环保设备监控装置及环保设备监控方法与流程

本发明涉环保设备的监控领域，具体地，是一种对环保设备使用情况的监控装置以及使用这种装置实现的监控方法。

背景技术：

随着工业的发展，工业企业在生产过程中或多或少将产生一定的污染物，常见的污染物是废水、废气、废物，通常被称为“三废”。为了减少废水等污染物直接排放，国家规定企业必须使用废水处理设备等环保设备对废水等污染物进行处理后才能排放，以避免对环境造成影响。

为了强制企业对污染物进行处理，国家法律法规规定了企业需要安装相应的环保设备来处理废水、废气、废物等污染物。然而，部分企业为了追求利润会铤而走险，出现偷偷排放污染物的行为。由于环保设备都是安装在企业内并且由企业使用，企业可以选择性对设备采取关停、减少环保设备工作时间等手段来偷偷排放污染物，而政府部门因时间、监督人员有限等原因，难以全天候的对企业的偷排行为进行监督、执法，为执法带来一定的难度。

目前，政府部门监督企业偷排的行为主要是采用定期检查、突击抽查等方式进行，然而这种方式需要的监督人员较多，而且由于企业数量众多，难以对企业进行全面的监督。为此，目前政府部门采取技术手段对企业的偷排行为进行监督，例如采用科技产品来远程监测环保设备的运行的方式，具体的，采用外置式监测环保设备的运行功率并发送环保设备的状态给远程的监控服务器，由监控服务器对环保设备的运行数据进行记录，通过查看企业的环保设备的运行记录来判断企业是否出现偷排的情况下。

但是，现在的外置式的监测设备有三个特点：一是监测功率的模块是外置可见，用类似钳表的方式接近电源线来监测，二是供电模块外置可见，采用从企业现场取电的方法，三是远程通讯模块外置可见。由于监测设备外置可见，就给企业带来了人为阻止外置式监测设备的运行来进行偷排的可能性，例如，企业故意制造偶然事件，将监测设备的监测传感从原来的环保设备电源线嫁接到其它设备中，然后关停环保设备来制造环保设备持续运行的假象。又如，企业故意制造监测设备供电不正常偶然事件，让监测设备时而工作时而失灵来制造环保设备短时间内停止工作。又如，企业故意对远程通讯模块的信号传输天线进行干扰，让监测设备无法正常传输信号来获得时间来进行偷排废水、废气等。

可见，现有的外置式环保设备仍未能有效的监督企业的偷排行为，企业仍可以通过简单的操作绕开外置式监督设备，因此，政府部门急切希望采用新的技术手段来监测企业的环保设备的运行，以有效避免企业的偷排行为。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种可以有效避免企业人为制造故障而影响环保设备运行状态监控的环保设备监控装置。

本发明的另一目的是提供一种有效对企业使用的环保设备进行监控的环保设备监控方法。

为实现本发明的主要目的，本发明提供的环保设备监控装置包括插座面板，插座面板上设置有至少一组插孔，每一组插孔包括两个或者三个插孔，其中，插座面板的正面设置有接触传感器，接触传感器设置在每一组插孔所在的插头区域内；插座面板的背面设置计量模块、内核模块以及电源模块；计量模块连接至插孔内的金属片并计算环保设备的用电数据；内核模块具有相互连接的处理器以及无线传输模块，处理器接收接触传感器以及计量模块输出的信号，无线传输模块将处理器输出的信号发送至监控服务器；电源模块向内核模块供电。

由上述方案可见，插座面板的背面设置有计量模块，通过计量模块可以计算环保设备的用电数据，例如电流、电压的数据以及功率的数据等，所计算的数据可以通过无线传输模块发送至监控服务器，监控服务器可以根据该环保设备的基准用电数据来确定该环保设备是否有出现异常情况。另外，为了避免企业采用人为手段干扰计量模块的工作，将计量模块设置在插座面板的背面，插座面板一旦安装后，不容易拆卸。

此外，为了避免企业采用人为手段干扰无线传输模块的工作，插座面板的背面设置独立的电源模块向处理器以及无线通信模块供电，有效避免企业人为制造停电的情况。而在插座面板上设置接触传感器，一旦环保设备的插头从插座面板上取下，接触传感器将发出异常的信号，监控服务器可以接收到拔出警示信息。这样能够有效避免企业人为拔出环保设备的插座而将另一台设备嫁接到环保设备使用的插座面板上，有效对企业的环保设备运行状态进行监控。

