基于传感器感知的机器设备定位及状态监测方法和系统与流程

本发明涉及定位及状态监测技术，具体涉及一种基于传感器感知的机器设备定位及状态监测方法和系统。

背景技术：

随着移动物联网、智能家居以及传感器技术的飞速发展，“中国制造2025”大趋势下，工业自动化、智能制造、智慧工厂已经在迅速在长三角、珠三角发展传播，在工业自动化建设中发挥着不可或缺的作用。智慧工厂的核心是以数据为核心来支撑生产计划的制定、监控设备工作状态，为上层决策层提供客观的数据支撑。另外，在大型规模化工厂中需要从传统时间维和空间维对重要的机器设备进行精细化管理，而高精度的室内定位系统正是为了满足这一需求而设计出现的。然而，机器设备除了需要监测实时位置外，还需要获取必要的工作状态，这就要求用于室内定位的定位标签不能仅限于对定位位置信息的采集，还需要通过外感知的方式采集机器设备的实时工作状态。传统对于机器设备工作状态采集主要通过以下几种方法：

(1)机器设备本地通过lcd、led或者其它指示灯显示的告诉操作用户机器目前的运行状态或者故障，人工根据操作流程规范，进一步验证测试设备运行状态，本地记录，然后后台录入保存备查；

(2)本地通过lcd、led显示屏或者指示灯显式告诉操作用户，同时借助机器设备内置的输出接口，采集设备状态数据，进一步通过有线或者无线方式传输至指定后台备查；

(3)在机器设备本地增加专用数据采集装置，通过机器设备固定的plc、串口等读取设备运行状态，进一步通过短距离无线方式传输给附近的通讯基站，最后通过基站传输至服务后台。

以上方法中，第一种几乎全部依靠人工主观完成设备状态数据的采集，会引入两方面的误差,一方面人工主观操作观察会引入误差，另一方面，由人工手工录入时同样会引入误差和出错。第二种方式由于厂家、型号种类繁多，而且有些国外厂商品牌的数据采集接口不开放，导致需要定制开发专用设备来采集数据，部署难度、成本很高。第三种方式与第二种方式存在同样的弊端，导致部署、实施难度高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于传感器感知的机器设备定位及状态监测方法和系统。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于传感器感知的机器设备定位及状态监测方法，该方法基于定位标签实现，定位标签内置在设备电源输入端，通过设备的强电接口来取电，通过电流直接获取设备的基本工作状态；所述定位标签包括定位测距模块、rf无线通信模块、电源转换管理模块和传感器模块；

所述机器设备定位及状态监测方法包括以下步骤：

1)设置定位标签传感器参数；

2)定位标签与基站测距通信；

3)获取当前设备位置信息；

4)传感器模块采集设备运行状态；

5)数据打包上传至云服务后台；

6)云服务后台解析数据包，获取位置信息、设备运行状态和id信息。

本发明还提供一种基于传感器感知的机器设备定位及状态监测系统，包括定位标签和云服务后台，定位标签内置在设备电源输入端，通过设备的强电接口取电，定位标签包括定位测距模块、rf无线通信模块、锂电池、电源转换管理模块和传感器模块；定位测距模块用于通过测定与基站间的距离来获取机器设备的位置信息；rf无线通信模块用于与基站之间进行数据传输；电源转换管理模块用于ac交流强电到dc工作电压的转换以及定位标签各模块的功耗管理，控制锂电池的充、放电过程；传感器模块用于采集机器设备的运行状态；云服务后台用于与定位标签交互，获得位置信息、设备运行状态和id身份信息。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)采用传感器外部感知的方式，无需对原有机器设备的外部结构和内部构造进行改造，只需通过粘贴的方式固定在机器设备的背部即可；(2)由于方案采用传感器外部感知的方式，可以通过多个传感器相融合进行综合判断，提升状态判定可靠稳定性，同时能根据不同机器设备以及现场环境对传感器感知参数进行调整，以便能获取更为精确的设备状态数据；(3)借助现有高精度室内定位系统的标签和无线基站系统，只需固件升级改造即可，无需增加其它额外设备、改造升级，低碳环保，避免低水平重复性投；入(4)设备状态按照预先设计的逻辑全自动完成机器设备状态和位置信息采集，全程无需人工参与，规避了人工主观误判和出错的可能性；基于实时的设备状态数据采集，能够及时发现设备状态问题，及时高效采取维修、维护服务；另外，基于长期的数据统计能够给出机器设备的运转效能和保养计划信息。

附图说明

图1为机器设备定位及状态监测系统框架图。

图2为设备状态具体监控流程图。

具体实施方式

一种基于传感器感知的机器设备定位及状态监测方法，该方法基于定位标签实现，如图1所示，定位标签内置在设备电源输入端，通过设备的强电接口来取电，通过电流直接获取设备的基本工作状态；所述定位标签包括定位测距模块、rf无线通信模块、电源转换管理模块和传感器模块；

