基于NB-IoT技术的工业机械安全接口及系统的制作方法

本发明涉及工业生产领域，特别是涉及一种基于nb-iot技术的工业机械安全接口及系统。

背景技术：

机械电气系统是现代生产和生活中必不可少的基础装备，机械电气设备以电工、电子和数字控制相结合，以强电与弱电相结合，改造和提升传统机械制造产业，是机械产品的重要组成部分。机械设备在给人们带来高效、快捷和方便的同时，在其制造和使用运行过程中也会带来撞击、挤压等机械性伤害和噪声、辐射、火灾等非机械性伤害。

传统机械安全系统以机械安全模块获取现场生产信息并产生现场控制信号，以确保现场的人员及设备安全。但其缺乏远程监测，对于现场生产数据、设备故障反馈数据等和现场生产相关的信息做不到及时高效地传输和收集，在发生事故事不能及时做出保护措施。如何保障在达到机械安全的前提下进行可靠的数据传输，以实现对工业设备的远程监测和保护成为本领域人员急需解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于nb-iot技术的工业机械安全接口及系统，用于使工业生产远程监控系统达到机械安全。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于nb-iot技术的工业机械安全接口，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口至少包括：

机械安全接口电路，第一处理器，第二处理器，nb-iot无线通信模组及配置接口电路；

所述机械安全接口电路连接所述第一处理器及所述第二处理器，用于信号的输入输出；

所述第一处理器与所述第二处理器通过串行外设接口交换数据，对输入信号和运算结果进行表决处理；所述第一处理器及所述第二处理器均连接所述机械安全接口电路，对所述机械安全接口电路输入的信号进行处理得到现场控制信号，所述现场控制信号通过所述机械安全接口电路输出；

所述第一处理器还连接所述nb-iot无线通信模组，控制所述机械安全接口电路与所述nb-iot无线通信模组传输信号；

所述nb-iot无线通信模组用于发送生产信息至远程监控界面；

所述配置接口电路连接所述第一处理器，所述第一处理器基于从所述配置接口电路接收到的配置信息对所述nb-iot无线通信模组进行参数配置。

可选地，所述机械安全接口电路包括信号输入接口及信号输出接口；所述信号输入接口接收生产信息并传输至所述第一处理器及所述第二处理器；所述信号输出接口从所述第一处理器及所述第二处理器获取控制信号并输出。

可选地，所述生产信息包括转速、温度、压力、速度等中的任意一个或多个组合。

可选地，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口还包括第一数字开关电路及第二数字开关电路；

所述第一处理器及所述第二处理器分别连接于所述第一数字开关电路及所述第二数字开关电路，每个处理器控制一路数字开关电路，将所述生产信息、所述第一处理器及所述第二处理器的运算结果进行逻辑运算得到现场控制信号，并通过所述第一数字开关电路及所述第二数字开关电路传输到所述机械安全接口电路。

可选地，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口还包括电源模块，所述电源模块为所述机械安全接口电路、所述第一处理器、所述第二处理器及所述nb-iot无线通信模组供电。

更可选地，所述电源模块包括第一电源转换器及第二电源转换器，所述第一电源转换器接收交流电源，将所述交流电源转换为第一直流电源；所述第二电源转换器连接所述第一电源转换器，将所述第一直流电源转换为第二直流电源；其中，所述交流电源、所述第一直流电源及所述第二直流电源的电压值依次减小。

更可选地，所述第一电源转换器包括交流转直流电路及直流降压电路。

更可选地，所述第二电源转换器包括低压差线性稳压电路。

可选地，所述配置接口电路包括usb接口。

更可选地，所述配置接口电路还包括供电器，所述供电器可在电源模块不供电时为所述第一处理器供电。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于nb-iot技术的工业机械安全系统，所述基于nb-iot技术的工业机械安全系统至少包括：

生产设备，上述基于nb-iot技术的工业机械安全接口，基站及远程监控；

所述生产设备连接所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口；

所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口将所述生产设备的生产信息传输到所述基站，通过所述基站传输至远程监控界面；同时对所述生产信息进行处理得到现场控制信号，所述现场控制信号用于控制所述生产设备；

