一种基于物联网的除尘设备远程监控系统及其实现方法与流程

本发明涉及机电设备的远程监控，具体地说，是通过物联网实现除尘设备的远程监控和故障诊断，属于机电设备自动化、智能化技术领域。

背景技术：

目前除尘设备一般采用本地控制，设备用户需要自行对设备进行维护管理，既不专业、也不方便；很多企业为一些重要的生产设备配置了除尘系统，但由于并未配置较专业的除尘系统维护人员，导致除尘系统出现故障时不能及时解决。对于企业而言，组建内部网络会牵涉很多部门，成本亦很高。

随着网络的普及，以及网络技术的推广，为远程监控提供了良好的技术基础。应用远程监控系统后，当除尘系统出现故障时，除尘系统的专业技术人员就可以通过互联网及时分析故障，指排除故障恢复生产。

但是当发生故障时，需要花费大量时间进行故障产生原因的查找，对于企业来说，花费大量的时间是不合算的，需要进行系统的改进，具备自我诊断故障的功能，帮助技术人员快速找到故障的原因，快速解决故障恢复生产。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于物联网的除尘设备远程监控系统及其实现方法实现，实现以下目的：

1)运行监控：通过互联网，对分布于不同地域的相关设备进行远程的运行监视和控制；

2)按时间维保提醒：在线统计设备的实际运行时间，到期自动提醒维保人员进行维护保养；

3)按参数维保提醒：在线监测设备运行的关键参数，相关性能参数减低到预设阈值时提醒维保；

4)设备故障预警：在线监测设备关键部件的运行指标，通过智能算法预测设备健康状况，对于超指标运行的部件给出预警，如有必要，设备维保人员可以远程停止该设备；

5)设备故障诊断：对于故障设备，由人工智能软件对以往运行参数进行分析，并与维保工作人员问答互动，判断故障原因进而给出维修建议。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于物联网的除尘设备远程监控系统，包括除尘设备、信号采集控制器、物联网平台和远程管理及故障诊断管理模块；所述远程管理及故障诊断管理模块包括数据采集单元、设备信息管理单元、设备信息数据库单元和app管理单元；

所述除尘设备连接有信号采集控制器，所述信号采集控制器通过mqtt协议与物联网平台进行数据的传输，物联网平台内部通过数据流转规则进行数据的传输，所述物联网平台通过mqtt协议与远程管理及故障诊断管理模块进行数据的传输。

所述除尘设备上安装有若干传感器，传感器根据远程管理及故障诊断管理模块的目标、参数不同，需要预设相关的传感器，传感器主要的检测目标是轴承温度、震动、粉尘浓度和统计实际运行时间，方便远程管理及故障诊断管理模块对轴承关键部件做故障预警分析；

所述远程管理及故障诊断管理模块除了根据统计的实际运行时间进行按时间维保提醒外，还可以根据设备实际性能参数的变化进行维保提醒，如主风机功率变化、入风口和出风口压差变化以及出风口粉尘浓度变化；

所述信号采集控制器包括信息采集与预处理单元、网络连接与协议单元和远程控制输出单元；

所述信息采集与预处理单元通过传感器输入接口采集除尘设备的相关参数，并进行滤波、标度变换等预处理；

所述网络连接与协议单元提供tcp/ip协议实现网络连接，通过mqtt协议接入物联网，将经过预处理的设备信息发布到物联网，并接收前端设备发送的控制报文；

所述远程控制输出单元用于解析、执行高级用户发送的控制报文，实现设备远程控制。

进一步的，所述信号采集控制器包括多路4～20ma模拟电流输入接口、rs485接口、rs232接口、编码器接口以及开关量输入接口，实现与除尘设备相关传感器的连接以及信号采集，并通过网络接入接口与物联网平台进行数据的传输，为实现对于除尘设备的远程控制，其接入设备设计有多路io输出接口，可根据需要设计模拟量输出接口，用于执行远程控制指令，实现对设备的控制。

进一步的，所述物联网平台包括规则引擎单元和服务端订阅单元；物联网平台用于信息采集控制器和远程管理及故障诊断管理模块中控制台设备的信息中转，物联网平台内通过数据流转规则进行信息传递，数据流转规则是将topic中的消息数据转发至其他topic或其他阿里云产品进行存储或处理的机制，可以实现设备间的m2m通信，将两者所需信息进行互换，实现信息采集控制器与控制台设备信息互换；阿里云、腾讯云、百度云以及移动、联通等均提供物联网平台接入服务，根据服务和经济性权衡，可以选用阿里云物联网平台。

