CN115004270B - 一种工业设备和装置的监控报警系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业设备和装置的监控报警系统及方法，即一种工业设备和装置的监控报警系统(100)，所述工业设备和装置的监控报警系统(100)与包括工业设备和装置的监控对象(101)连接，以便监控异常现象或情况，能够实时、自动地、更加精准地对监控对象的异常现象进行监控和报警，所述工业设备和装置的监控报警系统(100)包括：动作设置单元(110)，通过物理连接监控对象，以接收监控对象出现的外部信号；影像单元(120)，通过实时拍摄监控对象以收集影像数据；信号设置单元(130)，用于设置监控方式，与动作设置单元(110)和影像单元(120)联动，以便从外部信号和影像数据中识别特定信号；分析单元(140)，搭载根据信号设置单元(130)的设定值而适用的监控方式算法的计算机程序，以便从监控对象识别符合异常条件的异常现象或情况；设置单元(150)，由显示装置构成，由管理员设置异常条件，并与信号设置单元(130)和分析单元(140)联动，以进行实时监控。

Description

一种工业设备和装置的监控报警系统及方法
技术领域
本发明涉及一种工业设备和装置的监控报警系统及方法，以在各种工业现场使用的设备和装置为监控对象，并利用从监控对象出现的信号以及拍摄监控对象的影像数据，实时监控异常现象并进行报警，以确保安全。
背景技术
设置在各种工业现场或日常空间的设备和装置，在运行过程中，可能会因其内部和外部因素而出现火灾、气体泄露、盗窃、非法侵入、紧急情况、违规等异常现象或情况。
一般来说，这些工业设备和装置的异常情况在很多时候是意外出现的，尤其是在人工难以监控的情况下屡屡出现，因此，仅仅依靠将监控人员安排在现场来用肉眼进行监控的体系存在监控的准确度低和效率低的局限性。
因此，在大多数工业现场，都构建并应用了使用摄像头的影像监控系统或使用传感器的监控系统。
例如，韩国授权专利第10-0323651号的无人影像监控系统，包括：无人监控装置，包括，监控装置驱动单元，用于在监控对象的区域周围进行空间移动，摄像头，设置在监控装置驱动单元，通过预设的旋转角度旋转来拍摄监控对象区域内的监控对象，并将摄像头拍摄的影像信号经过信号处理后通过无线传输；管理装置，接收由无人监控装置传输的影像信号后，经过信号处理将其显示在屏幕上；无线通信网络，通过无线通信网络，实现无人监控装置和管理装置之间发送和接收信号。
另一示例，韩国授权专利第10-1167439号的输电设备监控系统，包括：多个感应装置，分别设置在包括输电塔和输电线路的多个输电设备上，以感应输电线路的物理信息；无线传输装置，接收感应装置获得的输电设备的物理信息，并将其通过无线通信传输；中心管理服务器，接收无线传输装置的输电设备的物理信息，对其进行数据库化，并实时监测该信息，从而能够通过无线传输装置提供控制信号。
另一示例，韩国授权专利第10-0781133号的公路交通安全设施的影像监控系统，包括：摄像头，向外部突出地设置在公路交通安全设施上，以拍摄周边的影像；物体感应传感器，在摄像头的侧面至少设置一个以上，以感应与物体之间的分隔距离，当物体接触时，输出活动信号；数码摄录机，设置在公路交通安全设施的内部，当从物体感应器输入到活动信号时，将从摄像头输入的影像存储到单独的存储装置上；太阳能电池板，向外部突出地设置在公路交通安全设施上。
发明内容
发明所要解决的问题
适用如上所述的现有技术的工业设备和装置的监控系统，有的是使用摄像头的影像监控系统，有的是使用传感器的监控系统，以便适用于各种工业现场。
但是，现有的影像监控系统是由监控人员靠肉眼对拍摄的工业设备和装置的影像进行确认，以此判断是否存在异常，因此，在监控系统的运营上，不仅消耗较多的人力和时间，而且只能确认监控对象或者周边出现的视觉上的异常情况以及外部因素带来的异常情况，因此存在监控准确度低和效率低的缺点。
