CN116243672A - 一种空气源热泵的生产线数据可视化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气源热泵的生产线数据可视化系统。本发明中，可视化系统模块的内部设置有安全监控模块，在整个系统的运行过程中，站点界面可以查看全线设备状态，监控系统能够实时动态显示装配线上设备的实际运行状态，实现按照站点条件进行信息查看。各站点的机台信息通过共享变量进行交互，实时显示系统网络设备通信状态，设备实时通信数据，显示实时报警信息，提高了整个系统的安全性；热泵信息采集模块内部设置的各个传感器监测模块，使得整个系统在使用过程中，可以对空气源热泵的生产过程进行更为全面的监控，从而用户可以随时查看任意时间段的数据，并在网页上可视化显示，更直观地展示数据，提升了自动化生产线的智能程度。
Description
技术领域
本发明属于空气源热泵生产技术领域，具体为一种空气源热泵的生产线数据可视化系统。
背景技术
空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置，可以把空气中不能直接利用的低位热能转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分燃气、电能等能源的目的，具有安全节能、加热效率高等优点。空气源热泵在生产制造的过程中，需要对其生产线的各项数据进行查看。
但是常见的数据查看方式多采用人工方式，查看的效率较为低下，使得人们在使用时较为不便。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种空气源热泵的生产线数据可视化系统。
本发明采用的技术方案如下：一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，包括启动模块、热泵信息采集模块、无线传输模块、信息存储模块、可视化系统模块、温湿度传感器模块、RFID数据采集模块、采集控制器模块、用户管理模块、设备管理模块和安全监控模块，所述启动模块的输出端连接有所述热泵信息采集模块的输入端，所述热泵信息采集模块的输出端连接有所述无线传输模块的输入端，所述无线传输模块的输出端连接有所述信息存储模块的输入端，所述信息存储模块的输出端连接有所述可视化系统模块的输入端。
在一优选的实施方式中，所述热泵信息采集模块的内部设置有温湿度传感器模块、RFID数据采集模块和采集控制器模块，所述温湿度传感器模块、RFID数据采集模块和采集控制器模块的整体输出端连接有所述无线传输模块的输入端。
在一优选的实施方式中，所述温湿度传感器模块采用的是SiliconLabs公司生产的Si7021温度和湿度传感器，Si7021采用I2C接口，通信速率最高支持400kHz，温度测量量程为-40℃～+125℃，误差范围为±0.4℃，测量湿度量程为0～100％RH，误差范围为±2％RH，1.9～3.6V工作电压，150μA低功耗，3×3mm封装小体积；满足空气源热泵的生产线内部温度及湿度测量要求。
在一优选的实施方式中，所述RFID数据采集模块由读写头、电子标签及应用数据采集系统三个部分组成；当标签进入读写头识别范围后，接收读写头发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，读写头将数据传至控制器，控制器连接数据采集系统进行有关数据处理。
在一优选的实施方式中，所述采集控制器模块是一种可编程逻辑控制器的控制方式，是采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
在一优选的实施方式中，所述无线传输模块采用的是MQTT协议；MQTT协议运行在TCP/IP或其他网络协议，提供有序、无损、双向连接；网络传输模块3在网关将采集到的数据转换成目标数据格式之后，将每个传感器的访问令牌作为MQTT报文的用户名；访问令牌是在服务端创建新的传感器之后人工设定的一个小于20个字的字符串，服务端将它用于身份验证和授权。
在一优选的实施方式中，所述信息存储模块从设备接收到消息后，为了确保每条消息都能正确被使用，采用了消息队列中间件，在消息被解析后，将会推送到消息队列；这里消息队列使用了Kafka；Kafka是一个分布式的、可分离的、元余的、持久的由Scala开发的基于TCP协议的消息发布订阅系统，消息有序，通过控制能够保证所有消息被使用且仅被使用一次；所有由单片机上传的数据都要经过消息队列的数据清洗，消息队列中间件的峰值消息处理能力约为20条/s,在系统设计的过程中，考虑到整个系统的数据量和单片机的传感器数据采集能力，将单片机的采样时间设定为电机和气缸工作时开始，直到电机和气缸完全停止30s后停止，采样频率设定为1次/s，这样能够较好地适应服务端的消息处理能力，也能达到实际使用过程中实时性的要求；在可视化部件显示时为1s更新一次，且默认展示有数据上传的时间段内的数据。
