基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

陳建東

摘 要 隨著移動傳輸技術的發(fā)展，以德國為主的歐洲國家提出工業(yè)4.0建設，智能工廠的推動離不開智能監(jiān)控系統(tǒng)對工廠各人、機、料、法、環(huán)要素環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)采集、分析及追蹤、預警。對此，工廠就需要安裝性能較好的智能監(jiān)控防護系統(tǒng)，針對當前信息化行業(yè)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)和傳感器的技術在當前的行業(yè)里扮演著重要的角色。智能監(jiān)控系統(tǒng)也因物聯(lián)網(wǎng)有關技術的快速發(fā)展得到了改變的機遇，進一步研制出了各種根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎的智能監(jiān)控系統(tǒng)?；诖?，本文對基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)進行了研究，以期對相關行業(yè)發(fā)展有所裨益。

關鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術 智能監(jiān)控系統(tǒng) 對比實驗 RFID技術

中圖分類號：TB49;TN948.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0028-03

在社會經(jīng)濟水平不斷提高的背景下，我國科學技術獲得了長足的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)作為新興的科學技術有著諸多的優(yōu)勢，已經(jīng)在我國諸多領域行業(yè)中開始了試驗性應用，并推動了所應用領域的發(fā)展。目前，相關的視頻數(shù)據(jù)分散存儲、監(jiān)控平臺各自獨立，不便于應用和管理。為此，我們需要整合監(jiān)控數(shù)據(jù)資源，建立統(tǒng)一的智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)集中調(diào)用與監(jiān)控，并在此基礎上進行智能監(jiān)控技術研究，實現(xiàn)快速準確定位現(xiàn)場異常情況和全天候自動監(jiān)控。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控僅提供視頻的捕獲、存儲和回放等簡單的功能，僅用來記錄發(fā)生的事情，很難起到預警和報警的作用。因此，這就迫切需要智能視頻監(jiān)控，來輔助監(jiān)控人員的工作。與此同時，工廠管理比較復雜，而將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)管理中，能夠提高管理水平?；诖?，文章對物聯(lián)網(wǎng)技術在工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)管理中的應用進行了分析。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術的特性

物聯(lián)網(wǎng)是通過信息技術的方式，將物體與物體之間進行連接，并使物體能夠與網(wǎng)絡進行連接。物理連接需要相應的指令才能夠完成，物體之間能夠相互感知、實現(xiàn)信息交流才能夠構(gòu)建完善的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡。當前我國物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設中，智能感知和識別技術是其中的核心關鍵技術，在工業(yè)生產(chǎn)等領域取得了很好的應用效果。

特征：（1）廣泛性。在物聯(lián)網(wǎng)的整體環(huán)境中，所謂的“物”具有極大的覆蓋性，其中不僅包含傳統(tǒng)的物理實體，也覆蓋了一部分的虛擬實體，而其中對物進行識別時，需要針對物的基本屬性來進行分辨，通過這種方式才能夠展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，使物與網(wǎng)絡能夠形成有效的連接;（2）控制與管理?；ヂ?lián)網(wǎng)在進行數(shù)據(jù)處理時，主要依賴計算機技術完成，通過合理的管理能夠?qū)崿F(xiàn)較高的智能化技術，而一旦獲得來自用戶端的信息反饋后，互聯(lián)網(wǎng)就能夠?qū)Νh(huán)境以及物體的本身進行有效控制。而在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中人與物都能夠在任意時間和空間形成良好的融合，所以物聯(lián)網(wǎng)可以被視為一種新型的互聯(lián)網(wǎng)絡，而其中的互聯(lián)是將人與物進行有機的連接，通過這種方式使人在對物進行控制時的整體質(zhì)量和有效性得到提升，并且在5G技術的支持下，物聯(lián)網(wǎng)技術的控制效果也會大大提升，例如未來的遠程手術、無人駕駛等多方面的科研方向，都需要憑借物聯(lián)網(wǎng)與5G技術共同應用，才能發(fā)揮其應有的效果[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術分析