另外，使用传感器的监控系统仅限于感应基于传感器来感应监控对象的设备或装置的热、光、温度、压力、声音等物理上的变化，因此，使用传感器的监控系统实际上无法监控到：例如，对任意设定值的异常现象，或者要求智能识别或判断的异常情况。
用于解决问题的方法
本发明的工业设备和装置的监控报警系统(100)，与包括工业设备和装置的监控对象(101)连接，以便监控异常现象或情况，所述工业设备和装置的监控报警系统(100)包括：动作设置单元(110)，通过物理连接监控对象，以接收监控对象出现的外部信号；影像单元(120)，通过实时拍摄监控对象以收集影像数据；信号设置单元(130)，用于设置监控方式，与所述动作设置单元(110)和所述影像单元(120)联动，以便从外部信号和影像数据中识别特定信号；分析单元(140)，搭载包括根据所述信号设置单元(130)的设定值适用的监控方式算法的计算机程序，以便从监控对象识别符合异常条件的异常现象或情况；设置单元(150)，由显示装置构成，由管理员设置异常条件，并与所述信号设置单元(130)和所述分析单元(140)联动，以进行实时监控，从而能够达成实时、自动地、更加精准地对监控对象的异常现象进行监控和报警的目的。
发明效果
本发明提供监控报警系统，该系统基于设置在各种工业现场或日常空间的设备和装置等监控对象出现的外部信号和拍摄监控对象的影像来识别信号，从而能够实时监控该设备和装置在运行过程中因内部和外部因素而出现火灾、气体泄露、盗窃、非法侵入、紧急情况、违规等异常现象或情况，并进行报警，因此能够防止事故的发生并确保安全。
另外，本发明能够根据监控对象的设备和装置的监控区域提供各种动作方式和信号识别结构，以进行更加精准的监控，从而能够实现显著提高监控效率和准确度以及缩减所需人力和时间等各种效果。
附图说明
图1是根据本发明的工业设备和装置的监控报警系统的结构示意框图；
图2至图6是基于工业设备和装置的监控报警系统的信号设置单元的监控方式结构图；
图7是根据本发明的工业设备和装置的监控报警方法的示意流程图。
具体实施方式
最优选的实施方式
适用本发明技术的工业设备和装置的监控报警系统及方法，其以在各种工业现场使用的设备和装置为监控对象，基于从监控对象出现的信号以及拍摄监控对象的影像数据来实时监控和识别异常现象或情况，并存储和管理在设定时间段出现异常前后的信号数据和影像数据。
为此，本发明的工业设备和装置的监控报警系统(100)，其连接至包括工业设备和装置的监控对象(101)，对监控对象进行实时监控，并且对火灾、气体泄露、盗窃、非法侵入、紧急情况、违规等异常现象或情况进行监控，因此能够防止事故的发生并确保安全，工业设备和装置的监控报警系统包括：动作设置单元(110)、影像单元(120)、信号设置单元(130)、分析单元(140)和设置单元(150)，具体如下。
所述动作设置单元(110)，通过物理连接监控对象，以接收监控对象出现的外部信号。
所述动作设置单元(110)包括：终端端子模块、控制器模块、自助影像识别模块、无线传感器模块、条形码模块和通信端口模块。
所述终端端子模块内部构成如下：由用于从监控对象识别模拟信号的接触式或非接触式端子构成，在各端子台指定固有的信号方式，以便与指定的硬件端子台联动，从而运行各监控算法。当端子台从监控对象识别模拟信号(DC24V)或者通过触点信号在指定的端子台识别模拟信号时，根据指定的信号方式，将以识别信号的起始点为基准来设置的信号出现前后时间段的监控对象的动态以影像文件存储。
所述终端端子模块可适用于外部模拟信号产生电路上，例如基于接触式或非接触式(开关、继电器)的装置，或者基于PLC的控制器、基于个人计算机的控制器和基于微型电子计算机的控制器以及基于微型电子计算机的控制器，可以采用超时方式、枪式方式和影像分析监控方式。
