基于物联网工业质量监控系统的设计和应用研究

祁澳华 李韬

摘要：就目前的工业监控系统来看，借助物联网技术应用，能够更好地建立物与物之间的联系，搭建工业设备和环境的无线监测脉络，促进工业生产运营的智能化监管。通过物联网技术应用，将信息采集、传输、识别、感应以及定位等都联系起来，促进工业监控系统功能不断完善，提升了工业生产的安全管理和监控效益。该文主要介绍了物联网技术及其在工业监控系统中应用的价值，分析了基于物联网的工业监控系统设计和应用方案。

关键词：物联网技术工业质量监控系统系统设计模块功能

中图分类号：X924.3文献标识码：A   文章编号：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物聯网技术及其在工业监控系统中的应用

目前，社会科学技术发展更新快，物联网技术借助传感设备及无线网络，借助接入网以及互联网，构建一个庞大的智能化网络，目的是实现物物以及人与物之间的高效信息交互。物联网能够实现这一功能，是通过传感器、射频识别、嵌入式技术等应用，对于物体身份进行识别，传感器技术通过视频技术进行信息采集和传输，嵌入式技术能够通过计算机处理将电信号指令发出来。物联网技术借助多种技术的整合，能够让物联网作为一个整体，切实发挥作用。物联网技术借助相关传感设备使用，结合既定协议，对于物品和网络进行连接，实现信息交互，真正让智能识别、跟踪定位、监控管理得以实现[1]。

在工业生产中，很多工业生产环境恶劣，且环境中应用的电气设备、机械等种类繁多，要实现对这些设备、机械等的有效管理，依靠传统的人力管理很难实现，且管理效率不高。而借助物联网技术，能够通过相关传感器应用，对于各部分监控要点进行把握，搭建相关设备、机械和网络之间的联系点，及时动态监测相关设备、机械以及设备工作环境状况，对于异常情况能够及时识别并发出警示信号，启动警报，提醒维修管理人员及时处理，有效提升了工业监控和管理效率[2]。

2工业监控系统设计思路

工业监控系统的主要组成部分有传感器、单片机、PLC控制器、警报器等，借助多个控制设备以及通信模块，实现对工业监控系统的监测和控制，实现工业生产设备和机械等的集中控制效果，该文选择以煤矿企业的工业监控系统设计为例，研究相应监控系统设计思路[3]。该包含几个PLC控制单元，它们共同构成了相应的数据传输网络，确保规模控制效益，对系统内的电器、设备等进行全流程监控。在控监控系统启动之前，需要集控台进行预告信息发布，30 s后，如果满足现场启动要求，可以自动自动[4]。在信号箱中设置有启动和关停按钮，能够满足随时启停的操作。相关设备如果采取集控启动方式，则监控系统在收到关停信号后，能够瞬时关停，保证设备安全，防止二次故障。

在系统控制方式选择上，有自动控制、手动控制、集控手动控制这3种模式，可以随意转换控制模式。在系统工作中，多采取自动控制模式，相应设备根据工艺要求顺序以及流程对中央控制台进行启停操作;而采取集控手动控制的方式，就可以由中央控制台来对相关设备进行操作，不存在闭锁关系。系统需要对工业监控系统实施集中监控，对于设备运行状态和参数进行有效监控，并将相应的数据信息存储在系统硬盘中[5]。

3工业监控系统自动控制设计

3.1工业监控系统设计要点

设计基于物联网技术的工业监控系统，需要把握几个设计要点。

3.1.1设备数据实时采集

要是的物联网中的节点以及主机间能够实现有效的通信，需要借助物联网技术优势来促进相关数据采集和聚合。物联网应用能够有效实现互联网数据共享和交互。所以，在设计中，需要基于物联网设备监控需要来对互联网和应用，促进数据实时性不断提升。要做到数据快速有效的采集和传输，这对于设备故障状态的及时判断和信息传输具有重要意义[6]。

3.1.2构建设备故障预测维修的管理和實现机制

要借助系统策略对于设备故障预测机制进行实施，确保响应及时。对设备维修后的状态也需要及时追踪，这样可以有效判断设备是不能可以被修好。可以在系统中增加故障预测模块，对于现有的检测数据，结合专门的算法以及诊断数据库，来杜宇相应设备状态进行预测。而对每一次的维修信息需要及时记录号，所以需要添加交互模块，以便对于显影信息进行有效采集[7]。

3.2系统功能模块设计

这是系统设计的重要基础，做好功能模块设计，才能设计数据库结构。所以需要确保相应模块设计合理性，建立相应模块之间的联系，还要确保各模块相互独立。以物联网模型为基础，构建感知层、网络层以及应用层。感知层主要构建传感器网络基础，负责对于相关部位的数据采集，再将采集的数据传输到检测端，借助计算机进行收集处理，通过互联网以及局域网和相应计算机构建端端联系，对采集的数据进行发送和处理。最后在管理端，借助计算机对系统平台进行运行，及时在显示屏上显示设备的运行状态，相关管理和监控人员可以对设备进行故障预测和维护跟踪。

