物联网的智能监控系统和方法与流程

1.本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种物联网的智能监控系统和方法。


背景技术：

2.随着信息技术突飞猛进地发展和人民生活水平迅速地提升，人民对美好生活的需求也越来越高。如今在大数据和物联网快速发展的情况下，为了降低人员的劳动强度同时提高工作效率，保障各种设备的安全稳定运行则变得越来越重要，尤其是需要对恶劣环境中的重要设备和环境参数进行监控。例如针对无人值守机房的动力和环境进行监控，由于机房环境的高噪音、高电磁辐射、新风环境差等因素，不适合人员长期处于其中进行工作和值守。然而，管理人员需要及时了解电力设施和环境参数的具体状况，提前预知存在安全隐患的故障点，若有故障则需要第一时间获知，以保障生产设施安全稳定地运行。此时，物联网的智能监控则起到举证足轻重的作用。
3.但是，目前市场上的智能监控系统大部分是基于windows系统开发的，其硬件配置需要使用专用电脑配合数据采集设备，不仅增加了系统的复杂性而且降低了其经济性。少部分监控系统可以单独使用，但在数据采集格式和数据处理能力上有限，仅限于开关信号的采集，总之系统的可用性较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供了一种物联网的智能监控系统，包括数据采集单元、plc(programmable logic controller)控制单元和交互单元，所述数据采集单元用于获取设备或环境的监测参数；所述plc控制单元与所述数据采集单元连接，用于处理获取的参数；所述交互单元与所述plc控制单元连接，用于显示处理后的数据，以及接收工作参数的设置或操作命令。
5.可选的，所述交互单元为hmi(human machine interface)触摸屏。
6.可选的，所述数据采集单元包括末端传感器、智能设备或变送器，连接于所述plc控制单元。
7.可选的，所述末端传感器为温湿度传感器，连接于所述plc控制单元。
8.可选的，所述智能设备包括空气pm质量监测器或漏水监测器，连接于所述plc控制单元。
9.可选的，所述物联网的智能监控系统还包括报警单元，与所述plc控制单元连接，用于当所述监测参数达到预设的报警条件时，则做出报警动作。
10.可选的，所述报警单元为扬声器或发光设备，所述报警动作为发出声响或发出光线。
11.可选的，各个所述的hmi触摸屏设有对应的二维码。
12.可选的，所述物联网的智能监控系统还包括客户端，与所述plc控制单元连接，用于通过网络接收处理的数据。
13.本发明还提供了一种物联网的智能监控方法，包括：获取设备或环境的监测参数；处理获取的参数；显示处理后的数据，并接收工作参数的设置或操作命令。
14.根据上述内容，本发明的物联网的智能监控系统包括数据采集单元、plc控制单元和交互单元，所述数据采集单元用于获取设备或环境的监测参数；所述plc控制单元与所述数据采集单元连接，用于处理获取的参数；所述交互单元与所述plc控制单元连接，用于显示处理后的数据，以及接收工作参数的设置或操作命令。有益效果是：本发明的物联网的智能监控系统能够单独使用，无需使用专用电脑配合数据采集设备，不仅降低了系统的复杂性而且增加了其经济性。另外，能够采集开关信号、数字信号、模拟信号等，提高了系统的可用性。
附图说明
15.图1为本发明一实施形态的物联网的智能监控系统的示意框图；
16.图2为本发明一实施形态的物联网的智能监控系统拓扑图；
17.图3为本发明一实施形态的plc控制单元的组成图；
18.图4为本发明一实施形态的hmi触摸屏的功能图；
19.图5为本发明一实施形态的hmi触摸屏的主界面图；
20.图6为本发明一实施形态的物联网的智能监控方法的流程示意图；
21.图7为本发明实施例1的电脑显示界面。
具体实施方式
22.本发明的物联网的智能监控系统，基于plc控制单元和交互单元(例如hmi触摸屏)实现本地及远程监控，可接入各种信号的传感器及智能设备，如开关信号、数字信号、模拟信号等。比如，通过各种传感器和通讯协议采集环境及设备的参数信息，再进行数据处理，然后把设备和环境的信息通过互联网传输到例如手机、电脑或平板电脑等客户端上，实现远程无人值守及智能控制。所以本发明的物联网的智能监控系统是监控恶劣环境下的重要设备和环境参数的良好助手，能够提高工作效率，降低劳动强度。
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
