CN217279358U - 一种基于工业物联网的采集监控系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于工业物联网的采集监控系统，属于工业生产技术领域，本申请的系统包括，感测设备组件，设置在被监测设备处，用于感测设备的状态信息并对应生成感测信号；数据采集组件，设置在生产现场的机柜内，用于接收所述感测信号并进行采样处理，生成待通信传输的数字量信号；物联网通信组件，与所述数据采集组件电连接，用于将所述数字量信号通信传输给远端的监控处理服务器；所述监控处理服务器，用于基于所述数字量信号生成监控信息，并对外输出。本申请的技术方案，可对现有生产设备进行监控实施，且综合实施成本低，有利于实际中推广应用。

Description

一种基于工业物联网的采集监控系统

技术领域

本申请属于工业生产技术领域，具体涉及一种基于工业物联网的采集监控系统。

背景技术

在大型钢铁与矿山企业中设备管理中，传统的基于人工巡检的管理方式的存在如下弊端，不能及时识别早期设备故障，难以实现科学地维护延长设备使用寿命或实现预测性维修，这导致设备存在突发性失效的风险，给现场的设备安全管理及连续生产带来极大的挑战。

而随着可编程逻辑控制器(PLC/DCS)的出现，以及在生产系统上使用，现有相关技术中能够连续地监控设备和加工参数。进而实施基于状态的维修，具体实现中，是把PLC/DCS直接连接到一台在线计算机上，实时监控设备的状态，如与正常公差范围发生任何偏差，将自动发出报警。该种方式可极大地提高设备的自动化使用水平，降低相关劳动强度，但该种方式下的维护系统安装成本很高，不利于推广实施。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于工业物联网的采集监控系统，有助于低成本的实现对现有生产设备的监控，进而有助于在设备管理中实现计划性维修向预测性维护转变、被动维修向主动维修的改变。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

本申请提供一种基于工业物联网的采集监控系统，该采集监控系统包括：

感测设备组件，设置在被监测设备处，用于感测设备的状态信息并对应生成感测信号；

数据采集组件，设置在生产现场的机柜内，用于接收所述感测信号并进行采样处理，生成待通信传输的数字量信号；

物联网通信组件，与所述数据采集组件电连接，用于将所述数字量信号传输给远端的监控处理服务器；

所述监控处理服务器，用于基于所述数字量信号生成监控信息，并对外输出。

可选地，所述感测设备组件包括传感器及与所述传感器电连接的变送器。

可选地，所述传感器的类型包括温度传感器，压力传感器，流量传感器，液位传感器，振动传感器，转速传感器及电流传感器；

所述变送器为电流输出型变送器。

可选地，所述数据采集组件为多数据通道的数据采集板卡，一所述数据采集板卡对应接收多路所述感测信号并进行采样处理。

可选地，所述数据采集板卡为16路数据采集板卡。

可选地，所述物联网通信组件为4G物联网数据网关。

可选地，还包括与所述监控处理服务器电连接的第一显示设备和第二显示设备；

所述第一显示设备设置在生产现场，用于基于所述监控信息显示相应现场的感测设备组件实时采集的数据信息以及数据变化趋势曲线信息，并动态显示设备报警及故障信息；

所述第二显示设备设置在生产管理场所，用于基于所述监控信息,将包括生产设备运行信息、以及生产信息的数据信息以可视化图表的方式进行汇总显示输出。

可选地，还包括与所述监控处理服务器通信连接的终端计算设备，所述终端计算设备用于通过Web方式获取所述监控处理服务器推送发布的监控信息。

可选地，所述终端计算设备包括智能移动终端以及个人计算机终端。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请的技术方案中，采集监控系统通过在生产现场设置感测设备组件来对被监测设备进行感测，感测信号经由数据采集组件、物联网通信组件的处理传输，直至监控处理服务器，监控处理服务器基于接收的数据信息生成监测信息并输出，以供相关人员基于监测信息开展设备管理。采用该种实现方式对现有生产设备进行监控实施，综合实施成本低，有利于实际中推广应用，进而有助于更广泛在设备管理中实现计划性维修向预测性维护转变、被动维修向主动维修的改变。

本实用新型的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请一个实施例提供的基于工业物联网的采集监控系统的系统构成示意图；