所述控制器模块用于与搭载在监控对象的包括基于PLC的控制器、基于个人计算机的控制器和基于微型电子计算机的控制器在内的控制器通信。控制器模块的内部构成如下：通过以太网、RS232或端子台与各控制器实时通信，当动作设置单元识别根据各控制器特征预设的各PLC内存区域信号或指令时，按管理员选择的信号方式运行各监控算法。当识别到被异常现象识别的信号和基于与监控算法联动来判断异常现象的信号时，将以识别的起始点为基准来设置的出现前后时间段的监控对象的动态以影像文件存储，可以采用超时方式、上升沿计数器方式、枪式方式和影像分析监控方式。
所述控制器模块被设置如下：例如，基于PLC的控制器时，管理员可以预先设定并指定当出现异常现象时PLC待存储的内存区域范围，当识别到被判断异常现象的信号时，根据设定的读取时间(reading time)且按照经过的时间来记录以识别的起始点为基准设置的、以出现前后时间段来设置的PLC各内存数据状态，并以文件形式存储。
所述自助影像识别模块，连接至影像单元(120)，以接收实时拍摄的影像数据。自助影像识别模块被设置如下：用拍摄监控对象的AI摄像头来模拟人的神经网络，并与辨别监控区域的正常状态和异常状态的动作算法联动，且通过USB连接，对监控对象在监控区域的状态变化进行监控。
所述无线传感器模块，接收搭载在监控对象的无线传感器传输的传感信息。无线传感器模块被设置如下：与本发明系统的外部接口连接，或者内置在本发明的系统中，通过以太网、RS232或USB连接无线传感器，从而能够接收从设置在监控对象的无线传感器传输的如重量、气体泄露、浓度、温度、运动、震动等的信息，当与管理员预设的无线传感器区域设定值偏离时，或者无线传感器识别物理信号时，判断为异常状态，以此进行监控，可以采用枪式方式和影像分析监控方式。
所述条形码模块，用于连接至搭载在监控对象的条形码或二维码扫描阅读器。条形码模块是通过以太网、RS232或USB连接扫描阅读器，例如，该条形码模块利用阅读器正常阅读条形码的信号，以阅读该条形码的起始点为基准，识别为异常现象或情况，以此进行信号监控，可以采用枪式方式和影像分析监控方式。
所述通信端口模块，用于与搭载在监控对象的个人计算机连接并通信。通信端口模块通过以太网、RS232或端子台与个人计算机通信，以进行例如字符串指令等的信号监控。
另外，所述影像单元(120)，通过实时拍摄监控对象以收集影像数据。影像单元(120)可以通过实时监控监控对象的监控区域的AI摄像头来模拟人的神经网络，以辨别监控区域的正常状态和异常状态的算法联动构成。
所述信号设置单元(130)，用于设置监控方式，与所述动作设置单元(110)和所述影像单元(120)联动，以便从外部信号和影像数据中识别特定信号。
通过所述信号设置单元(130)设置的监控方式包括：超时方式、上升沿计数器方式、枪式方式、自助影像识别方式、影像分析监控方式和无线传感器方式。
所述超时方式是根据在管理员指定的监控时间区域内、且在允许误差时间范围内是否识别到特定信号，以此识别为异常现象或情况的监控方式。
如图2所示，所述超时方式的感应方式具体如下：由管理员指定待监控的特定区域的动作时间后，从识别指定的特定区域的起始点信号(t0)的时刻起，在设定的监控时间区域(t0～tn)内、且在设定的允许误差时间(t-d～t+d)范围内尚未识别待监控的特定信号时，识别为异常现象或情况。
所述上升沿计数器方式的感应方式具体如下：在管理员指定的监控时间区域内，将所述监控时间区域的起始点截至根据所述超时方式识别特定信号的时间点设置为监控区间，并对在监控区间内特定信号的上升沿(Rising edge)的个数进行累计求和，然后同预设的沿信号的个数比较，以识别为异常现象或情况。
如图3所示，所述上升沿计数器方式具体如下：在管理员设置的监控时间区域(t0～tn)内，在自识别起始点信号(t0)的时刻起到设置的特定信号(t1)被识别之前即监控时间区域(t0～t1)这一设置范围内，累积求和特定信号(t1)的沿信号的个数，并将其与预设的个数比较，当与预设的个数不一致时，识别为异常现象或情况。
