一种基于PLC工业网关的可移动设备监测系统的制作方法

本发明涉及plc网关，具体涉及一种基于plc工业网关的可移动设备监测系统。

背景技术：

1、plc控制工厂中存在大量可移动的设备，其中一些设备由于其价值和重要程度较高，需要对其进行持续性的监测管控。

2、传统的设备监测手段是通过专员对设备进行管理，但是无法实现实时监测的效果，且人员成本高昂；现有针对可移动设备监测系统通常采用图像监测的方法，训练图像识别模型对可移动设备进行识别，并通过像素位置确定被监测设备是否发生移动。该方法识别准确率高，适用范围广，技术成熟，被广泛运用在各种针对可移动设备的监测场景中。

3、但是，该技术需要部署针对不同的可移动设备训练对应的识别模型，并且需要在plc控制工厂监测区域部署摄像头、数据光缆等，其部署成本高、训练时间长、涉及到的改动量大；在一些传统工厂中并不适合部署新的监测设备；此外，该监测方法只有图像监测一种维度，无法对可移动设备的相关状态进行监测，缺乏多维度监测手段。

4、因此，本发明提出一种基于plc工业网关的可移动设备监测系统。来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于plc工业网关的可移动设备监测系统，包括：plc监测平台和plc控制工厂；plc控制工厂中设置有plc工业网关、plc控制器、若干个可移动设备和对应的设备传感器；plc工业网关通过局域通信链路与plc控制器连接；plc控制器通过i/o口与各可移动设备进行连接，plc工业网关通过局域无线信号与设备隶属的设备传感器进行连接；plc工业网关通过远程通信链路与plc监测平台连接，执行plc监测平台下放的感知事件，并上传得到的感知状态。

2、具体的，设备传感器包括：带温度补偿的陀螺仪传感器，感知事件为：可移动设备监测；plc监测平台构建与感知事件对应的采集流程，并下放至执行边缘处理的plc工业网关；plc工业网关进行解包部署，通过陀螺仪传感器得到设备温度数据、设备位置数据和设备姿态数据，并执行可移动设备感知事件；plc监测平台接收感知状态，并选择执行对应的设备维护事件和/或设备安检事件；

3、其中，感知事件包括：工作感知事件、姿态感知事件和位置感知事件；其中，工作感知事件包括：工作温度感知、工作设备感知和工作时间感知；姿态感知事件包括：设备倾倒感知、设备震动感知和设备受击感知；位置感知事件包括：设备移动感知、设备位置感知、设备分布感知。

4、作为更进一步的解决方案，用户通过可视化操作界面在plc监测平台构建采集流程，并下放至plc工业网关，plc工业网关通过采集流程对感知事件进行边缘处理，实时得到对应的感知状态；其中，构建采集流程包括：采集流程基础设置、采集流程模块选配、采集流程任务配置和采集流程执行判断；

5、采集流程基础设置，对采集流程的基础运行环境进行配置，包括：数据采集功能运行环境、数据处理功能运行环境、数据接口功能运行环境和数据上传功能运行环境；

6、采集流程模块选配，根据感知事件的边缘计算处理需求，选配采集流程的各类型功能模块，功能模块类型包括：数据采集、数据处理、数据接口和数据上传；

7、采集流程任务配置，创建感知事件并对其进行任务命名和任务说明，设置感知事件的计算处理逻辑，并配置计算处理逻辑所需配置项，得到任务执行文件；其中，配置项为可修改项，并在修改后自动加载并注入任务执行文件；

8、采集流程执行判断，将基础运行环境、选配功能模块和任务执行文件打包封装，并下放至执行边缘处理的plc工业网关；plc工业网关进行解包部署，并通过执行感知事件完成边缘处理。

9、作为更进一步的解决方案，姿态感知事件通过如下步骤进行数据采集：

10、步骤a1：通过陀螺仪传感器采集可移动设备的角速度数据；

11、步骤a2：对角速度数据进行解析，得到可移动设备绕x轴、y轴、z轴的角速度，并分别积分得到可移动设备在各轴的旋转角度；

12、步骤a3：通过各轴的旋转角度计算各轴的加速度分量，并将各轴加速度进行合并，得到原始加速度数据；

13、步骤a4： 原始加速度数据进行滤波处理并去除重力分量，得到可移动设备的加速度数据。

14、作为更进一步的解决方案，姿态感知事件通过如下步骤进行感知状态：

15、设备震动感知：设置震动频率阈值，通过步骤a1获取可移动设备的角速度数据并统计角速度数据变化频率，在角速度数据变化频率超过震动频率阈值时，判断为设备震动异常；

16、设备倾倒感知：设置倾倒判定阈值，通过步骤a2获得可移动设备在各轴的旋转角度并与倾倒判定阈值进行比较，当任一轴的旋转角度大于判定阈值时，判断为设备倾倒异常；

17、设备受击感知：设置受击判定阈值，通过步骤a4获得可移动设备的加速度数据并与受击判定阈值进行比较，当加速度数据超出受击判定阈值时，判断设备受击异常。

18、作为更进一步的解决方案，位置感知事件通过如下步骤进行数据采集：

19、步骤b1：获取可移动设备的加速度数据；

20、步骤b2：对加速度数据进行积分操作，得到可移动设备的位移增量数据；

21、步骤b3：获取陀螺仪传感器与plc工业网关之间局域无线信号的信号强度数据；

22、步骤b4：对信号强度数据进行解析，得到相对距离数据；

23、步骤b5：相对距离数据和位移增量数据进行数据融合处理，得到可移动设备的位置数据。

24、作为更进一步的解决方案，位置感知事件通过如下步骤进行感知状态：

25、分布异常感知：plc工业网关记录各可移动设备均位于标准位置时的位置数据，得到设备标准分布；plc工业网关实时记录各可移动设备的位置数据，得到设备实时分布；当设备标准分布与设备实时分布不匹配时，判断为分布异常；

