基于物聯網的工廠智能監控系統設計與實現

陳建東

（煙臺富準精密電子有限公司，山東 煙臺 264006）

在社會經濟水平不斷提高的背景下，我國科學技術獲得了長足的發展，物聯網作為新興的科學技術有著諸多的優勢，已經在我國諸多領域行業中開始了試驗性應用，并推動了所應用領域的發展。目前，相關的視頻數據分散存儲、監控平臺各自獨立，不便于應用和管理。為此，我們需要整合監控數據資源，建立統一的智能監控系統，實現集中調用與監控，并在此基礎上進行智能監控技術研究，實現快速準確定位現場異常情況和全天候自動監控。傳統的視頻監控僅提供視頻的捕獲、存儲和回放等簡單的功能，僅用來記錄發生的事情，很難起到預警和報警的作用。因此，這就迫切需要智能視頻監控，來輔助監控人員的工作。與此同時，工廠管理比較復雜，而將物聯網技術應用在工廠智能監控系統管理中，能夠提高管理水平?；诖?，文章對物聯網技術在工廠智能監控系統管理中的應用進行了分析。

1 物聯網技術

1.1 物聯網技術的特性

物聯網是通過信息技術的方式，將物體與物體之間進行連接，并使物體能夠與網絡進行連接。物理連接需要相應的指令才能夠完成，物體之間能夠相互感知、實現信息交流才能夠構建完善的物聯網網絡。當前我國物聯網網絡建設中，智能感知和識別技術是其中的核心關鍵技術，在工業生產等領域取得了很好的應用效果。

特征：（1）廣泛性。在物聯網的整體環境中，所謂的“物”具有極大的覆蓋性，其中不僅包含傳統的物理實體，也覆蓋了一部分的虛擬實體，而其中對物進行識別時，需要針對物的基本屬性來進行分辨，通過這種方式才能夠展現物聯網的優勢，使物與網絡能夠形成有效的連接；（2）控制與管理?；ヂ摼W在進行數據處理時，主要依賴計算機技術完成，通過合理的管理能夠實現較高的智能化技術，而一旦獲得來自用戶端的信息反饋后，互聯網就能夠對環境以及物體的本身進行有效控制。而在物聯網的環境中人與物都能夠在任意時間和空間形成良好的融合，所以物聯網可以被視為一種新型的互聯網絡，而其中的互聯是將人與物進行有機的連接，通過這種方式使人在對物進行控制時的整體質量和有效性得到提升，并且在5G 技術的支持下，物聯網技術的控制效果也會大大提升，例如未來的遠程手術、無人駕駛等多方面的科研方向，都需要憑借物聯網與5G 技術共同應用，才能發揮其應有的效果[1]。

1.2 物聯網關鍵技術分析

1.2.1 二維碼與RFID

二維碼與RFID 技術是當前市場關注的焦點，其主要作用是對物體進行相應識別。就目前而言，二維碼在我們的日常生活中已經十分普遍，被廣泛的應用，已經成為了人們生活中不可或缺的重要技術之一，其實際應用已經涵蓋了社會中近乎所有行業領域。RFID技術即射頻識別技術，是一種非接觸式的自動識別技術，這一技術采用電子標簽對目標對象進行自動識別，通過利用相關識別設備以射頻無線通信方式與目標對象的電子標簽進行信息交換，從而實現自動識別功能，獲得相關數據信息[2]。RFID 技術有著非接觸式、抗干擾能力強、識別距離遠、識別速度快、自動多目標識別等諸多突出優勢，已經廣泛地在倉儲、物流供應鏈、生產管理與控制、物資管理等行業領域被大量應用，并彰顯了顯著的效果。最基本的RFID 技術由斜坡標簽（Tag）、讀寫器（Reader）以及計算機系統（Computer）三部分組成。RFID 是物聯網構建中使用最多的技術之一，通過無線電信號能夠對目標物體進行識別，并根據其中所包含的信息進行數據讀寫和操作，不需要設置其他識別系統。在物聯網網絡結構中，RFID 是實現物體與網絡連接的核心技術，通過RFID 技術能夠將物體進行標簽化處理，對系統實施電子編碼和承載數據、信息等，結合物聯網系統的閱讀功能，就能夠對標簽中所含有的信息進行讀取，并將這些信息傳遞到系統后臺，從而完成物聯網系統運行的整個過程。RFID 技術具有視線范圍較大、局限性較低和識別距離較遠等優點，RFID 技術幾乎能夠適用于物聯網構建中的任何系統部分，在一些構建難度較高的環節中，RFID 技術都取得了很好的效果。除此之外，隨著RFID 技術的不斷發展與進步，RFID的功能逐漸豐富，實用性逐漸增強，在采用智能技術與RFID 技術結合后，使得RFID 技術的應用深度和廣度都得到了很大的提高。

