务器，5G服务器再根据发送的不同数据进行分析，将分析后的数据根据不同的需要传送到不同的从站PLC。同时，不同的从站的IO数据采集设备采集的PLC数据通过以太网传送到5G DTU，5G DTU再传送到5G服务器，5G服务器经过分析后再传送给主站PLC。
工作内容说明：
1.通过5G网络信号接收监控及报警信号，如采砂船及二级泵站等处(即需要监控断电信号处三处)，通过DI输入给原PLC控制系统。
2.当报警信号出现时，可在主站及从站的触摸显示屏上出现提示。
3.当报警信号解除时，可在主站及从站的触摸显示屏上出现提示。
4.当设备正常运行时，可在主站及从站的触摸显示屏上进行数据监视。
监控断电信号三处中的任意一处出现断电时，另外一处或两处都可以按照用户要求设定延迟及联动报警，同时将数据通过5G服务器传输给原控制系统，以便其用来控制设备启停。如：采砂船处出现断电信号时，二级泵站同时报警，选矿厂在采砂船报警5分钟后报警。
实施例2
请参阅图2和图3，与实施例1的不同之处在于：
还包括身份认证模块9，用于对使用者的身份进行认证，所述身份认证模块9包括身份认证器901和身份认证单元902，所述身份认证器901集成在所述主站现场触摸屏5上，所述身份认证器901采用密码认证、指纹认证中的任意一种或两种的组合，所述身份认证单元902设置在所述5G服务器3中；
其具体步骤为：
S11、所述身份认证单元902获取所述身份认证器901的账户地址，并根据账户地址向所述身份认证器901发送签名页面请求；
S12、所述身份认证器901接收签名页面请求，根据签名页面请求将签名页面指令发送至所述身份认证单元902；
S13、所述身份认证单元902接收签名页面指令并展示签名页面，接收使用者的选取指令，并根据选取指令在签名页面上确定目标文件数据，在接收到使用者对目标文件数据的签名指令后，在签名页面上显示个人识别码验证页面，并接收使用者基于个人识别码验证页面输入的个人识别码，将个人识别码发送至所述身份认证器901；
S14、所述身份认证器901接收个人识别码，将个人识别码与预设个人识别码比对，在比对通过后，语音提示使用者进行身份验证，身份验证通过后使用私钥对目标文件数据进行签名，得到签名文件数据，并将签名文件数据发送至所述身份认证单元902；
S15、所述身份认证单元902接收签名文件数据，以在目标文件数据进行签名时完成身份认证。
通过身份认证器901和身份认证单元902组成的身份认证模块9可对主站使用者身份进行验证，只有在验证通过后才能进行操作，保证了系统的安全性。
实施例3
请参阅图4和图5，与实施例1的不同之处在于：
所述5G服务器3中设置有5G网络测试模块10，用于对所述5G服务器3和所述5G通讯设备4组成的5G网络的网络状况进行测试。
所述5G网络测试模块10对所述5G服务器3和所述5G通讯设备4组成的5G网络的网络状况进行测试的具体步骤为：
S21.采用用于检测5G网络状况的预设传输协议，发送数据报文，得到用于表征网络状况的参数指标；
S22.判断参数指标是否满足预设优良条件；
S23.若是，则确定5G网络状况良好，否则，确定5G网络状况差。
通过5G网络测试模块10可在5G组网后对5G网络连接状况进行测试，以确保网络处于良好状况，若网络状况较差可及时发现后再进行配置，避免影响生产和排障。
综上所述，本发明使得石英矿设备更加智能化、工业化，设置简单，操作方便，节省了大量的人力物力；故障排查更加容易，人员操作更加方便，排障和生产可以同时进行，降低了矿山生产中造成的损失；数据采集发送更加集中，相关的操作人员使用的终端设备可以清晰明了的查看数据、操作设备；使用5G网络的联网控制方式以及分布式IO控制生产的方式，可以不必使用大量的电缆以及通讯网线，节省了大量的成本。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：包括一主站IO数据采集设备(1)、若干从站IO数据采集设备(2)、一5G服务器(3)、若干5G通讯设备(4)、一主站现场触摸屏(5)和若干从站现场触摸屏(6)；
所述主站IO数据采集设备(1)、若干所述从站IO数据采集设备(2)、所述5G服务器(3)、若干所述5G通讯设备(4)、所述主站现场触摸屏(5)和若干所述从站现场触摸屏(6)基于5G网络和以太网的传输协议组成通信网络，所述主站IO数据采集设备(1)和若干所述从站IO数据采集设备(2)分别集成在主站PLC(7)上和若干从站PLC(8)上；
