基于物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用研究

祁澳華 李韜

摘要：就目前的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)來看，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，能夠更好地建立物與物之間的聯(lián)系，搭建工業(yè)設(shè)備和環(huán)境的無線監(jiān)測脈絡(luò)，促進工業(yè)生產(chǎn)運營的智能化監(jiān)管。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，將信息采集、傳輸、識別、感應(yīng)以及定位等都聯(lián)系起來，促進工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)功能不斷完善，提升了工業(yè)生產(chǎn)的安全管理和監(jiān)控效益。該文主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用的價值，分析了基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工業(yè)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計模塊功能

中圖分類號：X924.3文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-3791（2021）01（b）-0000-00

Design and Application of Industrial Quality Monitoring System Based on Internet of Things

QI Aohua LI Tao

（Tianjin Sino-German University of Applied Science， Tianjin， 300350 China）

Abstract： In terms of the current industrial monitoring system， with the application of the Internet of Things technology， the connection between things can be better established， the wireless monitoring network of industrial equipment and the environment can be established， and the intelligent supervision of industrial production and operation can be promoted. Through the application of the Internet of Things technology， information collection， transmission， identification， sensing， and positioning are all connected， which promotes the continuous improvement of industrial monitoring system functions， and improves the safety management and monitoring benefits of industrial production. This article mainly introduces the Internet of Things technology and its application value in industrial monitoring systems， and analyzes the design and application schemes of industrial monitoring systems based on the Internet of Things.

KeyWords： Internet of Things technology; Industrial quality monitoring system; System design; Module function

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，社會科學技術(shù)發(fā)展更新快，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助傳感設(shè)備及無線網(wǎng)絡(luò)，借助接入網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建一個龐大的智能化網(wǎng)絡(luò)，目的是實現(xiàn)物物以及人與物之間的高效信息交互。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能，是通過傳感器、射頻識別、嵌入式技術(shù)等應(yīng)用，對于物體身份進行識別，傳感器技術(shù)通過視頻技術(shù)進行信息采集和傳輸，嵌入式技術(shù)能夠通過計算機處理將電信號指令發(fā)出來。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助多種技術(shù)的整合，能夠讓物聯(lián)網(wǎng)作為一個整體，切實發(fā)揮作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助相關(guān)傳感設(shè)備使用，結(jié)合既定協(xié)議，對于物品和網(wǎng)絡(luò)進行連接，實現(xiàn)信息交互，真正讓智能識別、跟蹤定位、監(jiān)控管理得以實現(xiàn)[1]。

在工業(yè)生產(chǎn)中，很多工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，且環(huán)境中應(yīng)用的電氣設(shè)備、機械等種類繁多，要實現(xiàn)對這些設(shè)備、機械等的有效管理，依靠傳統(tǒng)的人力管理很難實現(xiàn)，且管理效率不高。而借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠通過相關(guān)傳感器應(yīng)用，對于各部分監(jiān)控要點進行把握，搭建相關(guān)設(shè)備、機械和網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系點，及時動態(tài)監(jiān)測相關(guān)設(shè)備、機械以及設(shè)備工作環(huán)境狀況，對于異常情況能夠及時識別并發(fā)出警示信號，啟動警報，提醒維修管理人員及時處理，有效提升了工業(yè)監(jiān)控和管理效率[2]。

2工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路

工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分有傳感器、單片機、PLC控制器、警報器等，借助多個控制設(shè)備以及通信模塊，實現(xiàn)對工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測和控制，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和機械等的集中控制效果，該文選擇以煤礦企業(yè)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計為例，研究相應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路[3]。該包含幾個PLC控制單元，它們共同構(gòu)成了相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保規(guī)模控制效益，對系統(tǒng)內(nèi)的電器、設(shè)備等進行全流程監(jiān)控。在控監(jiān)控系統(tǒng)啟動之前，需要集控臺進行預(yù)告信息發(fā)布，30 s后，如果滿足現(xiàn)場啟動要求，可以自動自動[4]。在信號箱中設(shè)置有啟動和關(guān)停按鈕，能夠滿足隨時啟停的操作。相關(guān)設(shè)備如果采取集控啟動方式，則監(jiān)控系統(tǒng)在收到關(guān)停信號后，能夠瞬時關(guān)停，保證設(shè)備安全，防止二次故障。