1.2.1 二維碼與RFID

二維碼與RFID技術是當前市場關注的焦點，其主要作用是對物體進行相應識別。就目前而言，二維碼在我們的日常生活中已經(jīng)十分普遍，被廣泛的應用，已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的重要技術之一，其實際應用已經(jīng)涵蓋了社會中近乎所有行業(yè)領域。RFID技術即射頻識別技術，是一種非接觸式的自動識別技術，這一技術采用電子標簽對目標對象進行自動識別，通過利用相關識別設備以射頻無線通信方式與目標對象的電子標簽進行信息交換，從而實現(xiàn)自動識別功能，獲得相關數(shù)據(jù)信息[2]。RFID技術有著非接觸式、抗干擾能力強、識別距離遠、識別速度快、自動多目標識別等諸多突出優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛地在倉儲、物流供應鏈、生產(chǎn)管理與控制、物資管理等行業(yè)領域被大量應用，并彰顯了顯著的效果。最基本的RFID技術由斜坡標簽（Tag）、讀寫器（Reader）以及計算機系統(tǒng)（Computer）三部分組成。RFID是物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建中使用最多的技術之一，通過無線電信號能夠?qū)δ繕宋矬w進行識別，并根據(jù)其中所包含的信息進行數(shù)據(jù)讀寫和操作，不需要設置其他識別系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，RFID是實現(xiàn)物體與網(wǎng)絡連接的核心技術，通過RFID技術能夠?qū)⑽矬w進行標簽化處理，對系統(tǒng)實施電子編碼和承載數(shù)據(jù)、信息等，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的閱讀功能，就能夠?qū)撕炛兴械男畔⑦M行讀取，并將這些信息傳遞到系統(tǒng)后臺，從而完成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運行的整個過程。RFID技術具有視線范圍較大、局限性較低和識別距離較遠等優(yōu)點，RFID技術幾乎能夠適用于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建中的任何系統(tǒng)部分，在一些構(gòu)建難度較高的環(huán)節(jié)中，RFID技術都取得了很好的效果。除此之外，隨著RFID技術的不斷發(fā)展與進步，RFID的功能逐漸豐富，實用性逐漸增強，在采用智能技術與RFID技術結(jié)合后，使得RFID技術的應用深度和廣度都得到了很大的提高。

1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡

無線傳感器網(wǎng)絡即Wireless Sensor Network，簡稱WSN，是一種分布式傳感網(wǎng)絡，是由眾多在空間上分布的自動裝置共同組成的一種計算機網(wǎng)絡，這些裝置通過應用傳感器協(xié)助，對不同位置物理或是環(huán)境狀態(tài)進行監(jiān)控，例如溫度、聲音、振動、壓力、運動等物理狀態(tài)信息。

1.2.3 頻率識別技術

頻率識別技術是智能物聯(lián)網(wǎng)技術的關鍵，需要運用符號信息完成識別過程，及時標記有用的信息并完成儲存過程，在完成登記之后即可投入到使用中。該機制需要電視天線、電子標簽和讀寫設備三個部分的參與。在物品上的電子標簽能夠幫助讀寫設備完成信息搜集過程，并在電視天線的作用下完成遠程傳輸?shù)哪繕?。頻率識別技術的應用范圍較為廣泛，能夠在零售領域、醫(yī)藥生產(chǎn)領域、識別身份領域等多個領域發(fā)揮潛能，推動社會朝著智能化發(fā)展的目標不斷前進。

1.2.4 傳感器識別技術

智能物聯(lián)網(wǎng)技術能夠在傳感器發(fā)揮節(jié)點作用的狀態(tài)下構(gòu)建出大區(qū)域范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡，多個傳感器相互協(xié)作能夠構(gòu)造出強大的感知機制，在搜索某區(qū)域內(nèi)的對象時具有十分重要的應用。首先，運用該技術需要完成相關數(shù)據(jù)的搜集過程，并將其量化，經(jīng)過綜合處理之后可以完成高效應用的目標。傳感器的敏感部件和轉(zhuǎn)換部件作用強大，形成自制的大型組織網(wǎng)絡空間，以及以數(shù)據(jù)為中心的無線網(wǎng)絡區(qū)域。使用傳感器會受到電源電量的限制，儲蓄水平及信息傳輸水平會受到實際應用環(huán)境的限制。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)設計分析

