基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳建東

（煙臺(tái)富準(zhǔn)精密電子有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高的背景下，我國科學(xué)技術(shù)獲得了長足的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)作為新興的科學(xué)技術(shù)有著諸多的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在我國諸多領(lǐng)域行業(yè)中開始了試驗(yàn)性應(yīng)用，并推動(dòng)了所應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。目前，相關(guān)的視頻數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)、監(jiān)控平臺(tái)各自獨(dú)立，不便于應(yīng)用和管理。為此，我們需要整合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)資源，建立統(tǒng)一的智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中調(diào)用與監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行智能監(jiān)控技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位現(xiàn)場異常情況和全天候自動(dòng)監(jiān)控。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控僅提供視頻的捕獲、存儲(chǔ)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(yù)警和報(bào)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(shí)，工廠管理比較復(fù)雜，而將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)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(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)管理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性

物聯(lián)網(wǎng)是通過信息技術(shù)的方式，將物體與物體之間進(jìn)行連接，并使物體能夠與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。物理連接需要相應(yīng)的指令才能夠完成，物體之間能夠相互感知、實(shí)現(xiàn)信息交流才能夠構(gòu)建完善的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前我國物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，智能感知和識(shí)別技術(shù)是其中的核心關(guān)鍵技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域取得了很好的應(yīng)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(shí)體，也覆蓋了一部分的虛擬實(shí)體，而其中對(duì)物進(jìn)行識(shí)別時(shí)，需要針對(duì)物的基本屬性來進(jìn)行分辨，通過這種方式才能夠展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，使物與網(wǎng)絡(luò)能夠形成有效的連接；（2）控制與管理?；ヂ?lián)網(wǎng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，主要依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)完成，通過合理的管理能夠?qū)崿F(xiàn)較高的智能化技術(shù)，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(jìn)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(shí)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(luò)，而其中的互聯(lián)是將人與物進(jìn)行有機(jī)的連接，通過這種方式使人在對(duì)物進(jìn)行控制時(shí)的整體質(zhì)量和有效性得到提升，并且在5G 技術(shù)的支持下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的控制效果也會(huì)大大提升，例如未來的遠(yuǎn)程手術(shù)、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(shù)共同應(yīng)用，才能發(fā)揮其應(yīng)有的效果[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

1.2.1 二維碼與RFID

二維碼與RFID 技術(shù)是當(dāng)前市場關(guān)注的焦點(diǎn)，其主要作用是對(duì)物體進(jìn)行相應(yīng)識(shí)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(yīng)用，已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的重要技術(shù)之一，其實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)涵蓋了社會(huì)中近乎所有行業(yè)領(lǐng)域。RFID技術(shù)即射頻識(shí)別技術(shù)，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，這一技術(shù)采用電子標(biāo)簽對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，通過利用相關(guān)識(shí)別設(shè)備以射頻無線通信方式與目標(biāo)對(duì)象的電子標(biāo)簽進(jìn)行信息交換，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息[2]。RFID 技術(shù)有著非接觸式、抗干擾能力強(qiáng)、識(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別速度快、自動(dòng)多目標(biāo)識(shí)別等諸多突出優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)廣泛地在倉儲(chǔ)、物流供應(yīng)鏈、生產(chǎn)管理與控制、物資管理等行業(yè)領(lǐng)域被大量應(yīng)用，并彰顯了顯著的效果。最基本的RFID 技術(shù)由斜坡標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（Reader）以及計(jì)算機(jī)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(shù)之一，通過無線電信號(hào)能夠?qū)δ繕?biāo)物體進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)其中所包含的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫和操作，不需要設(shè)置其他識(shí)別系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，RFID 是實(shí)現(xiàn)物體與網(wǎng)絡(luò)連接的核心技術(shù)，通過RFID 技術(shù)能夠?qū)⑽矬w進(jìn)行標(biāo)簽化處理，對(duì)系統(tǒng)實(shí)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)?biāo)簽中所含有的信息進(jìn)行讀取，并將這些信息傳遞到系統(tǒng)后臺(tái)，從而完成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過程。RFID 技術(shù)具有視線范圍較大、局限性較低和識(shí)別距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，RFID 技術(shù)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(shù)都取得了很好的效果。除此之外，隨著RFID 技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，RFID的功能逐漸豐富，實(shí)用性逐漸增強(qiáng)，在采用智能技術(shù)與RFID 技術(shù)結(jié)合后，使得RFID 技術(shù)的應(yīng)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(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)即Wireless Sensor Network，簡稱WSN，是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，是由眾多在空間上分布的自動(dòng)裝置共同組成的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些裝置通過應(yīng)用傳感器協(xié)助，對(duì)不同位置物理或是環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，例如溫度、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)等物理狀態(tài)信息。

1.2.3 頻率識(shí)別技術(shù)