图2为本申请另一实施例中提供的基于工业物联网的采集监控系统的系统构成示意图；

图3为本申请一个实施例中采集监控系统的传感器及控制柜硬件布局示意图；

图4为图3所示实施例中控制柜的结构构成示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

如背景技术中所述，在大型钢铁与矿山企业中设备管理中，传统的基于人工巡检的管理方式的存在如下弊端，不能及时识别早期设备故障，难以实现科学地维护延长设备使用寿命或实现预测性维修，这导致设备存在突发性失效的风险，给现场的设备安全管理及连续生产带来极大的挑战。

而随着可编程逻辑控制器(PLC/DCS)的出现，以及在生产系统上使用，现有相关技术中能够连续地监控设备和加工参数。进而实施基于状态的维修，具体实现中，是把PLC/DCS直接连接到一台在线计算机上，实时监控设备的状态，如与正常公差范围发生任何偏差，将自动发出报警。该种方式可极大地提高设备的自动化使用水平，降低相关劳动强度，但该种方式下的维护系统安装成本很高，不利于推广实施。

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提出一种基于工业物联网的采集监控系统，有助于低成本的实现对现有生产设备的监控，进而有助于在设备管理中实现计划性维修向预测性维护转变、被动维修向主动维修的改变。

如图1所示，在一实施例中，本申请提出的采集监控系统包括：

感测设备组件10，设置在被监测设备处，用于感测设备的状态信息并对应生成感测信号，举例而言，一感测设备组件为温度感测器件，其设置在冷水机组设备的出水处，用于感测机组的出水温度状态；

数据采集组件20，设置在生产现场的机柜内，用于接收感测信号并进行采样处理(即采样及模数转换)，生成待通信传输的数字量信号；

物联网通信组件30，与数据采集组件20电连接，用于将数字量信号通信传输给远端的监控处理服务器，容易理解的是，物联网通信是基于移动通信技术发展而来的，在本申请的技术方案中，采用物联网通信组件更适用于大型生产企业设备分布式布置的特点，方便实现且利用降低成本；

监控处理服务器40，用于基于数字量信号生成监控信息，并对外输出。

这里需要说明的是，这里基于采集的数字量信号生成监控信息的过程中，所涉及的方式方法与现有相关技术相同，一般包括数据信息可视化显示处理，数据记录存储，基于历史数据的统计分析，基于阈值及变化趋势的预报警等，本申请技术方案中并不涉及相关方法原理的改进，因此这里就不进行进一步展开说明了。

本申请的技术方案中，采集监控系统通过在生产现场设置感测设备组件来对被监测设备进行感测，感测信号经由数据采集组件、物联网通信组件的处理传输，直至监控处理服务器，监控处理服务器基于接收的数据信息生成监测信息并输出，以供相关人员基于监测信息开展设备管理。采用该种实现方式对现有生产设备进行监控实施，综合实施成本低，有利于实际中推广应用，进而有助于更广泛在设备管理中实现计划性维修向预测性维护转变、被动维修向主动维修的改变。

为便于理解本申请的技术方案，下面以另一实施例对本申请的技术方案进行介绍说明。

该实施例中，采集监控系统包括：

感测设备组件，设置在被监测设备处，用于感测设备的状态信息并对应生成感测信号；

具体的，该实施例中，如图2所示，为适应现场设备分布性布置的特点，感测设备组件包括传感器及与传感器电连接的变送器(对应于图2中的传感器及变送器)；

实际中对设备的监测需求是多样的，相应的传感器的类型包括温度传感器，压力传感器，流量传感器，液位传感器，振动传感器，转速传感器及电流传感器等；

应用中，传感器将相应的监测物理量转换为相应电信号，再经由变送器进行变送处理来进行传输；举例而言，该实施例中，变送器为电流输出型变送器，变送处理(一般过程为，调零后的信号输入->信号放大->V/I转换器计算处理)输出的为标准4-20mA直流电流，该电流信号通过2线制电缆传输到数据采集组件的输入端口。

该实施例中，采集监控系统包括数据采集组件，设置在生产现场的机柜内，用于接收感测信号并进行采样处理，生成待通信传输的数字量信号；

具体的，该实施例中数据采集组件为多数据通道的数据采集板卡，一数据采集板卡对应接收多路感测信号并进行采样处理(图中未示出)；出于成本及实际需求的考虑，作为一种优选，数据采集板卡采用16路数据采集板卡；

举例而言，具有16个通道接口的数据采集板卡，每个通道接口连接一感测设备组件，用于将传感器或变送器所采集的模拟量信号通过AD转换芯片，以将模拟量信号转换为数字量信号并通过RS485接口(或其他通信方式)传输给物联网通信组件；