进一步的，所述数据采集单元包括现场数据采集功能、数据存储功能和故障诊断功能，为了实现在线故障诊断，从数据库中调出最新的设备报文数据，按照json数据格式将设备运行数据解析出，将解析后的数据计算证据的信度函数，然后使用d-s证据理论算法进行融合，融合后最大的两个目标模式间的差值如果大于某一阈值则出现该目标模式，需要对设备运行数据进行采集和存储，同时可以实现设备全寿命数据库保存，为设备后期改进、升级提供数据支撑；通过云端服务器分析处理采集得到的数据，对除尘设备的运行状况进行分析，对于异常现象可以做出及时的判断，判断结果以消息的形式及时发布到物联网平台和用户app；

进一步的，所述设备管理信息单元包括权限管理功能和维保记录功能，主要负责物联网平台的管理，包括产品的添加与删除、设备的添加与删除、设备参数和功能管理、服务的定制修改、数据的下载与管理和费用的结算；

所述设备信息数据库单元包括设备基本信息功能、设备数据信息功能、设备历史信息功能维护记录信息功能、一级用户信息功能和二级用户信息功能，主要实现对于设备的基本信息和数据信息的记录，对于设备的历史变动和维护记录进行保存，方便以后的查阅。

进一步的，所述app管理单元包括访问权限功能、状态实时监测功能、历史数据查询功能和维保记录查询功能，所述访问权限管理功能可以对于访问用户客户端的权限进行授权等级，根据授权等级，可以通过消息订阅单元订阅指定设备的状况信息、设备报警信息、查询设备运行数据和获得设备远程控制权，并可以根据需要实行免费授权或付费授权使用；所述app管理单元可以对设备相关信息进行订阅与发布，服务于信息订阅客户端，并将有权限的客户端消息发布到设备端；通过状态实时监测功能接收物联网平台发布的任意设备状况信息和设备报警信息，并可以主动查询设备运行数据和维保记录，实现设备的远程控制。

一种基于物联网的除尘设备远程监控系统的实现方法，包括远程管理及故障诊断方法、app远程监控方法、物联网平台数据流转方法和远程控制方法；

所述远程管理及故障诊断方法包括以下步骤：

所述物联网平台通过mqtt协议与远程管理及故障诊断管理模块进行数据传输，远程管理及故障诊断管理模块进行数据接收后传送至mysql数据库，mysql数据库接受到数据之后进行数据对比，系统从数据库调出最新的报文数据按照json格式解析出设备参数数据，采用d-s证据理论算法进行故障判断，并显示到用户显示界面上，用户显示界面还可以实现用户管理，选择一级用户权限和二级用户权限，和设备的远程控制并对设备进行实时监测，显示设备的状态，用户显示界面还可以进行设备历史信息和维保信息的查看，以及提供app的访问接口。

进一步的，所述app远程监控方法包括以下步骤：

数据采集单元接收到外界信息之后，将采集到的数据信息传输至在线监测模块、故障诊断模块和mysql数据库，用于app界面显示对除尘设备的设备信息进行监测和除尘设备的故障诊断结果，mysql数据库对于设备信息和维护修理记录进行保存，提供app访问接口，用于进行系统的远程操控；

在线监测模块中定时访问数据采集模块进行数据采集，将返回的数据保存到数据库，当用户通过浏览器查看时调出数据库中最新的设备运行数据，历史数据模块通过sql语句查询出数据库中对应设备的历史信息。历史数据模块的作用是使用户以曲线图的形式查看设备运行参数的变化趋势，对设备未来运行趋势进行预测；

app访问接口模块的功能是为了保护数据库的安全，因为app访问数据库可能造成数据库账号密码的泄漏，通过访问系统中设计的接口，获取由系统访问数据库得到的数据。

进一步的，所述物联网平台的数据流转方法用于物联网平台内部的数据转换，包括以下步骤：

物联网平台用于信息采集控制器和控制台设备之间的信息交换，首先物联网平台中的虚拟设备a连接信息采集控制器，虚拟设备a订阅与控制台设备相关的主题，当与控制台设备相连的虚拟设备b发布相关信息时，虚拟设备a就会接收到虚拟设备b发出的信息，传输给信息采集控制器，虚拟设备a和虚拟设备b均具备订阅主题和发布主题的功能，以此来实现数据的流转。

进一步的，所述远程控制方法包括以下步骤：

采取浏览器请求，服务器响应的工作模式；用户通过浏览器去去访问internet上由服务器产生的文本、数据、图片、动画、视频点播和声音等信息时发出请求；服务器接收到请求之后，进行url解析和定位相关模板，并根据url中的参数和模板生成相应的文件，url通过@getmapping注解中value属性自己设定的，根据解析url，系统会找到添加有该特定注解的方法运行，将需要的数据添加到model中，转到指定的前端页面，向浏览器发送等待浏览器接收响应，浏览器接受响应之后，进行解析、整理相关的资源文件最终将文件显示到页面上。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本系统通过网络将分布于不同地域的除尘设备纳入统一的管理平台，由设备提供者对除尘设备进行统一的维护管理，既可以有效减少用户的维保支出，为客户提供更加优质的服务和使用体验，又可为设备提供者延伸服务内容，充分利用互联网资源实现增值服务。