一个优选的方案是，接触传感器设置在一组插孔的多个插孔之间，如设置在两个插孔之间或者三个插孔的中心位置。

由此可见，将接触传感器设置在多个插孔之间，一旦环保设备的插头被拔出，接触传感器随即向处理器发出异常信号，确保接触传感器能够准确检测插头的连接状态。

进一步的方案是，该接触传感器为接触开关和/或红外线传感器。由此可见，接触开关以及红外线传感器都是常见的接触传感器，生产成本低，而检测准确，可以降低环保设备监控装置的生产成本。

更进一步的方案是，无线传输模块为基于蜂窝网络的窄带物联网模块，例如采用nb－iot技术的通信模块bc95。

由于基于蜂窝网络的窄带物联网模块具有低功耗的优点，使用纽扣电池也能够长时间的工作，并且防干扰能力强，信号的穿透能力很强，在地下三层的地方都向外传输信号，有效防止企业通过人为操作干扰监控信号的传输。

为实现上是的另一目的，本发明提供的环保设备监控方法包括将环保设备的插头插入环保设备监控装置的插座面板的插孔内，插座面板上设置有至少一组插孔，每一组插孔包括两个或者三个插孔；其中，插座面板的正面设置有接触传感器，接触传感器设置在每一组插孔所在的插头区域内；插座面板的背面设置计量模块以及内核模块，计量模块连接至插孔内的金属片并计算环保设备的用电数据，内核模块具有相互连接的处理器以及无线传输模块，处理器接收接触传感器以及计量模块输出的信号；在监控服务器中记录环保设备的信息，计量模块计算环保设备的用电数据，并通过将用电数据发送至处理器，处理器通过无线传输模块将用电数据发送至监控服务器；监控服务器判断接触传感器输出的信号或者用电数据是否出现异常，如果出现异常，则发出警示信息。

由上述方案可见，将计量模块设置在插座面板的背面，通过计量模块可以计算环保设备的用电数据，并将所计算的数据可以通过无线传输模块发送至监控服务器，监控服务器可以根据该环保设备的基准用电数据来确定该环保设备是否有出现异常情况。另外，为了避免企业采用人为手段干扰计量模块的工作，将计量模块设置在插座面板的背面，插座面板一旦安装后，不容易拆卸。

此外，为了避免企业采用人为手段干扰无线传输模块的工作，插座面板的背面设置独立的电源模块向处理器以及无线通信模块供电，有效避免企业人为制造停电的情况。

一个优选的方案是，在环保设备的插头从插座面板上拔出时，接触传感器向处理器发出拔出警示信息，处理器将拔出警示信息发送至监控服务器。

由此可见，在插座面板上设置接触传感器，一旦环保设备的插头从插座面板上取下，接触传感器将发出异常的信号，监控服务器可以接收到拔出警示信息。这样能够有效避免企业人为拔出环保设备的插座而将另一台设备嫁接到环保设备使用的插座面板上，有效对企业的环保设备运行状态进行监控。

进一步的方案是，插座面板的背面还设置有电源模块，电源模块向内核模块供电，且电源模块包括蓄电池或者可充电电池。

可见，通过设置独立的电源模块向内核模块供电，可以避免企业人为制造断电的情况，从而确保计量模块计算的环保设备的用电数据能够实时传输至监控服务器。

更进一步的方案是，监控服务器判断接触传感器以及用电数据是否出现异常包括：监控服务器记录环保设备的基准用电数据，如果环保设备的实时用电数据与基准用电数据的差值大于预设的阈值，则确定环保设备的实时用电数据异常。

或者，监控服务器记录环保设备在预设时间段内的平均用电数据，如果环保设备的实时用电数据与平均用电数据的差值大于预设的阈值，则确定环保设备的实时用电数据异常。

可见，监控服务器通过将环保设备的实时用电数据与预先设定的基准用电数据或者预设时间段内的平均用电数据进行对比，可以有效对环保设备的运行情况进行监控。

附图说明

图1是本发明环保设备监控装置实施例的结构框图。

图2是本发明环保设备监控装置实施例中插座面板的结构图。

图3是本发明环保设备监控方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的环保设备监控装置用于对企业使用的环保设备的运行状态进行监控，以监控企业的环保设备是否正常运行，防止企业进行偷排的行为。本发明的环保设备监控方法是使用上述的环保设备监控装置对环保设备的运行状态进行监控的方法。