1.2.2 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡即Wireless Sensor Network，簡稱WSN，是一種分布式傳感網絡，是由眾多在空間上分布的自動裝置共同組成的一種計算機網絡，這些裝置通過應用傳感器協助，對不同位置物理或是環境狀態進行監控，例如溫度、聲音、振動、壓力、運動等物理狀態信息。

1.2.3 頻率識別技術

頻率識別技術是智能物聯網技術的關鍵，需要運用符號信息完成識別過程，及時標記有用的信息并完成儲存過程，在完成登記之后即可投入到使用中。該機制需要電視天線、電子標簽和讀寫設備三個部分的參與。在物品上的電子標簽能夠幫助讀寫設備完成信息搜集過程，并在電視天線的作用下完成遠程傳輸的目標。頻率識別技術的應用范圍較為廣泛，能夠在零售領域、醫藥生產領域、識別身份領域等多個領域發揮潛能，推動社會朝著智能化發展的目標不斷前進。

1.2.4 傳感器識別技術

智能物聯網技術能夠在傳感器發揮節點作用的狀態下構建出大區域范圍內的無線網絡，多個傳感器相互協作能夠構造出強大的感知機制，在搜索某區域內的對象時具有十分重要的應用。首先，運用該技術需要完成相關數據的搜集過程，并將其量化，經過綜合處理之后可以完成高效應用的目標。傳感器的敏感部件和轉換部件作用強大，形成自制的大型組織網絡空間，以及以數據為中心的無線網絡區域。使用傳感器會受到電源電量的限制，儲蓄水平及信息傳輸水平會受到實際應用環境的限制。

2 基于物聯網的工廠智能監控系統設計分析

2.1 平臺整體架構

1.前端系統。前端系統對工廠視頻監控、周界防范、視頻監控、周界防范、出入口、門禁一卡通等進行了整合，負責對工廠各個區域視音頻、報警信息進行采集、編碼、存儲及上傳，并通過平臺實現多種智能規則的聯動。

2.傳輸網絡。監控系統的網絡承載于傳輸網絡綜合數據網，用于前端與平臺及平臺之間的通信，視頻監控依托有線光纖網絡進行傳輸，移動巡檢及工廠視頻監控依靠無線網絡進行傳輸（如表1 所示）。

表1 監控信息通信傳輸協議參數描述

3.監控中心。監控中心可管理工廠內部的所有設備，接收各區域上報的信息，滿足中心系統用戶對視頻、報警信息查看的需求。

2.2 智能監控系統設計

在智能監控系統當中視頻攝像裝備是傳感系統的主體核心內容，可以對其進行全方位的采集和分析監管對象區域，當有突發事件會第一時間觸動報警系統和配置進行聯動，在高性能無線傳感器的運用方面可以有效地提高智能系統的穩定發展。對于智能監控系統里的視頻采集配置搭載視頻，可以在進行采集的平臺中針對視頻的相關信息進行有效的采集，而且在網絡系統信息之間的良好交互會將采集到的信息傳輸到應用層，進而針對視頻信息做有效的結構分析和研究，再通過智能化系統的識別和相關驗證，可以第一時間掌握到監管對象的情況，并且面對突發的狀況時可以及時的運用報警配置的聯動。