如图2所示，所述机器设备定位及状态监测方法包括以下步骤：

1)设置定位标签传感器参数；

2)定位标签与基站测距通信；

3)获取当前设备位置信息；

4)传感器模块采集设备运行状态；

5)数据打包上传至云服务后台；

6)云服务后台解析数据包，获取位置信息、设备运行状态和id信息。

服务后台将上述信息转发给其他管理系统，所述其他管理系统是指用于企业管理的erp、crm以及bi经营管理系统，作为这些系统进行资源调配、管控的客观依据。

定位标签内置锂电设备，用于储能，保证设备在不接外部强电的情况下能够定位设备位置。

所述定位标签传感器参数包括固件版本种类、上传频率和低电压阈值。

设备运行状态包括移动速度、加速度、角速度、振动强度、倾斜角以及温/湿度。首先通过内部传感器来获取传感器参数，包括：加速度、角速度、震动强度、倾斜角以及温/湿度等基本参数，进一步由这些参数结合位置点变化情况给出设备是正常工作还是停止状态、处于移动状态或者静止状态。

传感器包括速度传感器、加速度传感器、角速度传感器、震动传感器、倾角传感器、温/湿度传感器。

所述设备的基本工作状态包括工作电流、电压、时长。

本发明还提供一种基于传感器感知的机器设备定位及状态监测系统，包括定位标签和云服务后台，定位标签内置在设备电源输入端，通过设备的强电接口取电，定位标签包括定位测距模块、rf无线通信模块、锂电池、电源转换管理模块和传感器模块；定位测距模块用于通过测定与基站间的距离来获取机器设备的位置信息；rf无线通信模块用于与基站之间进行数据传输；电源转换管理模块用于ac交流强电到dc工作电压的转换以及定位标签各模块的功耗管理，控制储能模块的充、放电过程；传感器模块用于采集机器设备的运行状态；云服务后台用于与定位标签交互，获得位置信息、设备运行状态和id身份信息。

设备运行状态包括移动速度、加速度、角速度、振动强度、倾斜角以及温/湿度。

传感器模块包括速度传感器、加速度传感器、角速度传感器、震动传感器、倾角传感器、温/湿度传感器。

当定位标签被安装固定在相应机器设备上时，它首先通过无线测距方式对当前设备进行定位，进一步通过内嵌的传感器模块对当前设备的状态，包括移动速度、加速度、角速度、振动强度、倾斜角以及温/湿度等进行实时采集；接下来，将机器设备的定位位置信息和状态信息打包，调用定位标签的rf通讯模块上传给定位基站，进一步通过基站上传到云服务后台；然后，云服务后台在收到数据后，按照协议规约解析获取设备的id身份信息、位置信息以及运行状态数据，转发给不同的上位管理系统；最后，上位管理系统根据设备运行状态数据监测当前设备运行是否正常，运转效能以及保养计划等动作。

本发明通过在高精度定位系统定位标签中内嵌不同类型传感器，通过传感器外部感知的方式获取机器设备的工作状态，进一步连同机器设备的id身份信息和实时位置信息，借助定位基站的无线通信能力，将机器设备状态数据和id身份以及实时位置信息一起打包传给上位服务系统，进一步上位机系统根据通讯规约协议，解析给出设备工作状态和实时位置信息，为其它生产管理系统提供数据支撑，能很好的规避传统人工参与导致主观误差和出错的可能性，同时规避传统定制专用数据采集设备的开发、部署难度大的弊端。

本发明借助智慧工厂原有的高精度定位系统，包括但不限于：uwb、wifi、bt蓝牙、zig-bee、地磁等定位系统，在不增加其它额外硬件设备的情况下，通过在定位标签内部嵌入传感器模块，在不改变原有机器设备外部结构和内部构造的情况下，从外部感知机器设备的运行状态数据，通过多种传感器融合技术，综合判断机器设备的实时运行状态数据，并结合机器设备的实时定位位置信息，借助基站无线通信系统，将定位位置数据、运行状态数据以及设备id身份信息上行传输至云服务后台，进一步转发给其它生产管理服务系统，能够对设备的位置以及运行状态数据实时监控，统计设备的运转效能和保养计划，同时能够根据历史数据实时监测到设备故障，及时、高效、精确的对故障设备进行维修、维护服务，提升管理效率和产品质量。系统全部采用外部传感器设备自动感知设备运行状态，有效的规避了人工检查、管控存在的主观误判以及错误的弊端，规避了传统监测设备状态的滞后性和后期开发、部署实施的障碍和困难；同时，传感器感知参数能根据不同设备和现场环境进行设置，灵活方便，极大的降低了现场开发、部署实施的工作量和难度。