在一优选的实施方式中，所述用户管理模块可以创建或者删除用户账号，创建、修改设备名称和属性以及直接删除设备，管理传感器的属性、访问令牌，管理可视化界面，将可视化界面分配给需要的用户。
在一优选的实施方式中，所述设备管理模块负责接收实际传感器上传的数据，资产和传感器都需要与实际的设备一一对应；用户管理员可以手动添加设备，设定设备的名字和访问令牌，还可以设置资产与资产、资产与设备之间的逻辑包含关系，并且将该设备分配给特定的用户，以此方便管理和查看目标数据；例如，一个电机资产包含电机本体、转速传感器和电流传感器，当用户管理员将一个资产分配给某个用户时，该资产下所有包含的传感器都会被分配到该用户，未被分配到用户就不能查看该资产和传感器的数据；设备管理系统还允许用户查看设备所有的警报事件，当警报已经解除或处理完成，用户或用户管理员可以在警报界面将警报记录删除。
在一优选的实施方式中，所述安全监控模块使用LabVIEW作为通信监控软件，所述安全监控模块的使用过程中主要分为三个层次实现功能；第一层是接口层，这一层处于整个通信功能实现的最底层，底层设备通过对现场信号的采集把信息传送给计算机；第二层是网络控制层，这一层主要负责对通信按照一定的协议进行约定并对整个通信过程进行统一调配，是整个通信部分的中间环节；第三层是应用程序层，在这一层上可以通过应用程序对通信获取的数据进行操作，获得所需信息，这一层是最顶层，也就是服务层；所述安全监控模块设置了用户名和密码；对进入系统的用户进行记录保存。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，可视化系统模块的内部设置有安全监控模块，在整个系统的运行过程中，站点界面可以查看全线设备状态，监控系统能够实时动态显示装配线上设备的实际运行状态，实现按照站点条件进行信息查看。各站点的机台信息通过共享变量进行交互，实时显示系统网络设备通信状态，设备实时通信数据，显示实时报警信息，从而提高了整个系统的安全性。
2、本发明中，热泵信息采集模块内部设置的各个传感器监测模块，使得整个系统在使用过程中，可以对空气源热泵的生产过程进行更为全面的监控，从而用户可以随时查看任意时间段的数据，并在网页上可视化显示，更直观地展示数据，很大程度上提升了自动化生产线的智能程度，大幅提升了自动化生产线的可靠性和安全性，降低了检修人员的维护难度，从而提高了整个系统的便利性与生产时的监控高效性，同时配合网络传输模块可以使得整个系统更加稳定杆的进行传输，提高了系统时的稳定性。
附图说明
图1为本发明的整体系统框图；
图2为本发明中系统框图；
图3为本发明中系统框图。
图中标记：1-启动模块、2-热泵信息采集模块、3-无线传输模块、4-信息存储模块、5-可视化系统模块、6-温湿度传感器模块、7-RFID数据采集模块、8-采集控制器模块、9-用户管理模块、10-设备管理模块、11-安全监控模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-3，
实施例：
一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，包括启动模块1、热泵信息采集模块2、无线传输模块3、信息存储模块4、可视化系统模块5、温湿度传感器模块6、RFID数据采集模块7、采集控制器模块8、用户管理模块9、设备管理模块10和安全监控模块11，启动模块1的输出端连接有热泵信息采集模块2的输入端，热泵信息采集模块2的输出端连接有无线传输模块3的输入端，无线传输模块3的输出端连接有信息存储模块4的输入端，信息存储模块4的输出端连接有可视化系统模块5的输入端。
热泵信息采集模块2的内部设置有温湿度传感器模块6、RFID数据采集模块7和采集控制器模块8，温湿度传感器模块6、RFID数据采集模块7和采集控制器模块8的整体输出端连接有无线传输模块3的输入端。
温湿度传感器模块6采用的是SiliconLabs公司生产的Si7021温度和湿度传感器，Si7021采用I2C接口，通信速率最高支持400kHz，温度测量量程为-40℃～+125℃，误差范围为±0.4℃，测量湿度量程为0～100％RH，误差范围为±2％RH，1.9～3.6V工作电压，150μA低功耗，3×3mm封装小体积；满足空气源热泵的生产线内部温度及湿度测量要求。