在系統(tǒng)控制方式選擇上，有自動控制、手動控制、集控手動控制這3種模式，可以隨意轉(zhuǎn)換控制模式。在系統(tǒng)工作中，多采取自動控制模式，相應(yīng)設(shè)備根據(jù)工藝要求順序以及流程對中央控制臺進行啟停操作;而采取集控手動控制的方式，就可以由中央控制臺來對相關(guān)設(shè)備進行操作，不存在閉鎖關(guān)系。系統(tǒng)需要對工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)實施集中監(jiān)控，對于設(shè)備運行狀態(tài)和參數(shù)進行有效監(jiān)控，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息存儲在系統(tǒng)硬盤中[5]。

3工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)自動控制設(shè)計

3.1工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計要點

設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，需要把握幾個設(shè)計要點。

3.1.1設(shè)備數(shù)據(jù)實時采集

要是的物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點以及主機間能夠?qū)崿F(xiàn)有效的通信，需要借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢來促進相關(guān)數(shù)據(jù)采集和聚合。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能夠有效實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享和交互。所以，在設(shè)計中，需要基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控需要來對互聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用，促進數(shù)據(jù)實時性不斷提升。要做到數(shù)據(jù)快速有效的采集和傳輸，這對于設(shè)備故障狀態(tài)的及時判斷和信息傳輸具有重要意義[6]。

3.1.2構(gòu)建設(shè)備故障預(yù)測維修的管理和實現(xiàn)機制

要借助系統(tǒng)策略對于設(shè)備故障預(yù)測機制進行實施，確保響應(yīng)及時。對設(shè)備維修后的狀態(tài)也需要及時追蹤，這樣可以有效判斷設(shè)備是不能可以被修好。可以在系統(tǒng)中增加故障預(yù)測模塊，對于現(xiàn)有的檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合專門的算法以及診斷數(shù)據(jù)庫，來杜宇相應(yīng)設(shè)備狀態(tài)進行預(yù)測。而對每一次的維修信息需要及時記錄號，所以需要添加交互模塊，以便對于顯影信息進行有效采集[7]。

3.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

這是系統(tǒng)設(shè)計的重要基礎(chǔ)，做好功能模塊設(shè)計，才能設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。所以需要確保相應(yīng)模塊設(shè)計合理性，建立相應(yīng)模塊之間的聯(lián)系，還要確保各模塊相互獨立。以物聯(lián)網(wǎng)模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。感知層主要構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，負責對于相關(guān)部位的數(shù)據(jù)采集，再將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑z測端，借助計算機進行收集處理，通過互聯(lián)網(wǎng)以及局域網(wǎng)和相應(yīng)計算機構(gòu)建端端聯(lián)系，對采集的數(shù)據(jù)進行發(fā)送和處理。最后在管理端，借助計算機對系統(tǒng)平臺進行運行，及時在顯示屏上顯示設(shè)備的運行狀態(tài)，相關(guān)管理和監(jiān)控人員可以對設(shè)備進行故障預(yù)測和維護跟蹤。

3.3感知層模塊設(shè)計

這一模塊設(shè)計主要為了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集打好基礎(chǔ)，借助相應(yīng)傳感器來對于特定信號進行提取，將信號轉(zhuǎn)變成能夠傳輸?shù)男畔ⅰＴ诟兄獙又校罨A(chǔ)的是傳感器設(shè)備，這些設(shè)備包含溫度傳感器、速度傳感器以及煙霧傳感器。

3.4溫度傳感器設(shè)計

在該工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)研究設(shè)計中，選擇使用安全性比較高的溫度傳感器（GWP100（D））。這類傳感器通過熱電偶傳感原理，以塞貝克效應(yīng)為基礎(chǔ)，將不同成分的兩種導(dǎo)體連接起來，建立回路，這兩種導(dǎo)體的連接溫度存在差異，這樣在回路中也會產(chǎn)生熱電流現(xiàn)象。選擇這種溫度傳感器，一方面是因為其測量精度比較高，測量的范圍也比較廣闊，且整體傳感器的設(shè)計框架比較簡單，操作起來也十分便利。對于這一溫度傳感器進行安裝，溫度保護主要目標是對于滾筒進行檢測，也可以實現(xiàn)對于相關(guān)系統(tǒng)驅(qū)動單元和設(shè)備的運行溫度監(jiān)測。就溫度傳感器的工作原理來看，其主要是借助溫度來對自身的固定架進行保護，溫度傳感器多安裝在驅(qū)動滾筒兩端的機架位置。