如图4所示，所述枪式方式的感应方式具体如下：由管理员设置监控方式和监控信号后，根据设置的监控信号是否在指定的监控时间区域内有上升沿，以此识别为异常现象或情况。枪式方式可以与条形码读取和个人计算机方式相同的方式适用。
所述自身影像识别方式的感应方式具体如下：从影像部(120)实时拍摄的影像数据中，通过人工智能主动将由管理员指定的监控时间区域中识别到的变化现象识别为信号，从而将该信号识别为异常现象或情况。
如图5所示，所述自助影像识别方式是一种深度学习的方式，其模拟(AI)人的神经网络，以设置监控对象的监控区域，在实时监控监控区域的状态下，当监控区域的状态变化偏离正常值时，主动识别为监控区域出现了变化，并将感应到的变化状态判断为异常现象或情况，并且将以感应到变化的起始点为基准来设置的出现前后时间段的监控对象的动态以影像文件存储。
另外，影像分析监控方式是用于存储监控对象在监控区域中的正常状态时的主影像，并设置监控对象在监控区域中的正常状态和异常状态时的警戒值，将识别到由管理员设置的信号的时间点的影像和主影像进行比较，当两个影像的相似度偏离警戒值时，判断为异常现象或情况，从而将以该起始点为基准来设置的出现前后时间段的监控对象的动态以影像文件存储。例如，可以适用在由终端端子模块的端子台识别接触式或非接触式模拟信号的起始点以及通过与外部设备(PLC、PC、条形码扫描仪)的通信识别到设置的信号及指令的起始点上。
所述无线传感器方式的感应方式具体如下：将由搭载在监控对象的无线传感器传输的传感信息与管理员定义的无线传感器区域设定值进行比较，以确认一致性，或者根据无线传感器是否有物理信号异常，以此识别异常现象或情况。
如图6所示，所述无线传感器方式具体如下：接收由监控对象的无线传感器感应的例如重量、气体泄露、浓度、温度、运动和震动等信息，当接收的信息与管理员定义的无线传感器区域设定值不一致时，识别为异常现象或情况，或者是根据无线传感器识别例如电路或机械的导通或接触信号等物理信号的方式。
所述分析单元(140)被设置如下：搭载包括根据所述信号设置单元(130)的设定值适用的监控方式算法的计算机程序，以便从监控对象识别符合异常条件的异常现象或情况。分析单元(140)可以包括信号及影像处理、动作及图像的比较算法，还可以包括存储介质。
所述分析单元(140)，当识别异常现象或情况时，就会存储信号数据和影像数据，并将信号数据和影像数据传输至预定的管控服务器，以此进行管理。存储数据时，可以在按识别信号的发生日期和时间存储的方式和按条形码的序列号存储的方式中任选一种。
另外，所述分析单元(140)包括如下功能：当识别异常现象或情况时，向外部输出信号，例如，向指定的119管控中心，或者应急室、情况室和智能手机等通知紧急情况，或者将信号传输至各报警装置上，以停止监控对象的控制器，或者通过蜂鸣器或灯来给管理员报警。
所述设置单元(150)，由显示装置构成，由管理员设置异常条件，与所述信号设置单元(130)和所述分析单元(140)联动，以进行实时监控。优选地，设置单元(150)提供UI以及UX画面，且采用触摸屏幕方式。
另外，根据本发明的工业设备和装置的监控报警系统设置如下：通过如上所述的构成，当出现监控活动时，就会共同执行如下动作。
即，每当出现监控活动时，向外部输出活动出现的报警信号，此时可通过接触式或者以智能手机推送通知、通信信号(打电话、与外部设备通信)的方式提供报警信号。
另外，当出现监控活动时，如果与设备控制器中的PLC以通信的方式连接，就会将PLC内存信息中的由管理员设置的待记录的内存区域以及其大小的PLC内存信息，以设置的出现起始点前后时间段的PLC内存区域的数据文件来存储。
同时，每当出现监控活动时，将影像或PLC内存数据等存储文件传输到管控服务器，存储时的文件名称则在按照前面提到的按发生日期和时间存储的方式和按条形码序列号存储的方式中任选一种。