RFID数据采集模块7由读写头、电子标签及应用数据采集系统软件三个部分组成；当标签进入读写头识别范围后，接收读写头发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，读写头将数据传至控制器，控制器连接数据采集系统进行有关数据处理。
采集控制器模块8是一种可编程逻辑控制器的控制方式，是采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
无线传输模块3采用的是MQTT协议；MQTT协议运行在TCP/IP或其他网络协议，提供有序、无损、双向连接；网络传输模块3在网关将采集到的数据转换成目标数据格式之后，将每个传感器的访问令牌作为MQTT报文的用户名；访问令牌是在服务端创建新的传感器之后人工设定的一个小于20个字的字符串，服务端将它用于身份验证和授权。
信息存储模块4从设备接收到消息后，为了确保每条消息都能正确被使用，采用了消息队列中间件，在消息被解析后，将会推送到消息队列；这里消息队列使用了Kafka；Kafka是一个分布式的、可分离的、元余的、持久的由Scala开发的基于TCP协议的消息发布订阅系统，消息有序，通过控制能够保证所有消息被使用且仅被使用一次；所有由单片机上传的数据都要经过消息队列的数据清洗，消息队列中间件的峰值消息处理能力约为20条/s,在系统设计的过程中，考虑到整个系统的数据量和单片机的传感器数据采集能力，将单片机的采样时间设定为电机和气缸工作时开始，直到电机和气缸完全停止30s后停止，采样频率设定为1次/s，这样能够较好地适应服务端的消息处理能力，也能达到实际使用过程中实时性的要求；在可视化部件显示时为1s更新一次，且默认展示有数据上传的时间段内的数据。
用户管理模块9可以创建或者删除用户账号，创建、修改设备名称和属性以及直接删除设备，管理传感器的属性、访问令牌，管理可视化界面，将可视化界面分配给需要的用户。
设备管理模块10负责接收实际传感器上传的数据，资产和传感器都需要与实际的设备一一对应；用户管理员可以手动添加设备，设定设备的名字和访问令牌，还可以设置资产与资产、资产与设备之间的逻辑包含关系，并且将该设备分配给特定的用户，以此方便管理和查看目标数据；例如，一个电机资产包含电机本体、转速传感器和电流传感器，当用户管理员将一个资产分配给某个用户时，该资产下所有包含的传感器都会被分配到该用户，未被分配到用户就不能查看该资产和传感器的数据；设备管理系统还允许用户查看设备所有的警报事件，当警报已经解除或处理完成，用户或用户管理员可以在警报界面将警报记录删除。
安全监控模块11使用LabVIEW作为通信监控软件，安全监控模块11的使用过程中主要分为三个层次实现功能；第一层是接口层，这一层处于整个通信功能实现的最底层，底层设备通过对现场信号的采集把信息传送给计算机；第二层是网络控制层，这一层主要负责对通信按照一定的协议比如Ethernet、TCP/IP、UDP进行约定并对整个通信过程进行统一调配，是整个通信部分的中间环节；第三层是应用程序层，在这一层上可以通过应用程序对通信获取的数据进行操作，获得所需信息，这一层是最顶层，也就是服务层；安全监控模块11设置了用户名和密码可以增加和删除用户，只有进入系统后管理者才可执行该操作；对进入系统的用户进行记录保存包含用户、日期
本发明中，可视化系统模块5的内部设置有安全监控模块11，在整个系统的运行过程中，站点界面可以查看全线设备状态，监控系统能够实时动态显示装配线上设备的实际运行状态，实现按照站点条件进行信息查看。各站点的机台信息通过共享变量进行交互，实时显示系统网络设备通信状态，设备实时通信数据，显示实时报警信息，从而提高了整个系统的安全性。
本发明中，热泵信息采集模块2内部设置的各个传感器监测模块，使得整个系统在使用过程中，可以对空气源热泵的生产过程进行更为全面的监控，从而用户可以随时查看任意时间段的数据，并在网页上可视化显示，更直观地展示数据，很大程度上提升了自动化生产线的智能程度，大幅提升了自动化生产线的可靠性和安全性，降低了检修人员的维护难度，从而提高了整个系统的便利性与生产时的监控高效性，同时配合网络传输模块可以使得整个系统更加稳定杆的进行传输，提高了系统时的稳定性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，包括启动模块(1)、热泵信息采集模块(2)、无线传输模块(3)、信息存储模块(4)、可视化系统模块(5)、温湿度传感器模块(6)、RFID数据采集模块(7)、采集控制器模块(8)、用户管理模块(9)、设备管理模块(10)和安全监控模块(11)，其特征在于：所述启动模块(1)的输出端连接有所述热泵信息采集模块(2)的输入端，所述热泵信息采集模块(2)的输出端连接有所述无线传输模块(3)的输入端，所述无线传输模块(3)的输出端连接有所述信息存储模块(4)的输入端，所述信息存储模块(4)的输出端连接有所述可视化系统模块(5)的输入端。