除尘设备的运行状况由服务器上的故障诊断程序统一管理，发现运行异常设备时通知管理人员进行处理，有效节省人工费用，提高效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的系统的总体结构图；

图2为本发明远程管理及故障诊断管理模块的系统功能结构图；

图3为本发明信号采集控制器io接口的硬件结构图；

图4为本发明远程管理及故障诊断方法的工作流程图；

图5为本发明app远程监控方法的流程图；

图6为本发明物联网平台数据流转方法的工作原理图；

图7为本发明的远程控制方法流程图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，一种基于物联网的除尘设备远程监控系统，包括除尘设备、信号采集控制器、物联网平台和远程管理及故障诊断管理模块；所述远程管理及故障诊断管理模块包括数据采集单元、设备信息管理单元、设备信息数据库单元和app管理单元；

所述除尘设备连接有信号采集控制器，所述信号采集控制器通过mqtt协议与物联网平台进行数据的传输，物联网平台内部通过数据流转规则进行数据的传输，所述物联网平台通过mqtt协议与远程管理及故障诊断管理模块进行数据的传输。

所述除尘设备上安装有若干传感器，传感器根据远程管理及故障诊断管理模块的目标、参数不同，需要预设相关的传感器，传感器主要的检测目标是轴承温度、震动、粉尘浓度和统计实际运行时间，方便远程管理及故障诊断管理模块对轴承关键部件做故障预警分析。

所述远程管理及故障诊断管理模块除了根据统计的实际运行时间进行按时间维保提醒外，还可以根据设备实际性能参数的变化进行维保提醒，如主风机功率变化、入风口和出风口压差变化以及出风口粉尘浓度变化。

所述信号采集控制器包括信息采集与预处理单元、网络连接与协议单元和远程控制输出单元。

所述信息采集与预处理单元通过传感器输入接口采集除尘设备的相关参数，并进行滤波、标度变换等预处理。

所述网络连接与协议单元提供tcp/ip协议实现网络连接，通过mqtt协议接入物联网，将经过预处理的设备信息发布到物联网，并接收前端设备发送的控制报文。

所述远程控制输出单元用于解析、执行高级用户发送的控制报文，实现设备远程控制。

如图3所示，所述信号采集控制器为了满足与不同传感器接口的需要，硬件需要配置多路4～20ma模拟电流输入接口、rs485接口、rs232接口、编码器接口以及开关量输入接口，实现与除尘设备相关传感器的连接以及信号采集，并通过网络接入接口与物联网平台进行数据的传输；为实现对于除尘设备的远程控制，其接入设备设计有多路io输出接口，可根据需要设计模拟量输出接口，用于执行远程控制指令，实现对设备的控制。

所述信号采集控制器在设备与物联网之间起到桥梁的作用，一方面，对除尘设备的相关传感器信息进行采集和处理，并根据用户端的指令向设备派发控制信号；如果设备控制器留有相关接口，可以直接与从设备控制器提取必要的诊断和监视数据并派发控制信息；另一方面，提供互联网接口和物联网接入协议，实现网络连接；根据客户对经济性的要求，可以将故障预警等智能诊断软件放置在此，节省物联网和云端的开支。

所述物联网平台和信息采集控制器之间通讯方式可根据设备安装现场的条件灵活选择、采用wan、lan、wifi、3g/4g和5g。

所述物联网平台包括规则引擎单元和服务端订阅单元；物联网平台用于信息采集控制器和远程管理及故障诊断管理模块中控制台设备的信息中转，物联网平台内通过数据流转规则进行信息传递，数据流转规则是将topic中的消息数据转发至其他topic或其他阿里云产品进行存储或处理的机制，可以实现设备间的m2m通信，将两者所需信息进行互换，实现信息采集控制器与控制台设备信息互换；阿里云、腾讯云、百度云以及移动、联通等均提供物联网平台接入服务，根据服务和经济性权衡，可以选用阿里云物联网平台。