所述主站IO数据采集设备(1)和若干所述从站IO数据采集设备(2)通过所述5G服务器(3)、5G通讯设备(4)进行通讯，所述主站IO数据采集设备(1)读写主站PLC(7)对应的参数和指令，并周期地的输入信息，在所述5G服务器(3)运算后向各从站PLC(8)发出动作信号，对整个网络进行硬件组态，定义各生产部门的名称及IP地址，从而来监控生产现场；
所述主站现场触摸屏(5)和若干所述从站现场触摸屏(6)用于显示各生产部门的主站PLC(7)和从站PLC(8)的运行、故障数据，并可以进行报警时间的逻辑调整及控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：所述主站IO数据采集设备(1)分别通过以太网与主站PLC(7)、所述主站现场触摸屏(5)双向通信连接，所述从站IO数据采集设备(2)分别通过以太网与从站PLC(8)、所述从站现场触摸屏(6)双向通信连接，所述主站IO数据采集设备(1)和所述从站IO数据采集设备(2)均通过所述5G通讯设备(4)与所述5G服务器(3)双向通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：所述5G通讯设备(4)采用5G DTU。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：所述主站现场触摸屏(5)和若干所述从站现场触摸屏(6)均采用西门子TP700 7寸PN触摸屏。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：还包括身份认证模块(9)，用于对使用者的身份进行认证。
6.根据权利要求5所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：所述身份认证模块(9)包括身份认证器(901)和身份认证单元(902)，所述身份认证器(901)集成在所述主站现场触摸屏(5)上，所述身份认证单元(902)设置在所述5G服务器(3)中。
7.根据权利要求6所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：所述身份认证模块(9)包括：
S11、所述身份认证单元(902)获取所述身份认证器(901)的账户地址，并根据账户地址向所述身份认证器(901)发送签名页面请求；
S12、所述身份认证器(901)接收签名页面请求，根据签名页面请求将签名页面指令发送至所述身份认证单元(902)；
S13、所述身份认证单元(902)接收签名页面指令并展示签名页面，接收使用者的选取指令，并根据选取指令在签名页面上确定目标文件数据，在接收到使用者对目标文件数据的签名指令后，在签名页面上显示个人识别码验证页面，并接收使用者基于个人识别码验证页面输入的个人识别码，将个人识别码发送至所述身份认证器(901)；
S14、所述身份认证器(901)接收个人识别码，将个人识别码与预设个人识别码比对，在比对通过后，语音提示使用者进行身份验证，身份验证通过后使用私钥对目标文件数据进行签名，得到签名文件数据，并将签名文件数据发送至所述身份认证单元(902)；
S15、所述身份认证单元(902)接收签名文件数据，以在目标文件数据进行签名时完成身份认证。
8.根据权利要求7所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：所述身份认证器(901)采用密码认证、指纹认证中的任意一种或两种的组合。
9.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：所述5G服务器(3)中设置有5G网络测试模块(10)，用于对所述5G服务器(3)和所述5G通讯设备(4)组成的5G网络的网络状况进行测试。
10.根据权利要求9所述的一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，其特征在于：所述5G网络测试模块(10)对所述5G服务器(3)和所述5G通讯设备(4)组成的5G网络的网络状况进行测试包括：
S21.采用用于检测5G网络状况的预设传输协议，发送数据报文，得到用于表征网络状况的参数指标；
S22.判断参数指标是否满足预设优良条件；
S23.若是，则确定5G网络状况良好，否则，确定5G网络状况差。
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