一种基于物联网平台的涂料生产安全监测系统的制作方法

本发明涉及安全监测的技术领域，具体涉及一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统。

背景技术：

涂料生产行业是一种化工行业，涂料生产属于危化品生产过程，原料多常为各种危险化学品，种类繁多且化学性质各异，其中多数具有可燃性和毒性，危险性质较严重；而且在化学品生产过程中，某些物质容易由于内部所发生的物理、化学及生物化学反应产生热量，热量的积聚使可燃物温度越来越高，当温度达到一定程度而可燃气体或有毒气体刚好达到一定浓时，就会发生燃烧或爆炸事故，体现了涂料生产的不安全性；操作人员进行手工操作时必定会守在设备旁，有毒气体容易对人身造成伤害，而操作过程中存在不容易察觉的隐患在爆发时也躲避不及，威胁操作人员的生命安全；生产过程中使用大量的矿物粉料，长期接触会危害健康，粉尘危害主要是在配料岗位，空气中的粉尘浓度如果过高，或空气通过裂缝深入到设备管线中，形成易燃混合物而引发爆炸事故。

目前涂料行业是使用传感器监测有毒气体，但任意单个传感器所提供的信息是单方面的、不完整的，同时每个传感器精度不相同，会导致提供信息类别也不相同，这些问题会造成气体安全检测有误，生产过程中安全事故频繁发生，因此亟待打造一套完整的安全检测系统，对多个传感器所提供的信息进行综合处理，做出更可靠的判断和决策，提高检测的精度。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，能够对多个传感器所提供的信息进行综合处理，做出更可靠的判断和决策，减少安全事故。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

本发明提出了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，其特征在于：包括：

信息融合模块：包括：用于检测有毒气体浓度、粉尘浓度和温度的具有自检功能的传感器系统、信号处理系统和数据融合系统；所述具有自检功能的传感器系统能实时上传自身部件的工作状态信号到物联网监测平台；所述传感器系统与信号处理系统连接；所述信号处理系统与数据融合系统连接；

预测模块：运用数据挖掘技术对信息融合模块的数据进行分析处理和预测，并将等级预测信号反馈到物联网监测平台；

智能排风冷却模块：用于接收物联网监测平台的等级预测信号，运行相应等级的排风冷却；

智能报警模块：用于接收接收物联网监测平台的等级预测信号，发出相应的报警信号。

物联网监测平台：分别与信息融合模块、预测模块、智能排风冷却模块和智能报警模块连接，用于接收和发出信号。

进一步，传感器系统包括：用于测量有毒气体含量的红外传感器装置、温度传感器装置和粉尘浓度传感器装置；所述红外传感器装置、温度传感器装置和粉尘浓度传感器装置分别与信号处理系统连接。

进一步，红外传感器装置包括：用于测量有毒气体浓度的敏感元件模块、第一led显示模块、防爆连接螺纹模块、微处理器模块、模拟电压/电流和串口模块、第一微型电池、用于转换有毒气体浓度信号的第一芯片模块、第一低电量告警模块和用于反馈自身组件工作状态的第一自检模块；所述敏感元件模块分别与微处理器模块、第一芯片模块连接；所述第一led显示模块与微处理器模块连接；所述第一芯片模块与信号处理系统连接；所述第一低电量告警模块分别与第一微型电池、物联网监测平台连接；所述第一自检模块与物联网监测平台连接。

进一步，温度传感器装置包括：测温模块、用于初始化和读取温度数据的第二单片机模块、第二led显示模块、用于保存和传输数据的第二芯片模块、第二微型电池和第二低电量告警模块和用于反馈自身组件工作状态的第二自检模块；所述第二单片机模块分别与测温模块、第二led显示模块连接；所述第二芯片模块分别与测温模块、信号处理系统连接；所述第二低电量告警模块分别与第二微型电池、物联网监测平台连接；所述第二自检模块与物联网监测平台连接。