2.1 平臺整體架構(gòu)

1.前端系統(tǒng)。前端系統(tǒng)對工廠視頻監(jiān)控、周界防范、視頻監(jiān)控、周界防范、出入口、門禁一卡通等進行了整合，負責對工廠各個區(qū)域視音頻、報警信息進行采集、編碼、存儲及上傳，并通過平臺實現(xiàn)多種智能規(guī)則的聯(lián)動。

2.傳輸網(wǎng)絡。監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡承載于傳輸網(wǎng)絡綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，用于前端與平臺及平臺之間的通信，視頻監(jiān)控依托有線光纖網(wǎng)絡進行傳輸，移動巡檢及工廠視頻監(jiān)控依靠無線網(wǎng)絡進行傳輸（如表1所示）。

3.監(jiān)控中心。監(jiān)控中心可管理工廠內(nèi)部的所有設備，接收各區(qū)域上報的信息，滿足中心系統(tǒng)用戶對視頻、報警信息查看的需求。

2.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)設計

在智能監(jiān)控系統(tǒng)當中視頻攝像裝備是傳感系統(tǒng)的主體核心內(nèi)容，可以對其進行全方位的采集和分析監(jiān)管對象區(qū)域，當有突發(fā)事件會第一時間觸動報警系統(tǒng)和配置進行聯(lián)動，在高性能無線傳感器的運用方面可以有效地提高智能系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。對于智能監(jiān)控系統(tǒng)里的視頻采集配置搭載視頻，可以在進行采集的平臺中針對視頻的相關信息進行有效的采集，而且在網(wǎng)絡系統(tǒng)信息之間的良好交互會將采集到的信息傳輸?shù)綉脤?，進而針對視頻信息做有效的結(jié)構(gòu)分析和研究，再通過智能化系統(tǒng)的識別和相關驗證，可以第一時間掌握到監(jiān)管對象的情況，并且面對突發(fā)的狀況時可以及時的運用報警配置的聯(lián)動。

2.3 綜合性數(shù)據(jù)收集

在傳感器網(wǎng)絡監(jiān)控架構(gòu)的基礎上，需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術調(diào)整工廠智能監(jiān)控運行監(jiān)控的狀態(tài)，通過應答器與無線傳感器節(jié)點之間的融合，將整個中央控制系統(tǒng)劃分為5個階段，在每一層中布置相應的監(jiān)控器和匯聚節(jié)點以及應用接口。在每一層中對應答器節(jié)點和傳感器節(jié)點布置預設程序，通過預設程序來集中性地監(jiān)控工廠無線通信系統(tǒng)、工廠監(jiān)控查詢器和應用接口狀態(tài)，在整個數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中，利用傳感器節(jié)點和應答器節(jié)點實現(xiàn)信息的互動和收集。在物流技術監(jiān)控系統(tǒng)中，需要在經(jīng)過時發(fā)送接收信號，也就是說，在經(jīng)過畫面時會由設備發(fā)送查詢信號，再由應答器節(jié)點和傳感器節(jié)點收集報文、傳感信息，但需要注意的是，在進行綜合性數(shù)據(jù)收集和檢測時，需要對設備的整個網(wǎng)絡監(jiān)控架構(gòu)進行組織，通過集成結(jié)構(gòu)和獨立結(jié)構(gòu)的融合，實現(xiàn)高頻和低頻的信息發(fā)送，避免受到無線信號的干擾。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的對比實驗分析

采用本文設計的系統(tǒng)及參與測試的常規(guī)系統(tǒng)進行實驗，采用的終端計算機設備為官方開發(fā)3.50.23系統(tǒng)版本的Linux內(nèi)核，此內(nèi)核文件目錄中包含了系統(tǒng)自主運行的多個腳本程序。在此基礎上，對此次實驗中的相關配置程序與系統(tǒng)運行環(huán)境進行規(guī)劃與布設。上機位程序采用B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)環(huán)境開發(fā)工具為VS2015，終端應用服務器為微軟IIS，工廠數(shù)據(jù)庫為SQLServer。在監(jiān)測過程中，先設計工廠運行相關參數(shù)的常態(tài)化運行，在系統(tǒng)持續(xù)運行2.0h后，調(diào)整工廠運行環(huán)境參數(shù)。此時，觀察系統(tǒng)終端監(jiān)控界面是否能良好地監(jiān)測到工廠內(nèi)部生產(chǎn)與運行環(huán)境的變化。記錄實驗中產(chǎn)生的相關信息，結(jié)果如表2所示。