如图2所示，所述数据采集单元包括现场数据采集功能、数据存储功能和故障诊断功能，为了实现在线故障诊断，从数据库中调出最新的设备报文数据，按照json数据格式将设备运行数据解析出，将解析后的数据计算证据的信度函数，然后使用d-s证据理论算法进行融合，融合后最大的两个目标模式间的差值如果大于某一阈值则出现该目标模式，需要对设备运行数据进行采集和存储，同时可以实现设备全寿命数据库保存，为设备后期改进、升级提供数据支撑；通过云端服务器分析处理采集得到的数据，对除尘设备的运行状况进行分析，对于异常现象可以做出及时的判断，判断结果以消息的形式及时发布到物联网平台和用户app。

所述设备管理信息单元包括权限管理功能和维保记录功能，主要负责物联网平台的管理，包括产品的添加与删除、设备的添加与删除、设备参数和功能管理、服务的定制修改、数据的下载与管理和费用的结算。

所述设备信息数据库单元包括设备基本信息功能、设备数据信息功能、设备历史信息功能维护记录信息功能、一级用户信息功能和二级用户信息功能，主要实现对于设备的基本信息和数据信息的记录，对于设备的历史变动和维护记录进行保存，方便以后的查阅。

所述app管理单元包括访问权限功能、状态实时监测功能、历史数据查询功能和维保记录查询功能，所述访问权限管理功能可以对于访问用户客户端的权限进行授权等级，根据授权等级，可以通过消息订阅单元订阅指定设备的状况信息、设备报警信息、查询设备运行数据和获得设备远程控制权，并可以根据需要实行免费授权或付费授权使用；所述app管理单元可以对设备相关信息进行订阅与发布，服务于信息订阅客户端，并将有权限的客户端消息发布到设备端；通过状态实时监测功能接收物联网平台发布的任意设备状况信息和设备报警信息，并可以主动查询设备运行数据和维保记录，实现设备的远程控制。

一种基于物联网的除尘设备远程监控的实现方法包括远程管理及故障诊断方法、app远程监控方法、物联网平台数据流转方法和远程控制方法。

如图4所示，所述远程管理及故障诊断方法包括以下步骤：

所述物联网平台通过mqtt协议与远程管理及故障诊断管理模块进行数据传输，远程管理及故障诊断管理模块进行数据接收后传送至mysql数据库，mysql数据库接受到数据之后进行数据对比，系统从数据库调出最新的报文数据按照json格式解析出设备参数数据，采用d-s证据理论算法进行故障判断，并显示到用户显示界面上，用户显示界面还可以实现用户管理，选择一级用户权限和二级用户权限，和设备的远程控制并对设备进行实时监测，显示设备的状态，用户显示界面还可以进行设备历史信息和维保信息的查看，以及提供app的访问接口。

如图5所示，所述app远程监控方法包括以下步骤：

数据采集单元接收到外界信息之后，将采集到的数据信息传输至在线监测模块、故障诊断模块和mysql数据库，用于app界面显示对除尘设备的设备信息进行监测和除尘设备的故障诊断结果，mysql数据库对于设备信息和维护修理记录进行保存，提供app访问接口，用于进行系统的远程操控。

在线监测模块中定时访问数据采集模块进行数据采集，将返回的数据保存到数据库，当用户通过浏览器查看时调出数据库中最新的设备运行数据，历史数据模块通过sql语句查询出数据库中对应设备的历史信息。历史数据模块的作用是使用户以曲线图的形式查看设备运行参数的变化趋势，对设备未来运行趋势进行预测。

app访问接口模块的功能是为了保护数据库的安全，因为app访问数据库可能造成数据库账号密码的泄漏，通过访问系统中设计的接口，获取由系统访问数据库得到的数据。

如图6所示，所述物联网平台的数据流转方法用于物联网平台内部的数据转换，包括以下步骤：

物联网平台用于信息采集控制器和控制台设备之间的信息交换，首先物联网平台中的虚拟设备a连接信息采集控制器，虚拟设备a订阅与控制台设备相关的主题，当与控制台设备相连的虚拟设备b发布相关信息时，虚拟设备a就会接收到虚拟设备b发出的信息，传输给信息采集控制器，虚拟设备a和虚拟设备b均具备订阅主题和发布主题的功能，以此来实现数据的流转。

如图7所示，所述远程控制方法包括以下步骤：

采取浏览器请求，服务器响应的工作模式；用户通过浏览器去去访问internet上由服务器产生的文本、数据、图片、动画、视频点播和声音等信息时发出请求；服务器接收到请求之后，进行url解析和定位相关模板，并根据url中的参数和模板生成相应的文件，url通过@getmapping注解中value属性自己设定的，根据解析url，系统会找到添加有该特定注解的方法运行，将需要的数据添加到model中，转到指定的前端页面，向浏览器发送等待浏览器接收响应，浏览器接受响应之后，进行解析、整理相关的资源文件最终将文件显示到页面上。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。