该过程中，采集板卡通过对模拟信号x(t)每隔Δt(如100微秒)时间采样一次(即1/Δt为采样频率)；x(t)的数值即为采样值，采集到的信号x(t)可以用一组分散的采样值来表示。

举例而言，一场景下，通过振动传感器感测的轴承振动数值，通过8K采样率采样以实时监测设备振动数据，可连续记录2048点位的连续波形数据并存入数据采集板卡内部寄存器，进而通过modbusRTU/TCP协议对外传输；

需要说明的是，当前市场上数据采集板的采样率多为500HZ或1KHZ,本产品的数据采集板卡通过使用芯片级通讯I2C接口协议，最高可达到400KHZ的超高采样率，可连续记录2048点位的波形数据，带有100KB的内部寄存器供数据存储使用，该实施方式下的具体产品，可更好地满足实时性要求高的应用场景。

该实施例中，采集监控系统包括物联网通信组件(对应于图2中的物联网数据网关)，其与数据采集板卡电连接，用于将数字量信号通信传输给远端的监控处理服务器；

具体的，该实施例中，出于应用需求及实施成本的考虑，物联网通信组件为4G物联网数据网关，其与数据采集板卡同时设置在控制机柜内。该网关设备采用4G无线网络传输，可基于移动联通电信三大运营商网络，通过高性能工业级无线模块进行无线传输，以基于ARM的实时操作系统RTOS作为内核，内嵌TCP/IP协议，具有将实时运行数据进行记录及通过无线基站实时传输数据功能。

基于实际应用的需求，这里的4G物联网数据网关，还可通过RS232/485转4G实现双向透传功能；支持4G全网通、工业级设计，有高速率，低延时的特征；可实现边缘采集、云端采集、云端数据中转，支持TCP、UDP；支持注册包/心跳包；支持网络透传、协议透传等。

该实施例中，监控处理服务器采用采用企业服务器来搭建。举例而言，该服务器基于DELL T640实现，其内嵌Intel Xeon1.9GHZ处理器,通过RJ45以太网接口，socket连接协议栈接收物联网数据网关发送的现场运行数据，将数据写入本地MySQL数据库，并提供故障停机后数据历史数据库查询功能，通过数据可视化将历史数据或实时数据绘制成曲线及图表进行对外输出。

且进一步，作为一种优选，可基于塔式服务器(Dell T640)进行数字建模将工业资源映射到数字空间中为工业物联网实体产业链运行提供历史数据库，以提高直观性及交互性。

在该实施例中，如图2所示，系统还包括与监控处理服务器电连接的第一显示设备和第二显示设备；

第一显示设备设置在生产现场，用于基于监控信息显示相应现场的感测设备组件实时采集的数据信息以及数据变化趋势曲线信息，并动态显示设备报警及故障信息，例如，第一显示设备为触摸屏，具体的可采用7英寸电阻式工业触摸屏，该显示设备基于ARM内核芯片，通过网线连接服务器，来获取数据进行显示，以供操作人员参考；

第二显示设备设置在生产管理场所，用于基于所述监控信息,将包括生产设备运行信息、以及生产信息的数据信息以可视化图表的方式进行汇总显示输出，例如,第二显示设备为大尺寸的平板显示器，通过HDMI视频接口链接服务器，将转换处理得到的显示车间设备运行的数据及生产相关数据，以可视化图表等方式进行显示输出。

出于具体的场景需求，作为一种具体的实施方式，该监控系统还包括与监控处理服务器通信连接的终端计算设备(如终端计算设备包括智能移动终端以及个人计算机终端)，终端计算设备用于通过Web方式获取监控处理服务器发布推送的监控信息，换言之，本系统产品还可配置web发布功能，手机端、PC端可使用浏览器查看故障信息、以及由其他系统基于监控故障信息推送的维保自动派工信息等。

本申请的技术方案所提供的监测系统产品，实现了设备状态监测从点到面，从被动到主动的全面转变，有利于及时把握和预测设备状态。迎合了随着设备自动化状态监测技术水平的不断提高，设备监测系统的发展趋势(即计划性维修向预测性维护转变，被动维修向主动维修改变)，在设备巡检采用本申请提出的基于工业物联网的采集监控系统，可有效保证设备运行数据“不失真”。