如上表2所示，A、B、C、D分別為工廠內(nèi)四個監(jiān)控傳感器，其獲取的數(shù)據(jù)為工廠正常運行狀態(tài)下的系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)，A1、B2、C3、D4獲取的數(shù)據(jù)為工廠內(nèi)部運行溫度與煙霧濃度被提高后，傳感器獲取的監(jiān)控數(shù)據(jù)。通過此次對比實驗結(jié)果，可以看出本文設計的監(jiān)控系統(tǒng)在進行工廠運行參數(shù)的監(jiān)測過程中，對于信息的感應較為靈敏，可準確地識別到工廠在生產(chǎn)中不同參數(shù)的變化，工廠現(xiàn)用系統(tǒng)對于廠內(nèi)溫度與煙霧濃度的變化沒有及時做出預警與感應。由此可知，本文設計的系統(tǒng)對于廠內(nèi)生產(chǎn)與運行環(huán)境的變化具有更高的監(jiān)控靈敏度。

4 系統(tǒng)應用效果

4.1 利用物聯(lián)網(wǎng)提高系統(tǒng)網(wǎng)格化管理水平

（1）連接能力強。該系統(tǒng)通過利用一個扇區(qū)就能實現(xiàn)對若干個終端設備的有效連接，同時，對功耗較低的網(wǎng)絡架構(gòu)具有很好的兼容作用和支持作用;（2）穿透能力強。與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術應用效果相比，通過利用物聯(lián)網(wǎng)，在保證頻段條件相同的情況下，可以實現(xiàn)對提高網(wǎng)絡速度的最大化;（3）覆蓋區(qū)域廣。通常情況下，一個基站可以覆蓋的地域范圍達到了幾公里，為滿足工廠網(wǎng)絡訪問需求打下堅實的基礎;（4）功耗低。在相關管理理念技術的應用背景下，通過利用物聯(lián)網(wǎng)，可以延長該系統(tǒng)終端設備的待機時間，使得待機時間達到十年之久。

4.2 利用物聯(lián)網(wǎng)技術分析提高管理應用水平

在智能傳感器的應用背景下，通過利用物聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)對工廠活動監(jiān)控等相關信息數(shù)據(jù)的全面采集和整理。同時，還能根據(jù)工廠的變化情況，開發(fā)出報警功能、智能巡檢功能，為節(jié)省人力成本、物力成本提供有力的保障。此外，在物聯(lián)網(wǎng)技術的應用背景下，還可以精確評估和分析該系統(tǒng)的監(jiān)控效果，為實現(xiàn)監(jiān)測功能與控制功能的有效結(jié)合，提高監(jiān)測結(jié)果的真實性和精準性產(chǎn)生積極的影響。另外，通過不斷改革和創(chuàng)新管理方案，不僅實現(xiàn)了對工廠管理流程的優(yōu)化和完善，還制定了一套系統(tǒng)、健全的工廠監(jiān)督評價機制，為工廠有效管理相關信息數(shù)據(jù)，提高整體的效率和效果發(fā)揮出重要作用。

5 結(jié)語

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)在人們的生活中具有十分重要的作用，也是科學技術在近年來發(fā)展過程中的重要體現(xiàn)，受到了人們的廣泛關注。從目前的技術角度進行分析，物聯(lián)網(wǎng)的功能和特性已經(jīng)展現(xiàn)了特有的優(yōu)越性，將其應用于工廠智能監(jiān)控設計管理中，不僅能夠使工作更為精細化，還能夠有效控制工廠運行成本，通過這種方式最大限度地使我國工廠的效率得到提升。

參考文獻：

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[2] 鄒少軍，孫紅軍.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智能消防栓監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)分析[J].電子測試，2019（04）：89-90.