参见图1，本实施例的环保设备监控装置包括插座面板20，在插座面板20上设置有多组插孔22，并且在插座面板20的正面设置有接触传感器23，在插座面板20的背面设置有计量模块30、内核模块40以及电源模块50，其中，计量模块30内设置有电压测量模块31、电流测量模32以及功率计算模块33，内核模块40设置处理器41以及无线传输模块42，其中，无线传输模块42可以与监控服务器60进行无线通信，将处理器41所获取的数据发送至监控服务器60。电源模块50用于向内核模块40供电，用于保障处理器41以及无线传输模块42的工作。

参见图2，本实施例的插座面板20为常见的86插座面板，并且在插座面板20内设置有多组插孔，每一组插孔以及周边的区域形成插头区域，如图2中插座面板20包括一个二脚插孔组以及一个三脚插孔组，二脚插孔组所在的区域为插头区域25，当环保设备10的插头插入到二脚插孔组时，环保设备10的插头将完全覆盖在插头区域25上。可以理解，插头区域是环保设备10的插头插入到插座面板20以后，环保设备10的插头与插座面板20邻接的区域。

二脚插孔组包括两个插孔22，每一个插孔22都是长条状的插孔，且两个插孔22相互平行设置，且每一个插孔22内设置有金属片，环保设备10插头上的金属片将与插孔22的金属板接触，从而实现电流的传导。

本实施例中，接触传感器23设置在插头区域25内，具体的，接触传感器23设置在两个插孔22之间。优选的，接触传感器23可以是接触开关或者是红外线传感器，在环保设备10的插头插入到插座面板20以后，插头将与接触传感器23接触，接触传感器23向处理器41发送信号，表示环保设备10的插头插入到插座面板20。优选的，处理器41接收到接触传感器23发出表示状态改变的信号后，通过无线传输模块42向监控服务器60发出信息。例如，当接触传感器23的状态从断开状态向闭合状态改变时，处理器41向监控服务器60发出信号，当接触传感器23的状态从闭合状态向断开状态改变时，处理器41也向监控服务器60发出信号。

当然，接触传感器23并不一定是设置在两个插孔22之间，还可以设置在插头区域25内的任何区域，只要确保在环保设备10的插头插入到插座面板20以后，插头能够抵接到接触传感器23并且使得接触传感器23产生闭合的信号即可。

在插座面板20上还设置有一个三脚插孔组，三脚插孔组设置有三个插脚，接触传感器23设置在三个插孔之间。当然，接触传感器23并不一定是设置在三个插孔之间，还可以设置在三脚插孔组对应的插头区域内的任何位置。

当环保设备10的插头插入到插座面板20并且开启运行以后，计量模块30将实时采集环保设备10的用电数据，例如，电压测量模块31测量环保设备10实时的电压数据，电流测量模块32实时测量环保设备10的电流数据，而功率计算模块33根据电压测量模块31以及电流测量模块32所测量的电压数据以及电流数据计算环保设备10的实时功率。

计量模块30测量、计算环保设备的用电数据以后，将用电数据发送至内核模块40的处理器41，由处理器41通过无线传输模块42将所测量、计算的用电数据发送至监控服务器60。优选的，处理器41为型号是stm32的处理器，该处理器41自带了交流直流转换模块adc，通过交流直流转换模块可以将计量模块30的电流测量模块31和电压测量模块32所接收的将大电压、大电流转换成的小电压、小电流的信号，此外，处理器41也可以计算环保设备10的实时功率。本来实施例中，处理器41还实时监测插座面板20的接触传感器23发出的信号，判断环保设备10的插头插入情况。

无线传输模块42是采用nb－iot技术的模块，nb－iot模块是基于蜂窝网络的窄带物联网模块，如采用型号为bc95的通信模块，该模块支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，并且具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点。此外，由于nb－iot技术使用license频段，可采取带内、保护带或独立载波等多种部署方式，因此能够与现有移动通信网络兼容。本实施例中，处理器41可以直接与无线传输模块42连接并且采用串行通信的方式将数据发送至无线通信模块42，由无线通信模块42将信号发送至监控服务器60。