此外容易理解的，基于类似的系统架构，还可实现相关控制功能，例如，监控处理服务器采用工业以太网OPCUA协议，通过数据采集板卡及传输模块、通过数字建模和实时分析，将控制命令转换成工业设备如变频器，伺服电机等可以理解的控制命令(4-20ma/控制指令)，进而进行实际操作。

为便于理解本申请的技术方案，下面再从产品实施搭建维度，对本申请的技术方案进行介绍说明。

如图3所示，为一实施例中，系统产品的传感器及控制柜硬件布局示意图。

该实施例中，涉及部分硬件及相关信息如下表所示：

表1材料列表清单

图4为该实施例中控制柜结构示意图，控制柜采用304不锈钢户外型控制柜，防护等级为IP65，柜体尺寸为长600*宽400*深250mm，供电电压为220VAC，额定电流10A，内部分为3层结构，分别为电源层(包括空开QF1-QF5,4G网关，继电器KA5KA6)，模块层(包括控制器ARM9,采集板卡ARY_16,信号隔离器PDQ123,继电器KA1-KA4)，端子层(X1X2,熔断器2A,接触器KM1KM2)，导线槽宽度为40mm，高度为100mm。

具体连接中，采用220VAC交流电压供电到QF1，QF1连接到QF2,通过QF3-QF5断路器使用2芯线依次连接到柜内ARM9及ARY_16采集板及ARY_IOT物联网关电源接口，现场传感器通过X1及X2接线端子2.5mm接入隔离变送器PDQ123，隔离变送器PDQ123通过信号隔离滤波单元通过AQ1输出接线端子将模拟信号连接到ARY_16采集板AI1，ARY_16信号采集板通过采集板内部AD转换模块将模拟信号变为数字信号，通过RS485接口A+B-,使用modbus协议将数字信号传输给ARY_16网关模块，物联网关模块通过4G网络将数字信号通过TCP协议RJ45以太网端口传输给企业服务器，企业服务器通过智能模块将控制指令通过RJ45端口连接到ARM9控制器，ARM9控制器通过IO端口驱动KA1-KA4继电器模块，KA1-KA4继电器模块通过DQ端口连接KM1-KM2接触器，继而驱动下游设备运转。

柜内模块清单如下表2所示：

表2柜内模块列表清单

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于工业物联网的采集监控系统，其特征在于，包括：

感测设备组件，设置在被监测设备处，用于感测设备的状态信息并对应生成感测信号；

数据采集组件，设置在生产现场的机柜内，用于接收所述感测信号并进行采样处理，生成待通信传输的数字量信号；

物联网通信组件，与所述数据采集组件电连接，用于将所述数字量信号传输给远端的监控处理服务器；

所述监控处理服务器，用于基于所述数字量信号生成监控信息，并对外输出。

2.根据权利要求1所述的采集监控系统，其特征在于，所述感测设备组件包括传感器及与所述传感器电连接的变送器。

3.根据权利要求2所述的采集监控系统，其特征在于，所述传感器的类型包括温度传感器，压力传感器，流量传感器，液位传感器，振动传感器，转速传感器及电流传感器；

所述变送器为电流输出型变送器。

4.根据权利要求1所述的采集监控系统，其特征在于，所述数据采集组件为多数据通道的数据采集板卡，一所述数据采集板卡对应接收多路所述感测信号并进行采样处理。

5.根据权利要求4所述的采集监控系统，其特征在于，所述数据采集板卡为16路数据采集板卡。

6.根据权利要求1所述的采集监控系统，其特征在于，所述物联网通信组件为4G物联网数据网关。

7.根据权利要求1所述的采集监控系统，其特征在于，还包括与所述监控处理服务器电连接的第一显示设备和第二显示设备；

所述第一显示设备设置在生产现场，用于基于所述监控信息显示相应现场的感测设备组件实时采集的数据信息以及数据变化趋势曲线信息，并动态显示设备报警及故障信息；

所述第二显示设备设置在生产管理场所，用于基于所述监控信息,将包括生产设备运行信息、以及生产信息的数据信息以可视化图表的方式进行汇总显示输出。

8.根据权利要求1所述的采集监控系统，其特征在于，还包括与所述监控处理服务器通信连接的终端计算设备，所述终端计算设备用于通过Web方式获取所述监控处理服务器推送发布的监控信息。

9.根据权利要求8所述的采集监控系统，其特征在于，所述终端计算设备包括智能移动终端以及个人计算机终端。

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