所述基站与所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口及所述远程监控通讯；

所述远程监控监测所述生产设备，基于监测到的信息做数据分析，优化生产流程。

如上所述，本发明的基于nb-iot技术的工业机械安全接口及系统，具有以下有益效果：

本发明的基于nb-iot技术的工业机械安全接口及系统通过第一处理器、第二处理器对及机械安全接口输入的信号进行表决处理，并对第一处理器的编程实现控制nb-iot模组无线远程收发数据，达到对工业现场的机械安全保护和远程监控。本发明的基于nb-iot技术的工业机械安全接口及系统可通过机械安全接口电路实现工业现场的监控及安全控制；通过信号输入接口实现工业现场测量的生产信息通过第一处理器获取后控制nb-iot模组传输信息到远程监控，从而在远程监控做数据分析，优化生产流程，进而提高生产效率，可以达到在机械安全的前提下实现现场人员及设备的远程监控及保护。

附图说明

图1显示为本发明的基于nb-iot技术的工业机械安全接口的结构示意图。

图2显示为本发明的机械安全接口电路的结构示意图。

图3显示为本发明的电源转换器结构示意图。

图4显示为本发明的基于nb-iot技术的工业机械安全系统的结构示意图。

图5显示为传统工业机械安全系统的结构示意图。

图6显示为本发明的基于nb-iot技术的工业机械安全系统的一种工作原理示意图。

元件标号说明

1基于nb-iot技术的工业机械安全接口

11机械安全接口电路

111信号输入接口

112信号输出接口

12第一处理器

13第二处理器

14nb-iot无线通信模组

15配置接口电路

16电源模块

161第一电源转换器

162第二电源转换器

17第一数字开关电路

18第二数字开关电路

2生产设备

3基站

4远程监控

5机械安全模块

6基于nb-iot技术的工业机械安全系统

7传统工业机械安全系统

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由技术书揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本技术书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰与改变。

请参阅图1～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种基于nb-iot技术的工业机械安全接口1，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1包括：

机械安全接口电路11，第一处理器12，第二处理器13，nb-iot无线通信模块14及配置接口电路15。

如图1所示，所述机械安全接口电路11连接所述第一处理器12及所述第二处理器13，用于信号的输入输出。

具体地，所述机械安全接口电路11用于与生产设备连接，实现对生产设备输入或输出信号。在本实施例中，所述机械安全接口电路11包括信号输入接口111及信号输出接口112。所述信号输入接口111接收模拟或数字的生产信息并传输至所述第一处理器12及所述第二处理器13，所述生产信息包括但不限于转速、温度、压力及速度，任意工业现场的参数信息均适用于本发明，在此不一一赘述。在本实施例中，所述信号输入接口111通过交流输入光耦向所述第一处理器12及所述第二处理器13传输信号。所述信号输出接口112从所述第一处理器及所述第二处理器13获取模拟或数字的控制信号并输出，作为示例，所述信号输出接口112连接继电器、电磁阀或各种开关，以控制生产设备工作。

如图1所示，所述第一处理器12与所述第二处理器13通过串行外设接口(spi)交换数据，对输入信号和运算结果进行表决处理；所述第一处理器12及所述第二处理器13均连接所述机械安全接口电路11，对所述机械安全接口电路11输入的信号进行处理得到现场控制信号，所述现场控制信号通过所述机械安全接口电路11输出；所述第一处理器12还连接所述nb-iot无线通信模组14，控制所述机械安全接口电路11与所述nb-iot无线通信模组14传输信号。

具体地，所述第一处理器12及所述第二处理器13均连接于所述信号输入接口111，同时对所述信号输入接口111输入的信号进行运算处理；所述第一处理器12及所述第二处理器13之间通过spi相互交换数据，对接收的生产信息和运算结果进行表决处理得到现场控制信号，所述现场控制信号通过所述信号输出接口112输出，以控制生产设备的控制装置(包括但不限于继电器、电磁阀或各种开关)。