进一步，粉尘浓度传感器装置包括：用于接收、保存和传输粉尘浓度信号的第三芯片模块、用于使粉尘产生微弱电量的灵敏粉尘探头模块、用于接收和转换粉尘信号为电信号的第三单片机模块、用于处理电信号的电子处理单元模块、第三led显示模块、第三微型电池、第三低电量告警模块和用于反馈自身组件工作状态的第三自检模块；所述灵敏粉尘探头模块分别与第三芯片模块、电子处理单元模块连接；所述第三单片机模块分别与电子处理单元模块、第三led显示模块连接；所述第三芯片模块与信息处理系统连接；所述第三低电量告警模块分别与第三微型电池、物联网监测平台连接；所述第三自检模块与物联网监测平台连接。

进一步，数据融合系统包括：bp神经网络模块和d－s证据理论模块。

进一步，智能排风冷却模块包括信息接收模块、智能排风模块和智能冷却模块；所述信息接收模块分别与智能排风模块、智能冷却模块、物联网监测平台连接。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下有益效果：信息融合模块将多个传感器的初始数据进行收集、处理和融合，使得数据更加精确；传感器系统具有自检功能，能在一定时间间隔内自动传输自身部件的工作状态信号到物联网监测平台，无需额外的定期维护和抽检，降低成本；预测模块对大量的融合信号进行数据挖掘得到预测等级信息，得到可靠的判断和决策。此外，物联网监测平台通过接收信息融合模块的融合信号，预测模块的预测等级信号后，传输等级预测信号到智能排风冷却模块和智能报警模块，达到智能排风、冷却、报警的目的，实现智能化，无需人工干预。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

涂料生产行业是一种化工行业，属于危化品生产过程，原料多常为各种危险化学品，其中多数具有可燃性和毒性，危险性质较严重，特别是粉尘易引发爆炸事故和有毒气体对人身的伤害。

根据发明人所了解到的情况，目前涂料行业是使用传感器监测有毒气体，但任意单个传感器所提供的信息是单方面的、不完整的，同时每个传感器精度不相同，导致提供信息类别也不相同，会造成气体安全检测有误，生产过程中安全事故频繁发生。

基于此，本发明提供了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，通过对多个传感器的初始数据进行收集、处理和融合，运用数据挖掘得到预测等级信息，使得数据更加精确，作出更加可靠的判断和决策。

下面结合附图，对发明实施例作进一步阐述。

参照图1，本发明的一个实施例提供了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，包括：

信息融合模块1：包括：用于检测有毒气体浓度、粉尘浓度和温度的具有自检功能的传感器系统6、信号处理系统7和数据融合系统8；所述具有自检功能的传感器系统6能实时自动上传自身部件的工作状态信号到物联网监测平台5；所述传感器系统6与信号处理系统7连接；所述信号处理系统7与数据融合系统8连接；

预测模块2：运用数据挖掘技术对信息融合模块1的数据进行分析处理和预测，并将预测等级结果反馈到物联网监测平台5；

智能排风冷却模块4：用于接收物联网监测平台5的等级预测信号，运行相应等级的排风冷却；

智能报警模块3：用于接收接收物联网监测平台5的等级预测信号，发出相应的报警信号。

物联网监测平台5：分别与信息融合模块1、预测模块2、智能排风冷却模块4和智能报警模块3连接，用于接收和发出信号。

在本实施例中，传感器系统6通过准确性高和抗干扰性强的各个传感器中的检测探头的灵敏感来采集车间环境有毒气体浓度、粉尘浓度以及温度变化的相关数据，且传感器均匀分布在各个节点，高效地执行各自的功能，并以极小(不超过0.05％)的误差输出，传感器系统6将数据以信号的形式实时传给信息处理系统，经过放大、滤波、a/d转换等预处理后，将处理信号传送到数据融合系统8进行融合，融合数据传送到物联网监测平台5。