当然，无线传输模块并不限制于采用nb－iot技术的模块，还可以是采用具有无线信号发送功能的模块，例如gsm模块或者wifi模块等。

电源模块50向内核模块40供电，且电源模块50可以是锂电池等蓄电池，优选的，电源模块50还可以采用可充电电池，例如通过交流电网向蓄电池充电，从而满足内核模块40的长时间运行。

本实施例中，计量模块30、内核模块40、电源模块50可以集成封装在插座面板20的背面，例如在一块电路板上设置计量模块30、内核模块40以及电源模块50，从而减小插座面板20的体积。优选的，集成模块被密封封装，不容易被拆卸，进一步减小企业人为干扰计量模块30或者内核模块40的可能性，确保环保设备监控装置有效的对企业的环保设备10的运行状态进行实时监控，避免企业的偷排行为，提高监管效率。

监控服务器60上可以预先存储每一个插座面板20对应的环保设备10的信息，例如该环保设备10对应的企业信息，包括企业名称、地址、负责人等，还记录该环保设备10的名称、型号、正常运行时的功率等数据。当内核模块40的无线传输模块42将环保设备10的实时用电数据，如实时功率数据发送至监控服务器60后，监控服务器60可以将环保设备10的实时功率数据与预先存储的数据进行对比，从而判断环保设备10是否出现异常情况，并且在判断出现异常情况以后，发出警示信息。

下面结合图3介绍环保设备监控装置的工作流程。首先，执行步骤s1，将环保设备的插头插入到插座面板，并且，在监控服务器中记录该插座面板对应的环保设备的信息，包括环保设备的使用企业信息、环保设备的类型、型号、额定功率、预计每天运行时间等信息。

当环保设备的插头插入到插座面板以后，插头将触碰到插座面板上的接触传感器，如果接触传感器是接触开关，则插头将触碰到接触开关而使得接触开关的信号翻转，接触开关向处理器发出翻转的控制信号，即执行步骤s2。如果接触传感器是红外线传感器，则由于环保设备的插头与红外线传感器接触，使得红外线传感器的信号发生翻转，也会向处理器发出控制信号。

处理器接收到接触传感器发出的控制信号以后，随即通过无线传输模块向监控服务器发送信号，如果接触传感器的信号是从断开变为闭合的信号，监控服务器将记录环保设备处于连接电源的状态，并且将接收环保设备的用电数据。

当环保设备启动运行以后，执行步骤s3，计量模块将测量环保设备的用电设备，包括通过电压测量模块测量环保设备的电压数据，通过电流测量模块测量环保设备的电流数据，然后根据测量获得的电压数据、电流数据计算环保设备当前的功率数据。计量模块获得环保设备实时的电压数据、电流数据以及功率数据以后，将用电数据发送至处理器，再由处理器通过无线传输模块发送至监控服务器。

然后，执行步骤s4，处理器判断接触传感器发出的信号是否为异常信号，其中，不是s4的异常信号是接触传感器从闭合到断开的信号。如果接触传感器的信号是从闭合到断开的翻转信号，表示环保设备的插头从插座面板上拔出，此时，执行步骤s7，处理器通过无线传输模块向监控服务器发出拔出警示信息，监控服务器随即报警，监控人员可以通过监控服务器发出信息知晓环保设备的运行异常情况，并且对企业进行相应的监督检查。

如果接触传感器没有发出异常信号，则执行步骤s5，判断环保设备的实时用电数据是否异常。本实施例中，可以在监控服务器上预先存储环保设备额定功率等基准用电数据，当监控服务器接收到实时用电数据以后，将实时用电数据与基准用电数据进行对比，判断实时用电数据是否出现异常情况。例如，实时用电数据与基准用电数据的差值大于预设的阈值，如实时的功率低于额定功率超过20％以上，则确定环保设备出现运行异常的情况。

当然，由于企业生产并不一定是24小时进行的，也就是企业的环保设备只有在预定时间段内运行，因此，监控服务器还可以记录该环保设备的正常运行时间段，如果环保设备的实时用电数据在正常运行时间段内与基准用电设备之间的差值超过阈值，才会确定环保设备运行异常，如果不在正常运行时间段内，则不会判定环保设备运行异常。

此外，对于某些设备在运行以后，功率不会保持恒定不变，则监控服务器可以记录该环保设备运行时预设的功率变化曲线，该预设的功率变化曲线是环保设备生产厂家根据环保设备正常运行时功率变化形成的曲线。监控服务器在获取环保设备的实时用电数据以后，确定环保设备的功率变化曲线，并且判断环保设备的实际功率变化曲线与预设的变化曲线是否一致，如果差值超过预设的阈值，也判断环保设备的运行出现异常情况。