作为本发明的另一种实现方式，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1还包括第一数字开关电路17及第二数字开关电路18。所述第一处理器12及所述第二处理器13均连接所述信号输入接口电路11，从所述信号输入接口111获取生产信息，采用不同方式对接收到的生产信息分别进行运算处理。所述第一处理器12及所述第二处理器13之间通过spi相互交换数据，对接收的生产信息和运算结果进行表决处理；所述第一处理器12及所述第二处理器13的输出分别连接所述第一数字开关电路17及所述第二数字开关电路18的输入端，每个处理器分别控制一路数字开关电路，最终将两路数字开关进行串联，进行逻辑运算得到最终的现场控制信号，传输到所述信号输出接口112，以控制生产设备的控制装置。

具体地，所述第一处理器12还连接于nb-iot无线通信模组14，通过指令控制所述nb-iot无线通信模组14将接收到的生产信息进行远程传输。

需要说明的是，所述机械安全接口电路11是具有机械安全认证的接口电路，本发明的机械安全接口电路11可以有效执行其安全功能，使设备在某一危险事件发生时，能够达到或者维持在安全状态，具有高可靠性、高安全性和高emc性。在本实施例中，所述第一处理器121及所述第二处理器122采用mcu实现。本实施例采用1oo2安全架构，双微处理器通道有效保证系统安全性。

作为本发明的一种实现方式，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1还包括指示灯，所述指示灯与所述第一处理器12及所述第二处理器13连接，受所述第一处理器12及所述第二处理器13的控制实现亮灭。

如图1所示，所述nb-iot无线通信模组14用于发送生产信息至远程监控界面。

具体地，nb-iot是一种基于蜂窝的窄带物联网技术。nb-iot技术构建于蜂窝网络，无需重新建网，可直接部署于lte网络，降低了整体拥有成本；nb-iot技术通信距离长，只消耗约180khz的宽带，降低了功耗延长了设备续航时间；nb-iot技术一个扇区能支持10万个连接且不会相互干扰，可同时满足大量设备通信需求。所述nb-iot无线通信模组14基于全球用户识别卡(usim，universalsubscriberidentitymodule)实现通讯。

如图1所示，所述配置接口电路15连接所述第一处理器12，所述第一处理器12基于从所述配置接口电路15接收到的配置信息对所述nb-iot无线通信模组14进行参数配置。

具体地，在本实施例中，所述配置接口电路15采用usb接口，配置信息通过usb接口输入所述第一处理器12。所述第一处理器12基于所述配置信息控制所述nb-iot无线通信模组14进行无线远程传输。

需要说明的是，所述配置接口电路15采用任意数据传输的接口，不限于本实施例。

作为本发明的一种实现方式，所述配置接口电路15还包括供电器，所述供电器为所述第一处理器12供电。具体地，当所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1未连接电源时，所述配置接口电路15中的供电器为所述第一处理器12供电，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1无需与车间中的生产设备上电连接完成配置和调试，在线下(例如工程师的办公室)就可完成配置，便捷高效。

如图1所示，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1还包括电源模块16，所述电源模块16为所述机械安全接口电路11、所述第一处理器12、所述第二处理器13及所述nb-iot无线通信模组14供电。

具体地，在本实施例中，所述电源模块16连接24v的工业交流电源，将24v的工业交流电源转化为所述机械安全接口电路11、所述第一处理器12、所述第二处理器13及所述nb-iot无线通信模组14所需的直流电源。所述电源模块16包括第一电源转换器161及第二电源转换器162。所述第一电源转换器161接收交流电源，将所述交流电源转换为第一直流电源。所述第二电源转换器162连接所述第一电源转换器161，将所述第一直流电源转换为第二直流电源；其中，所述交流电源、所述第一直流电源及所述第二直流电源的电压值依次减小。