26、异常来源感知：当判断为分布异常时执行，根据各可移动设备的位置数据进行分析，判断设备分布异常的异常来源；其中，异常来源包括：设备移动、网关移动、同时移动、数据异常和未知异常；

27、移动位置感知：在异常来源为设备移动/网关移动/同时移动时执行；若仅设备移动，则直接通过位置数据对可移动设备的位置进行更新；若网关移动，则通过未移动设备与plc工业网关的位置数据计算网关当前位置，并对设备标准分布和设备实时分布进行更新；若同时存在设备移动和网关移动，计算网关当前位置后再通过位置数据对可移动设备的位置进行更新。

28、作为更进一步的解决方案，通过数据融合算法获取可移动设备在二维平面坐标中的位置数据：

29、获取上帧可移动设备的位置数据( x tn-1 , y tn-1)；

30、获取当前可移动设备的位移增量数据( δx tn, δy tn)；

31、进行位移叠加，得到推测位置数据( x tn-1+ δx tn, y tn-1+ δy tn)；

32、获取当前的相对距离数据 d tn并设置测量波动值 d 0 ，得到测量波动域[ d tn- d 0, d tn+ d 0]；

33、通过推测位置数据计算推测相对距离 d tn， d tn=[( x tn-1+ δx tn)2+( y tn-1+ δy tn)2]1/2；

34、通过测量波动域判断推测位置数据是否可信：

35、若 d tn- d 0< d tn< d tn+ d 0，则推测位置数据可信，并作为可移动设备的位置数据进行输出；

36、否则，推测位置数据叠加误差超标，推测位置数据不可信，并进行误差重置；

37、误差重置：将上帧位置数据和推测位置数据作为两端点并确定轨迹线段，通过轨迹线段确定在测量波动域边界上的边界点，将边界点的坐标作为可移动设备的位置数据进行输出。

38、作为更进一步的解决方案，异常来源通过如下步骤进行判断：

39、判断各帧之间的角速度数据与信号强度数据是否为线性连续变化；并在均为线性连续变化时，判断为数据正常；当仅角速度数据为非线性连续变化时，则判断为数据异常；当信号强度数据为非线性连续变化时，则判断为未知异常；

40、在数据正常时，获取各可移动设备的位置数据，并筛除发生变化的位置变化数据；获取位置变化数据对应的位移增量数据，并进行移动判断；

41、设备移动判断：若位移增量数据与位置变化数据均匹配，则为设备移动；位置变化数据仅来源于位移增量数据，通过位移增量数据对可移动设备的位置数据进行更新；

42、网关移动判断：若位移增量数据与位置变化数据不匹配，且位移增量数据为0，则判断为网关移动；位置变化数据仅来源于网关位置变化，对位置变化数据求反并作为网关位置变化数据，并对网关当前位置进行更新；

43、同时移动判断：若位移增量数据与位置变化数据不匹配，且位移增量数据非0，则判断为同时移动；通过位置变化数据减去位移增量数据，得到不匹配差值；通过不匹配差值对网关当前位置进行更新；通过位移增量数据对可移动设备的位置数据进行更新。

44、作为更进一步的解决方案，工作感知事件的采集流程通过如下步骤执行：

45、通过plc控制器获取：实际启停状态数据和实际工作状态数据；

46、通过plc监测平台获取：设定启停状态数据和设定工作状态数据；

47、通过陀螺仪传感器获取：实际工作温度数据，并设定工作温度过载阈值；

48、工作感知事件通过如下步骤感知状态：

49、工作启停感知：实际启停状态数据和设定启停状态数据不匹配时，判断为工作启停异常；

50、工作过载感知：实际工作温度数据超过工作温度过载阈值时，判断为工作温度过载异常；

51、工作状态感知：实际工作状态数据和设定工作状态数据不匹配时，判断为工作状态异常。

52、作为更进一步的解决方案，设备维护事件：在发生设备震动异常、设备倾倒异常、设备受击异常、数据异常、未知异常、工作启停异常、工作温度过载异常和工作状态异常时进行，通过相关人员进行设备维护；

53、设备安检事件：在发生设备倾倒异常、设备受击异常、设备移动、网关移动、同时移动、未知异常和工作启停异常时进行，通过相关人员进行设备安检。

54、本发明不需要对plc控制工厂的原有设备进行改动，也不需要额外铺设光缆、摄像头等硬件设备；仅需对原有plc网关进行改动或者升级，在需要监测的可移动设备上安装设备传感器即可；由于plc网关天然与plc控制器连接，设备传感器仅需通过无线信号进行连接；因此，不会对现有结构进行改变。

55、在进行监测时，plc监测平台下放的感知事件，plc工业网关便能进行边缘监测并上传对应的感知状态，plc监测平台根据感知状态执行对应的设备维护事件和/或设备安检事件，因此方便集中监控管理。此外，感知事件包括：工作感知事件、姿态感知事件和位置感知事件；各感知事件下还包括多种感知情况；能在不添加多余设备的情况下对设备进行多维度监测，解决了现有技术中只停留在一种维度的问题。

56、通过数据融合算法，巧妙结合相对距离数据和推测位置数据，当推测位置数据在测量波动域内时，便认为其数据能大致反应设备的位置情况，具备可信价值；当超出测量波动域时，则认为叠加误差过大，需要选择在测量波动域边界上的边界点来对误差进行重置。