可选的，监控服务器可以记录环保设备在一定时间段内环保设备的平均用电数据，如计算环保设备在过去一小时内的平均功率，并且在接收到实时功率数据以后，判断实时功率数据与平均功率数据之间的差值是否大于预设的阈值，如果查过阈值，则确定环保设备的运行出现异常状态。

如果确定环保设备的运行出现异常状态，则执行步骤s6，监控服务器发出警示信息，例如发出报警声音，或者通过短信等方式向预设的监督人员发出信息，让监督人员尽快了解该环保设备的运行情况，以避免企业发生关停环保设备的情况出现。

当然，计量模块是以一定的采样频率对环保设备的用电数据进行采集，如每间隔一分钟或者两分钟采集一次电压、电流等数据，处理器也是间隔一分钟或者两分钟接收一次用电数据。处理器通过无线传输模块向监控服务器发送实时用电数据时，可以是每次接收到计量模块所采集、计算的用电数据以后，随即发送用电数据，也可以是采集一定数量的用电数据以后才发送，例如，采集5分钟内的共5次的用电数据以后，一次性将5次的用电数据发送至监控服务器，从而减小发送用电数据的次数，进一步降低无线传输模块的功耗，延长电源模块的使用寿命。

当然，对于接触传感器的异常信号，处理器不能等到一定时间以后才发送信号，而是接收到接触传感器发出的异常信号以后，马上向监控服务器发出异常报警的信号，从而确保实时的对环保设备的运行状态进行监督。

为了降低处理器的功耗，处理器可以长时间工作在休眠状态，例如，处理器每次接收到计量模块发出的用电数据以后，被唤醒一次，当处理器接收完毕用电数据以后或者向无线传输模块发出用电数据以后，随即进入休眠状态，并且等待下一次的唤醒。

可以理解，当计量模块或者接触传感器向处理器发出信号或者发送数据时，处理器将被唤醒一次，处理器判断所接收的信号是什么信号，如果是接触传感器发出的表示接触传感器翻转的信号，马上通过无线传输模块发出该信号，并且在发出该信号以后再次进入休眠模式。如果是计量模块发出的用电数据的信号，则判断是否采集足够次数的用电数据，如果已经采集足够次数的用电数据，则通过无线传输模块发出多次采集的用电数据，然后再次进入休眠模式。如果采集的用电数据的次数没有达到预定次数，则直接进入休眠模式，等待下一次接收到计量模块或者接触传感器发出的信号。

进一步的，处理器在发送接触传感器异常的信号时，一并将当前所采集的多次用电数据发送至监控服务器，也就是处理器一次发送的数据包括接触传感器的异常信息以及至少一次用电数据，这样可以进一步减少无线传输模块向监控服务器发送信号的次数。

此外，如果遇到网络信号不好或者监控服务器出现故障等情况，插座面板的处理器可以将所采集的数据存储在预设的存储器内，也就是内核模块内还设置有个具有一定容量的存储器，以存储一定时间段内，如一个月或者两个月所采集的环保设备的用电数据。当网络恢复正常或者监控服务器恢复正常工作以后，处理器再通过无线传输模块将所存储的数据发送至监控服务器。

例如，处理器通过无线传输模块发出用电数据以后，接收到网络故障或者监控服务器故障的信号以后，则将用电数据存储在存储器内，并且在接收到网络恢复或者监控服务器正常运行以后，才将所存储的用电数据发送至监控服务器。优选的，存储器的存储容量需要足够存储至少一个月的用电数据，以方便管理员查找故障，并在企业本地读取回数据，也就是通过在企业现场读取插座面板上存储器的数据来获取环保设备的用电数据。

可见，通过环保设备监控装置对环保设备的使用情况进行监控，由于插座面板上设置了接触传感器，一旦环保设备启动运行以后，企业将不能随意将环保设备的插头从插座面板上拔出，否则监控服务器将接收到拔出警示信息，这样可以有效避免企业故意关停环保设备而进行偷排的行为，并且通过远程监控的方式可以更加有针对性的涉嫌偷排的企业进行监督，监督更加有效。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如接触传感器类型的改变、无线传输模块的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。