智能工厂生产车间分布式状态监测系统的制作方法

1.本发明涉及一种智能工厂生产车间分布式状态监测系统。


背景技术：

2.随着社会经济的快速发展，我国城市发展越来越快，智能工厂生产车间也越来越多，因此，对生产车间安全管理系统进行升级改造越来越重要，传统的生产车间均设置有用于安全管理的监控装置，比如监控传感装置以及与所述监控传感单元连接的集控中心等；而为了保证智能工厂生产车间安全的实时状态监测功能，监控传感装置与集控中心要处于全天候开启状态，而由于监控传感装置长期处于开启状态，极大地减少了其使用寿命和运行可靠性；而随着物联网技术和电力电子技术的飞速发展，其在智能工厂生产车间的安全状态实时监测已成为了研究热点，基于物联网技术的智能工厂生产车间状态监测系统成为了生产车间的安全保障。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提出了一种具有边缘端计算力、低功耗、拓扑扩展灵活的智能工厂生产车间分布式状态监测系统，通过对生产车间的温湿度、电源质量、粉尘、气体、噪声、水浸等状态参数的分布式监测，实现对智能工厂环境状态安全预警的功能。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种智能工厂生产车间状态监测系统，所述智能工厂生产车间状态检测系统包括分布式节点采样层、poe网关中继层和云平台数据展示层，所述分布式节点采样层与poe网关中继层连接，所述poe网关中继层和云平台数据展示层连接，所述分布式节点采样层由温湿度采集节点、电源质量采集节点、粉尘采集节点、气体采集节点、噪声采集节点和水浸采集节点组成，所述云平台数据展示层由云端后台服务器、云端数据库和网页展示端组成。
6.进一步，所述温湿度采集节点包含微处理器、以太网通信单元、温湿度传感器、poe供电控制单元和串口信息配置单元，所述温湿度采集节点的微处理器分别与所述以太网通信单元、所述温湿度传感器、所述poe供电控制单元、所述串口信息配置单元连接。
7.再进一步，所述电源质量采集节点包含微处理器、以太网通信单元、电源质量传感器、poe供电控制单元和串口信息配置单元，所述电源质量采集节点的微处理器分别与所述以太网通信单元、所述电源质量传感器、所述poe供电控制单元、所述串口信息配置单元连接。
8.更进一步，所述粉尘采集节点包含微处理器、以太网通信单元、粉尘传感器、poe供电控制单元和串口信息配置单元，所述粉尘采集节点的微处理器分别与所述以太网通信单元、所述粉尘传感器、所述poe供电控制单元、所述串口信息配置单元连接。
9.所述气体采集节点包含微处理器、以太网通信单元、气体传感器、poe供电控制单元和串口信息配置单元，所述气体采集节点的微处理器分别与所述以太网通信单元、所述气体传感器、所述poe供电控制单元、所述串口信息配置单元连接。
10.所述噪声采集节点包含微处理器、以太网通信单元、噪声传感器、poe供电控制单元和串口信息配置单元，所述噪声采集节点的微处理器分别与所述以太网通信单元、所述噪声传感器、所述poe供电控制单元、所述串口信息配置单元连接。
11.所述水浸采集节点包含微处理器、以太网通信单元、水浸传感器、poe供电控制单元和串口信息配置单元，所述水浸采集节点的微处理器分别与所述以太网通信单元、所述水浸传感器、所述poe供电控制单元、所述串口信息配置单元连接。
12.所述云平台数据展示层包括后端云服务器、后端云数据库与网页窗口，所述后端云服务器通过所述poe网关与所述温湿度采集节点、电源质量采集节点、粉尘采集节点、气体采集节点、噪声采集节点、水浸采集节点进行通讯，并将监测数据传输到所述后端云数据库，所述网页窗口可以通过网页显示当前时刻智能工厂生产车间的实时监测数据，并查询统计其对应的历史数据。
13.进一步的，所述温湿度采集节点、所述电源质量采集节点、所述粉尘采集节点、所述气体采集节点、所述噪声采集节点、所述水浸采集节点作为客户端，通过以太网通信单元与网络连接，并采用mqtt协议实时向所述云端后台服务器发送传感数据报文，历史数据存储在所述云端数据库。
14.更进一步，所述温湿度采集节点、所述电源质量采集节点、所述粉尘采集节点、所述气体采集节点、所述噪声采集节点、所述水浸采集节点在空闲时处于低功耗休眠模式，降低电量损耗；所述云服务器通过发送以太网报文唤醒处于休眠模式的采集节点，当采集节点完成数据采集并响应数据报文后，自动进入休眠模式。