传感器系统6还具有自检功能，能在一定时间间隔内自动传输自身部件的工作状态信号到物联网监测平台5，无需额外的定期维护和抽检，降低成本。

预测模块2主要是运用了数据挖掘技术去研究在涂料生产过程中的有毒气体浓度、粉尘浓度以及温度的预测问题。数据集为物联网监测平台5上的海量融合数据，针对这些数据，以机器学习法中的k最近邻法、决策树、adaboost分类、支持向量机和随机深林为主，用五折交叉验证的标准化均方误差的大小来判断各种机器学习法结果的可靠性，比较各种算的均方误差值和对数据集的预测来分析各个算法的优劣性，并选出最佳算法，再采用r软件对最佳算法进行建模分析，得到有毒气体浓度、粉尘浓度以及温度的等级预测值，等级预测值以信号形式实时传送到物联网平台上显示，实现误差小，预测精度高的效果。预测模块2不断重复输入数据、机器学习、预测、通过经验数据反馈再学习的过程来提高机器的预测能力。

物联网平台通过对预测模块2的等级预测值进行分析，在一定的时间内等级预测值有高于正常范围的趋势的话，物联网平台上的显示器背景为红色，以引起有关工作人员的注意，且物联网平台会发出预警信号到智能排风冷却模块4，及时进行智能排风冷却，防止意外发生。当预警信号发出的一定时间内，物联网平台上的等级预测值还未回复到正常状态，物联网平台将发出报警信号到智能报警系统，智能报警系统发出警报声，且发送相关的报警信号到智能手机终端。

信息融合模块1、预测模块2、智能排风系统、智能报警系统和物联网监测平台5之间的紧密配合使得整个车间内的有毒气体浓度、粉尘浓度以及温度都在监测的范围内，使得涂料可以在安全的环境下高效生产。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，其中，传感器系统6包括：用于测量有毒气体含量的红外传感器装置、温度传感器装置和粉尘浓度传感器装置；所述红外传感器装置、温度传感器装置和粉尘浓度传感器装置分别与信号处理系统7连接。

在本实施例中，红外传感器装置均匀安装在生产涂料的车间中，全面地感应生产车间内的有毒气体(包括挥发性有机化合物)含量数据，其工作原理为利用被测气体(包括挥发性有机化合物)的红外吸收光谱特征或热效应来实现气体浓度测量的，并通过自然扩散的方式检测有毒气体浓度。粉尘浓度传感器是利用光散射原理，当led发射出光线遇粉尘产生反射光，通过粉尘浓度传感器接收光强的大小判断粉尘浓度。红外传感器装置、温度传感器装置和粉尘浓度传感器装置所测得的有毒气体浓度、温度、粉尘浓度数据传输到信号处理系统7进行转换处理。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，其中，红外传感器装置包括：用于测量有毒气体浓度的敏感元件模块、第一led显示模块、防爆连接螺纹模块、微处理器模块、模拟电压/电流和串口模块、第一微型电池、用于转换有毒气体浓度信号的第一芯片模块、第一低电量告警模块和用于反馈自身组件工作状态的第一自检模块；所述敏感元件模块分别与微处理器模块、第一芯片模块连接；所述第一led显示模块与微处理器模块连接；所述第一芯片模块与信号处理系统7连接；所述第一低电量告警模块分别与第一微型电池、物联网监测平台5连接；所述第一自检模块与物联网监测平台5连接。

在本实施例中，敏感元件模块是由四个可拆卸的粉尘探头组成的，具有灵敏度高、反应迅速、寿命长等特点，可以检测多种有毒气体；第一led显示模块以数值的形式显示有毒气体(包括挥发性有机化合物)的实时浓度，方便有关工作人员在车间巡逻的时候查看；防爆连接螺纹模块可以进一步提高传感器的性能，通过连接螺纹来使本传感器装置拥有防爆本功能，在一定的程度上延长了其使用寿命，减少成本；微处理器模块内含芯片，可以用来控制有毒气体红外传感器装置的各项功能，让传感器有条不紊的工作；模拟电压/电流和串口模块方便有毒气体红外传感器装置的调试及使用；第一微型电池耗电少，成本低，在正常的使用情况下，只需一年换一次电池；第一芯片模块可以将有毒气体浓度探头感应的有关数据信息通过转换为数字信号传输到信号处理系统7；第一低电量告警模块在第一微型电池电量低的情况下将会启动该装置的呼吸灯，同时通过无线通讯网络，网关以及数据服务器将有关电量低的信号上传到物联网监控平台，物联网监控平台上以红色字体显示并发出轻微的预警声，提醒工作人员更换电池，为了可以进一步降低成本，有关工作人员也可以在物联网监控平台上设置该粉尘浓度传感器装置的工作时间，达到期限提醒更换电池；第一自检模块与第一低电量告警模块的功能相似，第一自检模块可以实时上传传感器中的组成部件的工作状态到物联网监控平台上，无需额外的定期维护和抽检，降低成本。