3.3感知层模块设计

这一模块设计主要为了系统的数据采集打好基础，借助相应传感器来对于特定信号进行提取，将信号转变成能够传输的信息。在感知层中，最基础的是传感器设备，这些设备包含温度传感器、速度传感器以及烟雾传感器。

3.4温度传感器设计

在该工业监测系统研究设计中，选择使用安全性比较高的温度传感器（GWP100（D））。这类传感器通过热电偶传感原理，以塞贝克效应为基础，将不同成分的两种导体连接起来，建立回路，这两种导体的连接温度存在差异，这样在回路中也会产生热电流现象。选择这种温度传感器，一方面是因为其测量精度比较高，测量的范围也比较广阔，且整体传感器的设计框架比较简单，操作起来也十分便利。对于这一温度传感器进行安装，温度保护主要目标是对于滚筒进行检测，也可以实现对于相关系统驱动单元和设备的运行温度监测。就温度传感器的工作原理来看，其主要是借助温度来对自身的固定架进行保护，温度传感器多安装在驱动滚筒两端的机架位置。

3.5速度传感器设计

此次工业监控系统设计中选择的速度传感器型号为GSG-4，用于对部分工业设备运行速度实施监测，这一传感器通过光电式的速度传感器应用，选择使用这一传感器的主要原因是，光电投射可以对于转速进行数值读取，对于测量盘和读书盘之间的缝隙进行检测，这一过程中，测量盘会根据被测物转动，在转过一条缝隙的情况下，从光源投射到光敏元件上的光线会出现明暗的变化，相应的光敏元件可以及时地将电流脉冲信号传递出来，为系统提供速度传感。这一传感器的安装也需要注意，可以将其直接安装在设备的从动滚轮上，也可以将其安装在上的下方或者是下的上方，这样才能够确保感知的准确性。

3.6烟雾传感器设计

目前市场中的烟雾传感器的类型多样，常用的烟雾传感器包含光散射式烟雾传感器，也包含透光式延误传感器，还有离子感烟传感器等。此次设计中选择使用KGQ-I型号，这一类型传感器对于因为摩擦发热或者是其他原因导致的烟雾开展检测。在出现少量烟雾进入室内的情况下，传感器会出现红灯报警信号，表明内部空间出现了烟雾情况，这时候系统集控主机会及时关停工业设备，实现烟雾保护，确保工业设备安全。选择的烟雾传感器开关多用在煤矿中容易产生瓦斯气体以及爆炸风险较大的区域，是火灾易发场所必须要安装的传感设备。通过安装烟雾传感器，可以实现实时监测和遥感监测，可以分散监测也可以集中监测，烟雾传感器可以及时穿输出标准的开关信号。

4系统运行环境

针对此次工业监控系统设计而言，需要选择一个比较理想的图形用户界面，确保操作方便，安全可靠。现阶段，市场中的操作系统比较多样化，在众多操作系统中，unix能够满足多用户同时在线操作，可以同时执行多任务，且系统可拓展性理想，安全可靠，不过人机界面交互上友好性不足，操作也不便利，系统维护困难，所以这种操作平台并不适用。相比之下，Windows操作系统在目前的市场应用中已经获得了较多的认可，可以支持多种软件操作需要，系统可利用资源丰富，所以选择这一操作系统，能够为工业监测系统提供一个安全稳定的系统环境和运行平台，且这种操作系统的人机交互界面十分友好、安装便利，系统维护和开发也比较简单，应用到此次的工业监控系统中比较理想。

5结语

物联网技术在监控系统设计中的应用对于系统优化和升级而言意义重大。基于相关工业监控系统的设计需要，设计以物联网技术为基础的工业监控系统，能够更好的促进系统功能模块实现。基于物联网技术设计相应工业监控系统，需要做好系统的整体思考，构建设计框架，要把握设计要点，基于物联网技术构建相应的系统感知层、数据层以及应用层，搭建有效的系统运行环境，在完成系统设计后，需要对于系统进行调试，及时发现其中的问题，以便及时进行设计优化，解决问题，确保系统运行安全可靠。

参考文献

[1]OCHONOGOR C U，OBINABO E C. On the Performance Assessment of a Class of Industrial Fans with Substantial Process Variability for On-Condition Monitoring and Control System Design[J].International Journal of Systems Signal Control & Engineering Applications，2009，2（3/4）：40-44.

[2]王多彦，董元.基于工业物联网云平台远程监控井下提升机系统的研究与应用[J].中国设备工程，2021（1）：169-170.

[3]  刘治红，邱枫，张弦弦.一种基于工业物联网的含能材料生产现场安全数字化监控系统[J].机电产品开发与创新，2020，33（6）：64-67.

[4]  姚文华.基于4G物联网技术的热工仪表伴热带监控系统开发与应用[J].机电信息，2020（18）：56-57.

[5]  余红标，翁志达.危化品企业工业互联网建设与安全风险动态监测预警系统的融合[J].中国应急管理，2019（7）：48-49.

[6]  王兴楠.基于工业物联网的生产线监控系统研究与设计[D].广州：华北理工大学，2020.

[7]  卢少勋.基于6LoWPAN的工业无线监控网络协议设计及系统实现[D].上海：上海交通大学，2018.