15.再进一步，所述温湿度采集节点、所述电源质量采集节点、所述粉尘采集节点、所述气体采集节点、所述噪声采集节点、所述水浸采集节点在出厂前需要通过所述串口信息配置单元进行参数信息配置，参数信息包括采集节点类型、节点唯一标识符编码和mqtt连接秘钥。
16.优选的，所述温湿度采集节点、所述电源质量采集节点、所述粉尘采集节点、所述气体采集节点、所述噪声采集节点、所述水浸采集节点的数据采集时间间隔默认为5分钟，并可以通过所述网页展示端选择数据采集刷新频率。
17.优选的，所述温湿度采集节点选用sht30芯片用于监测空气环境温湿度；所述电源质量采集节点采用电压互感器和电流互感器采集智能工厂生产车间的三相电压和三相电流实时数据，并分析其有效值、最大值、谐波以及频率，实现对智能工厂生产车间；所述粉尘采集节点采集pm1.0、pm2.5和pm10颗粒物浓度，所述气体采集节点通过采集一氧化碳浓度、可燃气体浓度，从而实现对智能工厂生产车间的火灾预警，所述噪声采集节点用以监测智能工厂生产车间噪声环境水平；所述水浸采集节点用以对智能工厂生产车间的漏水事故预警。
18.本发明的技术效果如下：
19.1)采用poe技术构建智能工厂生产车间状态监测系统，其具有拓扑扩展灵活、传感节点布置快捷、节点监测数据全面的特点。
20.2)采用以太网分布式架构构建边缘侧传感单元，传感监测数据在边缘侧进行有效采集、特征计算、趋势分析，有效提升了数据链路通讯效率，同时减轻了云端负载，并能扩展系统可接入传感监测节点的数量。
附图说明
21.图1是智能工厂生产车间状态监测系统的整体结构示意图。
22.图2是采集节点的运行流程示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明作进一步描述。
24.参照图1～图2，一种智能工厂生产车间状态监测系统，所述智能工厂生产车间状态检测系统包括分布式节点采样层1、poe网关中继层2和云平台数据展示层3，所述分布式节点采样层1与poe网关中继层2连接，所述poe网关中继层2和云平台数据展示层3连接，所述分布式节点采样层1由温湿度采集节点1
‑
1、电源质量采集节点1
‑
2、粉尘采集节点1
‑
3、气体采集节点1
‑
4、噪声采集节点1
‑
5和水浸采集节点1
‑
6组成，所述云平台数据展示层3由云端后台服务器3
‑
1、云端数据库3
‑
2和网页展示端3
‑
3组成。
25.所述温湿度采集节点1
‑
1包含微处理器1
‑1‑
1、以太网通信单元1
‑1‑
2、温湿度传感器1
‑1‑
3、poe供电控制单元1
‑1‑
4和串口信息配置单元1
‑1‑
5，所述温湿度采集节点的微处理器1
‑1‑
1分别与所述以太网通信单元1
‑1‑
2、所述温湿度传感器1
‑1‑
3、所述poe供电控制单元1
‑1‑
4、所述串口信息配置单元1
‑1‑
5连接。
26.所述电源质量采集节点1
‑
2包含微处理器1
‑2‑
1、以太网通信单元1
‑2‑
2、电源质量传感器1
‑2‑
3、poe供电控制单元1
‑2‑
4和串口信息配置单元1
‑2‑
5，所述电源质量采集节点的微处理器1
‑2‑
1分别与所述以太网通信单元1
‑2‑
2、所述电源质量传感器1
‑2‑
3、所述poe供电控制单元1
‑2‑
4、所述串口信息配置单元1
‑2‑
5连接。
27.所述粉尘采集节点1
‑
3包含微处理器1
‑3‑
1、以太网通信单元1
‑3‑
2、粉尘传感器1
‑3‑
3、poe供电控制单元1
‑3‑
4和串口信息配置单元1
‑3‑
5，所述粉尘采集节点的微处理器1
‑3‑
1分别与所述以太网通信单元1
‑3‑
2、所述粉尘传感器1
‑3‑
3、所述poe供电控制单元1
‑3‑
4、所述串口信息配置单元1
‑3‑
5连接。
28.所述气体采集节点1
‑
4包含微处理器1
‑4‑
1、以太网通信单元1
‑4‑
2、气体传感器1
‑4‑
3、poe供电控制单元1
‑4‑
4和串口信息配置单元1
‑4‑
5，所述气体采集节点的微处理器1
‑4‑
1分别与所述以太网通信单元1
‑4‑
2、所述气体传感器1
‑4‑
3、所述poe供电控制单元1
‑4‑
4、所述串口信息配置单元1
‑4‑
5连接。
29.所述噪声采集节点1
‑
5包含微处理器1
‑5‑
1、以太网通信单元1