红外传感器装置工作时，敏感元件模块的探头获取车间内的有毒气体的浓度数据，传送到微处理器模块和第一芯片模块，微处理器模块处理浓度数据后将浓度数据显示在第一led显示模块上。第一芯片模块将有毒气体浓度数据通过转换为数字信号传输到信号处理系统7，当红外传感器装置出现异常的情况下，第一芯片模块可以自动保存有毒气体浓度数据。第一微型电池电量低的情况下，第一低电量告警模块会发出相应的预警信号到物联网监测平台5，第一自检模块也会实时发送低电量信号到物联网监测平台5。

红外传感器装置受环境干扰因素较小，成本较低，适合批量生产，寿命长，体型小，精度为0.03％，经模拟电压/电流和串口模块后，可以提高工作效率。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，其中，温度传感器装置包括：测温模块、用于初始化和读取温度数据的第二单片机模块、第二led显示模块、用于保存和传输数据的第二芯片模块、第二微型电池和第二低电量告警模块和用于反馈自身组件工作状态的第二自检模块；所述第二单片机模块分别与测温模块、第二led显示模块连接；所述第二芯片模块分别与测温模块、信号处理系统7连接；所述第二低电量告警模块分别与第二微型电池、物联网监测平台5连接；所述第二自检模块与物联网监测平台5连接。

在本实施例中，测温模块由四个可拆卸探头组成，精度高，稳定性能强，响应速度快，可以实时感应生产涂料的车间内温度变化情况；第二单片机模块可以初始化数字温度传感器和读取测温模块的温度数据；第二led显示模块用于显示实时温度，方便有关工作人员在车间巡逻时查看，程精度高，稳定性强；第二芯片模块可以保存温度数据，避免网络异常时丢失数据；第二微型电池耗电少，成本低，在正常的使用情况下，只需一年换一次电池；第二低电量告警模块在第二微型电池的电量低的情况下将会启动该装置的呼吸灯，同时通过无线通讯网络，网关以及数据服务器将有关电量低的信号上传到物联网监控平台，平台上以红色字体显示并发出轻微的预警声，提醒工作人员更换电池，为了可以进一步降低成本，有关工作人员也可以在物联网监控平台上设置该粉尘浓度传感器装置的工作时间，达到期限即更换电池；第二自检模块与第二低电量告警模块的功能相似，第二自检模块可以实时上传传感器中的组成部件的工作状态到物联网监控平台上，无需额外的定期维护和抽检，降低成本。

温度传感器装置工作时，测温模块的探头感应生产涂料内的车间的温度变化数据，传送到第二单片机模块和第二芯片模块，第二单片机模块将感应到的温度变化数据的信号转换成数字信号，显示在第二led显示模块上，方便有关工作人员查看；第二芯片模块将有关温度变化的数据信号上传到信号处理系统7；第二微型电池电量低的情况下，第二低电量告警模块会发出相应的预警信号到物联网监测平台5，第二自检模块也会实时发送低电量信号到物联网监测平台5。