利用如上所述的构成本发明技术的工业设备和装置的监控报警系统的监控报警方法，其操作如下：
根据本发明的工业设备和装置的监控报警方法，包括：动作设置步骤(S10)、条件设置步骤(S20)、信号设置步骤(S30)、监控模式开始步骤(S40)、识别步骤(S50)、监控发生步骤(S60)和监控数据生成步骤(S70)。
所述动作设置步骤(S10)由动作设置单元(110)根据监控对象工业设备或装置的种类来设置连接。动作设置单元(110)是在终端端子模块、控制器模块、自助影像识别模块、无线传感器模块、条形码模块和通信端口模块中选择一个动作方式。
所述条件设置步骤(S20)与设置单元(150)和分析单元(140)联动，以设置包括特定信号、监控信号、数据存储时间和传感灵敏度在内的条件。
所述信号设置步骤(S30)由信号设置单元(130)设置监控方式，以便从监控对象的外部信号或者从影像单元(120)的影像数据中识别特定信号。所述信号设置步骤(S30)是在超时方式、上升沿计数器方式、枪式方式、自助影像识别方式、影像分析监控方式和无线传感器方式中选择监控方式。
所述监控模式开始步骤(S40)是当完成设置后，开始实时监控模式，以便从监控对象接收信号并收集实时影像数据。
所述识别步骤(S50)是由分析单元(140)识别信号以及条件，或者识别状态变化，以便等待的步骤。
所述监控发生步骤(S60)是当监控对象出现异常现象或情况时由分析单元(140)进行识别的步骤。分析单元(140)用于执行报警步骤(S61)，该报警步骤如下：分析单元在识别的同时，通过外部输出向指定的119管控中心，或者应急室、情况室和智能手机等通知紧急情况，或者传输报警信号，以停止监控对象的控制器，或者通过蜂鸣器或者闪灯来给管理员报警。
所述监控数据生成步骤(S70)是由分析单元(140)对出现特定信号或监控信号的起始点前后的监控区间(ts-t1～ts-t2)的信号数据和影像数据进行编辑，并将其存储在存储介质上。
工业上的可利用性
根据本发明的工业设备和装置的监控报警系统及方法提供一种系统，具体如下：根据从设置在各种工业现场或日常空间的设备和装置等监控对象出现的外部信号以及拍摄监控对象的影像识别信号，实时监控异常现象或情况。
本发明具有如下有益之处：在设备和装置的运行过程中，因内部和外部因素而出现火灾、气体泄露、盗窃、非法侵入、紧急情况、违规等情况时，自动存储监控数据并进行报警，因此能够防止事故的发生并确保安全。
本发明具有如下效果：根据监控对象设备和装置的监控区域，提供各种动作方式和信号识别结构，因此相较于相关技术，本发明可以做到更加精准的监控，并且能够显著的提高监控效率和准确度。

Claims (3)

1.一种工业设备和装置的监控报警系统(100)，与包括工业设备和装置的监控对象(101)连接，以便监控异常现象或情况，所述工业设备和装置的监控报警系统(100)包括：
动作设置单元(110)，通过物理连接监控对象，以接收监控对象出现的外部信号；
影像单元(120)，通过实时拍摄监控对象以收集影像数据；
信号设置单元(130)，用于设置监控方式，与所述动作设置单元(110)和所述影像单元(120)联动，以便从外部信号和影像数据中识别特定信号；
分析单元(140)，搭载根据所述信号设置单元(130)的设定值而适用的监控方式算法的计算机程序，以便从监控对象识别符合异常条件的异常现象或情况；
设置单元(150)，由显示装置构成，由管理员设置异常条件，并与信号设置单元(130)和分析单元(140)联动，以进行实时监控，
其中，通过所述信号设置单元(130)设置的监控方式包括：
超时方式，根据在管理员指定的监控时间区域内、且在允许误差时间范围内是否识别到特定信号，以此识别异常现象或情况；
上升沿计数器方式，在管理员指定的监控时间区域内，将所述监控时间区域的起始点截至根据所述超时方式识别特定信号的时间点设置为监控区间，并对在监控区间内特定信号的上升沿的个数进行累计求和，然后同预设的沿信号的个数比较，以识别异常现象或情况；