2.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述热泵信息采集模块(2)的内部设置有温湿度传感器模块(6)、RFID数据采集模块(7)和采集控制器模块(8)，所述温湿度传感器模块(6)、RFID数据采集模块(7)和采集控制器模块(8)的整体输出端连接有所述无线传输模块(3)的输入端。
3.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述温湿度传感器模块(6)采用的是SiliconLabs公司生产的Si7021温度和湿度传感器，Si7021采用I2C接口，通信速率最高支持400kHz，温度测量量程为-40℃～+125℃，误差范围为±0.4℃，测量湿度量程为0～100％RH，误差范围为±2％RH，1.9～3.6V工作电压，150μA低功耗，3×3mm封装小体积；满足空气源热泵的生产线内部温度及湿度测量要求。
4.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述RFID数据采集模块(7)由读写头、电子标签及应用数据采集系统三个部分组成；当标签进入读写头识别范围后，接收读写头发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，读写头将数据传至控制器，控制器连接数据采集系统进行有关数据处理。
5.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述采集控制器模块(8)是一种可编程逻辑控制器的控制方式，是采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
6.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述无线传输模块(3)采用的是MQTT协议；MQTT协议运行在TCP/IP或其他网络协议，提供有序、无损、双向连接；网络传输模块3在网关将采集到的数据转换成目标数据格式之后，将每个传感器的访问令牌作为MQTT报文的用户名；访问令牌是在服务端创建新的传感器之后人工设定的一个小于20个字的字符串，服务端将它用于身份验证和授权。
7.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述信息存储模块(4)从设备接收到消息后，为了确保每条消息都能正确被使用，采用了消息队列中间件，在消息被解析后，将会推送到消息队列；这里消息队列使用了Kafka。
8.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述用户管理模块(9)可以创建或者删除用户账号，创建、修改设备名称和属性以及直接删除设备，管理传感器的属性、访问令牌，管理可视化界面，将可视化界面分配给需要的用户。
9.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述设备管理模块(10)负责接收实际传感器上传的数据，资产和传感器都需要与实际的设备一一对应；用户管理员可以手动添加设备，设定设备的名字和访问令牌，还可以设置资产与资产、资产与设备之间的逻辑包含关系，并且将该设备分配给特定的用户，以此方便管理和查看目标数据。
10.如权利要求1所述的一种空气源热泵的生产线数据可视化系统，其特征在于：所述安全监控模块(11)使用LabVIEW作为通信监控软件，所述安全监控模块(11)的使用过程中主要分为三个层次实现功能；第一层是接口层，这一层处于整个通信功能实现的最底层，底层设备通过对现场信号的采集把信息传送给计算机；第二层是网络控制层，这一层主要负责对通信按照一定的协议进行约定并对整个通信过程进行统一调配，是整个通信部分的中间环节；第三层是应用程序层，在这一层上可以通过应用程序对通信获取的数据进行操作，获得所需信息，这一层是最顶层，也就是服务层。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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