温度传感器装置的工作温度为－10摄氏度到80摄氏度，体积小，易维护，性能稳定，分辨精度为0.01摄氏度，适合在生产涂料地车间内使用，特别是采用悬挂式安装在车间内更可高效工作。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，其中，粉尘浓度传感器装置包括：用于接收、保存和传输粉尘浓度信号的第三芯片模块、用于使粉尘产生微弱电量的灵敏粉尘探头模块、用于接收和转换粉尘信号为电信号的第三单片机模块、用于处理电信号的电子处理单元模块、第三led显示模块、第三微型电池、第三低电量告警模块和用于反馈自身组件工作状态的第三自检模块；所述灵敏粉尘探头模块分别与第三芯片模块、电子处理单元模块连接；所述第三单片机模块分别与电子处理单元模块、第三led显示模块连接；所述第三芯片模块与信息处理系统连接；所述第三低电量告警模块分别与第三微型电池、物联网监测平台5连接；所述第三自检模块与物联网监测平台5连接。

在本实施例中，灵敏粉尘探头模块包括有四个灵敏探头，当粉尘颗粒经过探头附近时，会产生微弱的电量被灵敏粉尘探头感应并传导给电子处理单元模块，电子处理单元模块将粉尘的浓度信号转换成电信号，经由第三单片机模块再次处理，最后以数值的形式显示在第三led显示模块上，方便有关在涂料生产车间内巡视的工作人员的监察与记录；第三芯片模块可以接收和保存灵敏粉尘探头模块的粉尘浓度数据信号并将其发送到信号处理系统7。

第三微型电池耗电少，成本低，在正常的使用情况下，只需一年换一次电池；第三低电量告警模块在第三微型电池电量低的情况下将会启动装置的呼吸灯，同时通过无线通讯网络，网关以及数据服务器将有关电量低的信号上传到物联网监控平台，平台上以红色字体显示并发出轻微的预警声，提醒工作人员更换电池，为了进一步降低成本，有关工作人员也可以在物联网平台上设置该粉尘浓度传感器装置的工作时间，达到期限即更换电池；第三自检模块与第三低电量告警模块的功能相似，第三自检模块可以实时上传传感器中的组成部件的工作状态到物联网监控平台上，无需额外的定期维护和抽检，降低成本。

粉尘浓度传感器装置的检测误差不超过0.05％，且重量为2kg，轻便易安装，采用悬挂式方法安装在涂料生产的车间即可。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，其中，数据融合系统8包括：bp神经网络模块和d－s证据理论模块。

在本实施例中，bp神经网络模块是具有三层的bp网络结构，bp神经网络模块对信号处理系统7的数据进行数据级融合和特征级融合，然后输出数据到d－s证据理论模块，d－s证据理论模块对数据进行决策层融合后完成对数据的融合过程，输出给物联网平台。

数据级融合是针对传感器采集的数据，依赖于传感器类型，进行同类数据的融合；特征级融合是提取所采集数据包含的特征向量，用来体现所监测物理量的属性，这是面向监测对象特征的融合；决策层融合是根据特征级融合所得到得数据特征，进行一定得判别、分类以及简单的逻辑运算，根据应用需求进行较高级的决策。

数据融合系统8运用多传感器信息融合技术可以增强系统的生存能力，提高整个系统的可靠性和鲁棒性，增强数据的可信度，并提高精度，扩展整个系统的时间、空间覆盖率，增加系统的实时性和信息利用率。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种基于物联网平台的涂料生产安全检测系统，其中，智能排风冷却模块4包括信息接收模块、智能排风模块和智能冷却模块；所述信息接收模块分别与智能排风模块、智能冷却模块、物联网监测平台5连接。

在本实施例中，信息接收模块用于接收物联网监测平台5的报警信号，根据报警信号的等级大小决策排风和冷却装置的等级强度，智能排风和冷却装置是相互独立的。

当物联网监测平台5发出预警信号时，信息接收模块接收预警信号，并判断预警等级，发送相应信号到智能排风模块和智能冷却模块，其中智能排风模块有低级风力排风模式和紧急应对模式，智能冷却模块有低级冷却模式和紧急应对模式。

智能排风模块和智能冷却模块可以加强空气流动，排除车间废气和降低热量，将新鲜的空气注入室内，从而达到降温通风的目的。智能排风冷却模块4具有反应速度快，耗能低，绿色环保，工作稳定，抗干扰能力强，结构简单的优点，且易于安装于操作。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。