24.请参阅图1和图2所示，本发明的物联网的智能监控系统包括：作为末端设备的数据采集单元、作为cpu数据处理单元的plc控制单元、以及作为本地显示及通信传输单元的交互单元。并且，plc控制单元与数据采集单元连接，交互单元与plc控制单元连接。具体地，数据采集单元获取设备或环境的监测参数后，将相应的开关信号、数字信号、模拟信号等传送给plc控制单元进行处理，plc控制单元将处理后的数据传送给交互单元进行显示。那么管理人员可以通过显示的数据实时监控设备或环境的状况。并且，管理人员还可以通过交互单元设置工作参数或输入操作命令，实现人与机器的信息交互。
25.作为本发明的一种实施形态，所述物联网的智能监控系统还可以包括报警单元，该报警单元比如是扬声器或发光设备，且连接于plc控制单元，用于当所述监测参数达到预设的报警条件时，则做出报警动作。例如，数据采集单元获取参数后，将传感器或智能设备对应的开关信号、数字信号、模拟量信号等传输给cpu处理，然后通过网络或串口通讯将处
理后的数据显示于hmi触摸屏上，当设备或环境的监测参数达到预设的报警条件时，则可以根据需要发出声响或光线。也可以通过互联网、email、短信或微信等多种方式将数据传输至客户端设备，且客户端设备在任何有internet的pc、pad或手机等客户端时，可以随时查看设备或环境的信息状况，以方便客户管理。
26.上述plc控制单元是具有丰富i/o接口的可编程控制器plc(以下简称plc)，由硬件和软件两部分组成。plc的软件系统由系统程序和用户程序两大类组成，系统程序是为了实现plc的各种功能，在出厂时就已装入机内，并永久保存的，使用过程中不需要修改的程序；用户程序是用户根据自己的控制需要，采用编程语言编写的程序，用户程序可根据需要多次修改。另外，请参阅图3所示，3号单元控制器为基本单元，是系统的数据处理、收发信号和数据储存的核心单元，并配置有各种通讯接口，而其它各单元和扩展板卡功能的实现都依附于该基本单元，因此该基本单元是本发明系统的必备单元。而且，3号基本单元配置多路干接点输入输出信号，各干接点设备和干接点传感器可直接接入。基于plc强大的功能组合和稳定的控制，3号基本单元可以与模块左侧的各单元模块、扩展板卡自由组合并连接于cpu基本单元，也可以和右侧单元模块自由组合并连接至cpu基本单元，各单元模块根据配置需要灵活选择。而且，可实现与数据采集单元的自由协议通信、modbus通信或与其它plc组成控制网络，电压和电流信号的模拟量输入输出控制等，通过专用协议、网络模块将需要的数据传输至交换机实现网络传输。能够实现网络上传和下载程序、监看，与上位机、显示屏通讯等，实现远程监控功能。
27.请参阅图4和图5所示，上述交互单元选用例如触摸屏hmi人机界面(以下简称hmi)。hmi是操作人员与机器设备之间双向沟通的桥梁，可以连接plc可编程控制器、变频器、仪表等工业控制器件，利用液晶显示机器设备的状态，通过触摸设置工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互。在本发明的物联网的智能监控系统中，hmi可以与plc控制单元和短信报警设备及网络设备实现通讯连接。
28.hmi和plc在组成上相似，也是由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括cpu处理器、lcd显示单元、touch panel触摸板、ethernet/serial ports通讯接口、数据存储单元等。hmi软件也分为两部分，即运行于hmi硬件中的系统软件和运行于pc机windows操作系统下的画面组态软件。用户可以根据需要在电脑上先使用组态软件制作“工程文件”，通过pc机和hmi产品的通讯口，把编制好的“工程文件”下载到hmi中运行。hmi加载工程文件后即可通过各种端口实现与plc和其它智能设备之间的通讯连接，同时通过组态程序可实现逻辑与数值运算、数据/文字的输入、元器件的控制操作、用户权限控制、报警、数据取样、操作记录等功能的实现及状态的显示，画面的跳转、提示、现场机器设备的可视化呈现。
29.本发明的物联网的智能监控系统的软件包括plc和hmi的系统程序和用户程序，及实现远程监控的客户端软件。其中系统程序上文已做描述，基于plc丰富的程序指令，用户程序可以根据需要自由灵活的编写。hmi的用户程序是通过组态软件编写的工程文件，通过计算机下载至hmi实现与plc和人的人机沟通界面，如图5所示，为hmi的主界面。
30.hmi自带cpu和数据存储单元，具有数据处理和数据存储功能，并自带各种通讯端口，通过软件和硬件的配合即可实现短信、微信、邮件或云端服务等方式输出至客户的智能终端上，客户可以通过软件实时查看和控制对应权限的设备。