枪式方式，由管理员设置监控方式和监控信号后，将设置的监控信号变为上升沿的起始点识别为异常现象或情况；
自助影像识别方式，从影像单元(120)实时拍摄的影像数据中，通过人工智能自行将在管理员指定的监控时间区域内感应到变化的现象识别为信号，从而将该信号识别为异常现象或情况；
影像分析监控方式，用于存储监控对象在监控区域中的正常状态时的主影像，并设置监控对象在监控区域中的正常状态和异常状态时的警戒值，将识别到由管理员设置的信号的时间点的影像和主影像进行比较，当两个影像的相似度偏离警戒值时，判断为异常现象或情况；
无线传感器方式，将由搭载在监控对象的无线传感器传输的传感信息是否与管理员定义的无线传感器区域设定值一致进行比较，或者根据无线传感器是否有物理信号异常，以此识别异常现象或情况；中至少选择一个适用。
2.根据权利要求1所述的工业设备和装置的监控报警系统，其中，所述动作设置单元(110)包括：
终端端子模块，以接触式或非接触式连接监控对象，以便从监控对象识别模拟信号；
控制器模块，用于与搭载在监控对象的包括PLC或者微型电子计算机在内的控制器通信；
自助影像识别模块，连接至影像单元(120)，以接收实时拍摄的影像数据；无线传感器模块，接收由搭载在监控对象的无线传感器传输的传感信息；
条形码模块，用于连接至搭载在监控对象的条形码或二维码扫描阅读器；以及
通信端口模块，用于与搭载在监控对象的个人计算机连接并通信；中至少选择一个适用。
3.一种使用根据权利要求1或2的工业设备和装置的监控报警系统的监控报警方法，包括：
动作设置步骤S10，由动作设置单元(110)根据监控对象工业设备或装置的种类来设置连接；
条件设置步骤S20，与设置单元(150)和分析单元(140)联动，以设置包括特定信号、监控信号、数据存储时间和传感灵敏度在内的条件；
信号设置步骤S30，由信号设置单元(130)设置监控方式，以便从监控对象的外部信号或者从影像单元(120)的影像数据中识别特定信号；
监控模式开始步骤S40，当完成设置后，开始实时监控模式，以便从监控对象接收信号并收集实时影像数据；
识别步骤S50，由分析单元(140)识别信号以及条件，或者识别状态变化，以便等待的步骤；
监控发生步骤S60，监控对象出现了异常现象或情况，此时由分析单元(140)进行识别；
监控数据生成步骤S70，由分析单元(140)对出现特定信号或监控信号的起始点前后的监控区间的信号数据和影像数据进行编辑，并将其存储在存储介质上，
其中，所述监控方式包括：
超时方式，根据在管理员指定的监控时间区域内、且在允许误差时间范围内是否识别到特定信号，以此识别异常现象或情况；
上升沿计数器方式，在管理员指定的监控时间区域内，将所述监控时间区域的起始点截至根据所述超时方式识别特定信号的时间点设置为监控区间，并对在监控区间内特定信号的上升沿的个数进行累计求和，然后同预设的沿信号的个数比较，以识别异常现象或情况；
枪式方式，由管理员设置监控方式和监控信号后，将设置的监控信号变为上升沿的起始点识别为异常现象或情况；
自助影像识别方式，从影像单元(120)实时拍摄的影像数据中，通过人工智能自行将在管理员指定的监控时间区域内感应到变化的现象识别为信号，从而将该信号识别为异常现象或情况；
影像分析监控方式，用于存储监控对象在监控区域中的正常状态时的主影像，并设置监控对象在监控区域中的正常状态和异常状态时的警戒值，将识别到由管理员设置的信号的时间点的影像和主影像进行比较，当两个影像的相似度偏离警戒值时，判断为异常现象或情况；
无线传感器方式，将由搭载在监控对象的无线传感器传输的传感信息是否与管理员定义的无线传感器区域设定值一致进行比较，或者根据无线传感器是否有物理信号异常，以此识别异常现象或情况；中至少选择一个适用。
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