‑5‑
2、噪声传感器1
‑5‑
3、poe供电控制单元1
‑5‑
4和串口信息配置单元1
‑5‑
5，所述噪声采集节点的微处理器1
‑5‑
1分别与所述以太网通信单元1
‑5‑
2、所述噪声传感器1
‑5‑
3、所述poe供电控制单元1
‑5‑
4、所述串口信息配置单元1
‑5‑
5连接。
30.所述水浸采集节点1
‑
6包含微处理器1
‑6‑
1、以太网通信单元1
‑6‑
2、水浸传感器1
‑6‑
3、poe供电控制单元1
‑6‑
4和串口信息配置单元1
‑6‑
5，所述水浸采集节点的微处理器1
‑6‑
1分别与所述以太网通信单元1
‑6‑
2、所述水浸传感器1
‑6‑
3、所述poe供电控制单元1
‑6‑
4、所述串口信息配置单元1
‑6‑
5连接。
31.所述云平台数据展示层3包括后端云服务器3
‑
1、后端云数据库3
‑
2与网页窗口3
‑
3，所述后端云服务器3
‑
1通过所述poe网关中继层2与所述温湿度采集节点1
‑
1、电源质量采集节点1
‑
2、粉尘采集节点1
‑
3、气体采集节点1
‑
4、噪声采集节点1
‑
5、水浸采集节点1
‑
6进行
数据通讯，并将监测数据传输到所述后端云数据库3
‑
2，所述网页窗口3
‑
3可以通过网页显示当前时刻智能工厂生产车间的实时监测数据，并查询统计其对应的历史数据。
32.所述温湿度采集节点1
‑
1、所述电源质量采集节点1
‑
2、所述粉尘采集节点1
‑
3、所述气体采集节点1
‑
4、所述噪声采集节点1
‑
5、所述水浸采集节点1
‑
6作为客户端，通过其各自的以太网通信单元与网络连接，并采用mqtt协议实时向所述后端云服务器3
‑
1发送传感数据报文，历史数据存储在所述后端云数据库3
‑
2。
33.所述温湿度采集节点1
‑
1、所述电源质量采集节点1
‑
2、所述粉尘采集节点1
‑
3、所述气体采集节点1
‑
4、所述噪声采集节点1
‑
5、所述水浸采集节点1
‑
6在空闲时处于低功耗休眠模式，降低电量损耗；所述后端云服务器3
‑
1通过发送以太网报文唤醒处于休眠模式的采集节点，当采集节点完成数据采集并响应数据报文后，自动进入休眠模式。
34.所述温湿度采集节点1
‑
1、所述电源质量采集节点1
‑
2、所述粉尘采集节点1
‑
3、所述气体采集节点1
‑
4、所述噪声采集节点1
‑
5、所述水浸采集节点1
‑
6在出厂前需要通过所述串口信息配置单元进行参数信息配置，参数信息包括采集节点类型、节点唯一标识符编码、mqtt连接秘钥。
35.所述温湿度采集节点1
‑
1、所述电源质量采集节点1
‑
2、所述粉尘采集节点1
‑
3、所述气体采集节点1
‑
4、所述噪声采集节点1
‑
5、所述水浸采集节点1
‑
6的数据采集时间间隔默认为5分钟，并可以通过所述网页展示端选择数据采集刷新频率。
36.所述温湿度采集节点1
‑
1选用sht30芯片用于监测空气环境温湿度；所述电源质量采集节点1
‑
2采用电压互感器和电流互感器采集智能工厂生产车间的三相电压和三相电流实时数据，并分析其有效值、最大值、谐波以及频率，实现对智能工厂生产车间；所述粉尘采集节点1
‑
3采集pm1.0、pm2.5和pm10颗粒物浓度，所述气体采集节点1
‑
4通过采集一氧化碳浓度、可燃气体浓度，从而实现对智能工厂生产车间的火灾预警，所述噪声采集节点1
‑
5用以监测智能工厂生产车间噪声环境水平；所述水浸采集节点1
‑
6用以对智能工厂生产车间的漏水事故预警。
37.下面将描述智能工厂生产车间状态监测系统采集节点的运行流程：
38.所述温湿度采集节点1
‑
1、所述电源质量采集节点1
‑
2、所述粉尘采集节点1
‑
3、所述气体采集节点1
‑
4、所述噪声采集节点1
‑
5、所述水浸采集节点1
‑
6的运行流程为：1)上电初始化；2)读取传感器节点信息，具体包括传感器类型、以太网通讯信道，以及以太网接入配置；3)通过mqtt秘钥，认证连接mqtt服务器，订阅主题；4)采集节点采集对应的传感数据，并整理字段，通过消息发布形式向服务器发布消息；5)当计时到达5分钟后，传感器采集节点立即进入待机休眠模式并开启实时时钟；6)当实时时钟定时时间到后，采集节点被唤醒，重新采集数据并向服务器发布消息。
39.本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。