31.本系统的硬件和软件各自独立运行，与外部设备的兼容性好，可以灵活的添加以
实现需要的功能。
32.另外，上述数据采集单元包括末端传感器、智能设备或变送器，具体的，例如温湿度传感器、空气pm质量监测器或漏水监测器等等。通常而言，数据采集单元分为三大类：1)含有rs232/rs485/rs422等智能通讯接口的智能设备，主要有ups电源，精密空调和相应的传感器等；2)含有模拟量输入输出端口的变送器，主要有定位式漏水控制器，温度变送器等；3)含有开关量输入输出端口的传感器和其它设备，主要有消防系统，门禁系统及开关信号传感器等。以上三类设备是本系统原始数据采集的基础，是系统功能实现的关键环节之一。
33.本发明一实施形态提供了一种物联网的智能监控方法，请参阅图6所示，包括以下步骤：
34.s1：利用数据采集单元获取设备或环境的监测参数；
35.s2：利用plc控制单元处理获取的参数；
36.s3：利用交互单元显示处理后的数据，并接收工作参数的设置或操作命令。
37.采取上述方法，无需使用专用电脑配合数据采集设备，不仅降低了系统的复杂性而且增加了其经济性。另外，能够采集开关信号、数字信号、模拟信号等，提高了系统的可用性。
38.为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
39.实施例1
40.空气pm质量监测
41.如图7所示，为远程电脑显示界面图，并且现场显示界面和手机显示界面均与图7相同，本页面是pm2.5的历史变化曲线。功能实现如下所述：
42.(1)监测pm的传感器采用rs485信号输出，支持modbus-rtu协议；
43.(2)plc程序由扩展板通过自由协议(或modbus协议模块)采集传感器对应寄存器的pm1.0,pm2.5,pm10的数据，数据经cpu处理后，存储于相应的寄存器；
44.(3)hmi加载组态程序后，通过网口读取储存于plc对应寄存器的数据，显示于屏幕，并将数据储存到hmi的历史数据中待需要时查看，并生成对应上图7所示的变化曲线；
45.(4)在电脑和手机上使用客户端软件，通过远程云监控平台如同在本地使用网络一样，轻松连接触摸屏，查看当前的状况，如上图7所示；
46.(5)每个触摸屏都有唯一的二维码(id)，通过微信绑定二维码，在程序中写入相应的触发条件，即可在满足条件时发出对应的信息至手机微信；
47.(6)同样在程序里写入对应的邮件服务和短信服务即可实现邮件和短信提醒服务。
48.实施例2
49.温湿度监测
50.温湿度是我们生活中经常要监测的重要物理量,温湿度控制在合理的范围内，使人工作或生活都比较舒适，能够提高生活质量，而且，对温湿度敏感的生产设备在合适的温湿度范围内可以提高生产率和产品质量，并能够延长设备使用寿命。温湿度传感器提供rs485信号输出接口，支持modbus-rtu协议，与plc扩展板通过自由协议(或modbus协议模块)和pm传感器手拉手方式连接。温湿度数据的采集步骤和功能实现方式与上述pm方式相
同，也可实现短信、微信、邮件或远程监控等功能，仅程序的触发条件不同。
51.实施例3
52.水对某些设备的危害特别大，尤其是对一些电气设备和计算机设备的影响更加严重。在一些机房里都有冷凝水排水管，加湿进水管，冷冻水管等，且这些水管都比较隐蔽，一旦漏水很难及时发现，因此就需要有漏水监测系统。漏水检测系统由定位式漏水检测控制器和传感器组成。比如，漏水监测系统提供0-20ma的电流输出接口，最长可检测直线1500米的距离。在plc检测到有漏水信号时，将报警信息传输到客户端，并能快速定位漏水的位置，根据需要可关闭相应的阀门，避免事故发生。
53.综上所述，所有在现场可以查看和控制的设备，通过连接internet的远端电脑或可连网的手机即可以随时随地监控现场的设备，实现恶劣环境下的无人值守。
54.上述是空气质量，温湿度和漏水实现方式的原理介绍，其它种类传感器和智能设备数据采集方式的原理相同，仅程序和使用的功能模块不同。
55.经过系统的调试和现场设备逐一模拟故障测试，远程监控功能，短信报警功能，微信和邮件报警功能均达到预期要求，各报警信息均准确发送至预设的智能终端设备并通知到相关的联系人。经过一段时间试运行各系统运行稳定，各参数满足使用要求，可实现恶劣环境下无人值守的远程监控的要求，从而降低管理人员劳动强度，提高系统可靠性。实践证明，plc和hmi在智能监控系统领域具有很好的应用前景。
56.在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。