实施例二

如图5所示，传统机械安全系统7包括：

机械安全模块5及生产设备2。

如图5所示，传统的所述机械安全模块5获取所述生产设备2的生产信息，将生产信息处理后得到现场控制信号，所述现场控制信号用于控制所述生产设备2，保护现场人员、设备的安全。

需要说明的是，所述传统机械安全系统7属于传统应用，已有30-40年历史。在工业4.0的背景下，信息化的发展、生产过程的数据化发展以及工业大数据分析等方面的需求，工业远程监测应运而生。为了进一步提高生产效率，本实施例提供一种基于nb-iot技术的工业机械安全系统6，相比于所述传统机械安全系统7增加无线通信功能及所述远程监测应用，及时高效地保护现场人员及设备安全。

具体地，如图4所示，所述基于nb-iot技术的工业机械安全系统6包括：

基于nb-iot技术的工业机械安全接口1，生产设备2，基站3及远程监控4。

如图4所示，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1将所述生产设备2的生产信息传输到所述基站3，通过所述基站3传输至远程监控4；同时所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1对所述生产信息进行处理得到现场控制信号，所述现场控制信号用于控制所述生产设备2，确保生产设备安全联锁，保护现场人员及设备安全。

具体地，所述生产设备2可以是任意需要进行远程监控的设备，在此不一一赘述。

如图4所示，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1为所述生产设备2传输信号。

具体地，所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1的内部结构及工作原理如实施例一所述，在此不一一赘述。

如图4所示，所述基站3与所述nb-iot无线通信模组14及所述远程监控4进行通讯，以实现信号的传输。

如图4所示，所述远程监控4监测所述生产设备2，基于监测到的信息做数据分析，优化生产流程。

如图6所示，当所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口1采用实施例一的结构时，所述基于nb-iot技术的工业机械安全系统6的工作原理如下：

如图6所示，生产信息通过所述信号输入接口111传输到所述第一处理器12，所述第一处理器12经过识别获取并处理信号后通过发送指令控制所述nb-iot无线通信模组14将生产信息数据经过nb-iot基站3发送到远程监控4的界面上展现出来。同时，生产信息通过所述信号输入接口111也传输至所述第二处理器13，所述第一处理器12及所述第二处理器13经spi交换数据，对输入信息和运算结果进行表决处理输出现场控制信号，所述输出的现场控制信号传输到所述信号输出接口112，并传输到所述生产设备2，以控制所述生产设备2正常工作。

综上所述，本发明提供一种基于nb-iot技术的工业机械安全接口及系统，接口包括：机械安全接口电路，第一处理器，第二处理器，nb-iot无线通信模组及配置接口电路；所述机械安全接口电路连接所述第一处理器，第二处理器，用于信号的输入输出；所述第一处理器连接所述机械安全接口电路及所述nb-iot无线通信模组，控制所述机械安全接口电路与所述nb-iot无线通信模组传输信号；所述第一处理器，第二处理器均连接于所述机械安全接口电路，同时对所述机械安全接口电路输入的信号进行表决处理得到现场控制信号，所述现场控制信号通过所述机械安全接口电路输出；所述nb-iot无线通信模组用于发送生产信息至远程监控界面；所述配置接口电路连接所述第一处理器，所述第一处理器基于从所述配置接口电路接收到的配置信息对所述nb-iot无线通信模组进行参数配置。系统包括：生产设备，上述基于nb-iot技术的工业机械安全接口；所述生产设备连接所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口，基于所述基于nb-iot技术的工业机械安全接口传输信号。本发明的基于nb-iot技术的工业机械安全接口及系统通过对第一处理器的编程实现控制nb-iot模组线远程收发数据，并通过第一处理器，第二处理器对机械安全接口电路输入输出的信号来达到工业现场监测以及控制的目的。本发明的基于nb-iot技术的工业机械安全接口及系统可通过机械安全接口电路实现工业现场数据的监控及控制；通过第一处理器控制nb-iot模组传输信息到远程监控界面，可以达到在机械安全的前提下实现数据低功耗、安全、可靠的无线传输及实现现场人员及设备的远程监控及保护。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。