3.5速度傳感器設(shè)計

此次工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中選擇的速度傳感器型號為GSG-4，用于對部分工業(yè)設(shè)備運行速度實施監(jiān)測，這一傳感器通過光電式的速度傳感器應(yīng)用，選擇使用這一傳感器的主要原因是，光電投射可以對于轉(zhuǎn)速進行數(shù)值讀取，對于測量盤和讀書盤之間的縫隙進行檢測，這一過程中，測量盤會根據(jù)被測物轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)過一條縫隙的情況下，從光源投射到光敏元件上的光線會出現(xiàn)明暗的變化，相應(yīng)的光敏元件可以及時地將電流脈沖信號傳遞出來，為系統(tǒng)提供速度傳感。這一傳感器的安裝也需要注意，可以將其直接安裝在設(shè)備的從動滾輪上，也可以將其安裝在上的下方或者是下的上方，這樣才能夠確保感知的準確性。

3.6煙霧傳感器設(shè)計

目前市場中的煙霧傳感器的類型多樣，常用的煙霧傳感器包含光散射式煙霧傳感器，也包含透光式延誤傳感器，還有離子感煙傳感器等。此次設(shè)計中選擇使用KGQ-I型號，這一類型傳感器對于因為摩擦發(fā)熱或者是其他原因?qū)е碌臒熿F開展檢測。在出現(xiàn)少量煙霧進入室內(nèi)的情況下，傳感器會出現(xiàn)紅燈報警信號，表明內(nèi)部空間出現(xiàn)了煙霧情況，這時候系統(tǒng)集控主機會及時關(guān)停工業(yè)設(shè)備，實現(xiàn)煙霧保護，確保工業(yè)設(shè)備安全。選擇的煙霧傳感器開關(guān)多用在煤礦中容易產(chǎn)生瓦斯氣體以及爆炸風險較大的區(qū)域，是火災(zāi)易發(fā)場所必須要安裝的傳感設(shè)備。通過安裝煙霧傳感器，可以實現(xiàn)實時監(jiān)測和遙感監(jiān)測，可以分散監(jiān)測也可以集中監(jiān)測，煙霧傳感器可以及時穿輸出標準的開關(guān)信號。

4系統(tǒng)運行環(huán)境

針對此次工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計而言，需要選擇一個比較理想的圖形用戶界面，確保操作方便，安全可靠。現(xiàn)階段，市場中的操作系統(tǒng)比較多樣化，在眾多操作系統(tǒng)中，unix能夠滿足多用戶同時在線操作，可以同時執(zhí)行多任務(wù)，且系統(tǒng)可拓展性理想，安全可靠，不過人機界面交互上友好性不足，操作也不便利，系統(tǒng)維護困難，所以這種操作平臺并不適用。相比之下，Windows操作系統(tǒng)在目前的市場應(yīng)用中已經(jīng)獲得了較多的認可，可以支持多種軟件操作需要，系統(tǒng)可利用資源豐富，所以選擇這一操作系統(tǒng)，能夠為工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)提供一個安全穩(wěn)定的系統(tǒng)環(huán)境和運行平臺，且這種操作系統(tǒng)的人機交互界面十分友好、安裝便利，系統(tǒng)維護和開發(fā)也比較簡單，應(yīng)用到此次的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中比較理想。

5結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用對于系統(tǒng)優(yōu)化和升級而言意義重大。基于相關(guān)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計需要，設(shè)計以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠更好的促進系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計相應(yīng)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，需要做好系統(tǒng)的整體思考，構(gòu)建設(shè)計框架，要把握設(shè)計要點，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)感知層、數(shù)據(jù)層以及應(yīng)用層，搭建有效的系統(tǒng)運行環(huán)境，在完成系統(tǒng)設(shè)計后，需要對于系統(tǒng)進行調(diào)試，及時發(fā)現(xiàn)其中的問題，以便及時進行設(shè)計優(yōu)化，解決問題，確保系統(tǒng)運行安全可靠。

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