2.3 綜合性數據收集

在傳感器網絡監控架構的基礎上，需要結合物聯網技術調整工廠智能監控運行監控的狀態，通過應答器與無線傳感器節點之間的融合，將整個中央控制系統劃分為5 個階段，在每一層中布置相應的監控器和匯聚節點以及應用接口。在每一層中對應答器節點和傳感器節點布置預設程序，通過預設程序來集中性地監控工廠無線通信系統、工廠監控查詢器和應用接口狀態，在整個數據收集系統中，利用傳感器節點和應答器節點實現信息的互動和收集。在物流技術監控系統中，需要在經過時發送接收信號，也就是說，在經過畫面時會由設備發送查詢信號，再由應答器節點和傳感器節點收集報文、傳感信息，但需要注意的是，在進行綜合性數據收集和檢測時，需要對設備的整個網絡監控架構進行組織，通過集成結構和獨立結構的融合，實現高頻和低頻的信息發送，避免受到無線信號的干擾。

3 基于物聯網的工廠智能監控系統的對比實驗分析

采用本文設計的系統及參與測試的常規系統進行實驗，采用的終端計算機設備為官方開發3.50.23 系統版本的Linux 內核，此內核文件目錄中包含了系統自主運行的多個腳本程序。在此基礎上，對此次實驗中的相關配置程序與系統運行環境進行規劃與布設。上機位程序采用B/S 系統結構，系統環境開發工具為VS2015，終端應用服務器為微軟IIS，工廠數據庫為SQLServer。在監測過程中，先設計工廠運行相關參數的常態化運行，在系統持續運行2.0h 后，調整工廠運行環境參數。此時，觀察系統終端監控界面是否能良好地監測到工廠內部生產與運行環境的變化。記錄實驗中產生的相關信息，結果如表2 所示。

表2 系統檢測結果

如上表2 所示，A、B、C、D 分別為工廠內四個監控傳感器，其獲取的數據為工廠正常運行狀態下的系統監控數據，A1、B2、C3、D4 獲取的數據為工廠內部運行溫度與煙霧濃度被提高后，傳感器獲取的監控數據。通過此次對比實驗結果，可以看出本文設計的監控系統在進行工廠運行參數的監測過程中，對于信息的感應較為靈敏，可準確地識別到工廠在生產中不同參數的變化，工廠現用系統對于廠內溫度與煙霧濃度的變化沒有及時做出預警與感應。由此可知，本文設計的系統對于廠內生產與運行環境的變化具有更高的監控靈敏度。

4 系統應用效果

4.1 利用物聯網提高系統網格化管理水平

（1）連接能力強。該系統通過利用一個扇區就能實現對若干個終端設備的有效連接，同時，對功耗較低的網絡架構具有很好的兼容作用和支持作用；（2）穿透能力強。與傳統物聯網技術應用效果相比，通過利用物聯網，在保證頻段條件相同的情況下，可以實現對提高網絡速度的最大化；（3）覆蓋區域廣。通常情況下，一個基站可以覆蓋的地域范圍達到了幾公里，為滿足工廠網絡訪問需求打下堅實的基礎；（4）功耗低。在相關管理理念技術的應用背景下，通過利用物聯網，可以延長該系統終端設備的待機時間，使得待機時間達到十年之久。

4.2 利用物聯網技術分析提高管理應用水平

在智能傳感器的應用背景下，通過利用物聯網，可以實現對工廠活動監控等相關信息數據的全面采集和整理。同時，還能根據工廠的變化情況，開發出報警功能、智能巡檢功能，為節省人力成本、物力成本提供有力的保障。此外，在物聯網技術的應用背景下，還可以精確評估和分析該系統的監控效果，為實現監測功能與控制功能的有效結合，提高監測結果的真實性和精準性產生積極的影響。另外，通過不斷改革和創新管理方案，不僅實現了對工廠管理流程的優化和完善，還制定了一套系統、健全的工廠監督評價機制，為工廠有效管理相關信息數據，提高整體的效率和效果發揮出重要作用。

5 結語

總而言之，物聯網在人們的生活中具有十分重要的作用，也是科學技術在近年來發展過程中的重要體現，受到了人們的廣泛關注。從目前的技術角度進行分析，物聯網的功能和特性已經展現了特有的優越性，將其應用于工廠智能監控設計管理中，不僅能夠使工作更為精細化，還能夠有效控制工廠運行成本，通過這種方式最大限度地使我國工廠的效率得到提升。