頻率識(shí)別技術(shù)是智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵，需要運(yùn)用符號(hào)信息完成識(shí)別過程，及時(shí)標(biāo)記有用的信息并完成儲(chǔ)存過程，在完成登記之后即可投入到使用中。該機(jī)制需要電視天線、電子標(biāo)簽和讀寫設(shè)備三個(gè)部分的參與。在物品上的電子標(biāo)簽?zāi)軌驇椭x寫設(shè)備完成信息搜集過程，并在電視天線的作用下完成遠(yuǎn)程傳輸?shù)哪繕?biāo)。頻率識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用范圍較為廣泛，能夠在零售領(lǐng)域、醫(yī)藥生產(chǎn)領(lǐng)域、識(shí)別身份領(lǐng)域等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮潛能，推動(dòng)社會(huì)朝著智能化發(fā)展的目標(biāo)不斷前進(jìn)。

1.2.4 傳感器識(shí)別技術(shù)

智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠在傳感器發(fā)揮節(jié)點(diǎn)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(luò)，多個(gè)傳感器相互協(xié)作能夠構(gòu)造出強(qiáng)大的感知機(jī)制，在搜索某區(qū)域內(nèi)的對(duì)象時(shí)具有十分重要的應(yīng)用。首先，運(yùn)用該技術(shù)需要完成相關(guān)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(yīng)用的目標(biāo)。傳感器的敏感部件和轉(zhuǎn)換部件作用強(qiáng)大，形成自制的大型組織網(wǎng)絡(luò)空間，以及以數(shù)據(jù)為中心的無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。使用傳感器會(huì)受到電源電量的限制，儲(chǔ)蓄水平及信息傳輸水平會(huì)受到實(shí)際應(yīng)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(shè)計(jì)分析

2.1 平臺(tái)整體架構(gòu)

1.前端系統(tǒng)。前端系統(tǒng)對(duì)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(jìn)行了整合，負(fù)責(zé)對(duì)工廠各個(gè)區(qū)域視音頻、報(bào)警信息進(jìn)行采集、編碼、存儲(chǔ)及上傳，并通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多種智能規(guī)則的聯(lián)動(dòng)。

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

表1 監(jiān)控信息通信傳輸協(xié)議參數(shù)描述

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

2.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在智能監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中視頻攝像裝備是傳感系統(tǒng)的主體核心內(nèi)容，可以對(duì)其進(jìn)行全方位的采集和分析監(jiān)管對(duì)象區(qū)域，當(dāng)有突發(fā)事件會(huì)第一時(shí)間觸動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和配置進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，在高性能無線傳感器的運(yùn)用方面可以有效地提高智能系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。對(duì)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(jìn)行采集的平臺(tái)中針對(duì)視頻的相關(guān)信息進(jìn)行有效的采集，而且在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息之間的良好交互會(huì)將采集到的信息傳輸?shù)綉?yīng)用層，進(jìn)而針對(duì)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(shí)別和相關(guān)驗(yàn)證，可以第一時(shí)間掌握到監(jiān)管對(duì)象的情況，并且面對(duì)突發(fā)的狀況時(shí)可以及時(shí)的運(yùn)用報(bào)警配置的聯(lián)動(dòng)。

2.3 綜合性數(shù)據(jù)收集

在傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控架構(gòu)的基礎(chǔ)上，需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)調(diào)整工廠智能監(jiān)控運(yùn)行監(jiān)控的狀態(tài)，通過應(yīng)答器與無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的融合，將整個(gè)中央控制系統(tǒng)劃分為5 個(gè)階段，在每一層中布置相應(yīng)的監(jiān)控器和匯聚節(jié)點(diǎn)以及應(yīng)用接口。在每一層中對(duì)應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)布置預(yù)設(shè)程序，通過預(yù)設(shè)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(yīng)用接口狀態(tài)，在整個(gè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中，利用傳感器節(jié)點(diǎn)和應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信息的互動(dòng)和收集。在物流技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)中，需要在經(jīng)過時(shí)發(fā)送接收信號(hào)，也就是說，在經(jīng)過畫面時(shí)會(huì)由設(shè)備發(fā)送查詢信號(hào)，再由應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)收集報(bào)文、傳感信息，但需要注意的是，在進(jìn)行綜合性數(shù)據(jù)收集和檢測(cè)時(shí)，需要對(duì)設(shè)備的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控架構(gòu)進(jìn)行組織，通過集成結(jié)構(gòu)和獨(dú)立結(jié)構(gòu)的融合，實(shí)現(xiàn)高頻和低頻的信息發(fā)送，避免受到無線信號(hào)的干擾。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析

采用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)及參與測(cè)試的常規(guī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用的終端計(jì)算機(jī)設(shè)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(yùn)行的多個(gè)腳本程序。在此基礎(chǔ)上，對(duì)此次實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)配置程序與系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃與布設(shè)。上機(jī)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(yīng)用服務(wù)器為微軟IIS，工廠數(shù)據(jù)庫為SQLServer。在監(jiān)測(cè)過程中，先設(shè)計(jì)工廠運(yùn)行相關(guān)參數(shù)的常態(tài)化運(yùn)行，在系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行2.0h 后，調(diào)整工廠運(yùn)行環(huán)境參數(shù)。此時(shí)，觀察系統(tǒng)終端監(jiān)控界面是否能良好地監(jiān)測(cè)到工廠內(nèi)部生產(chǎn)與運(yùn)行環(huán)境的變化。記錄實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的相關(guān)信息，結(jié)果如表2 所示。

表2 系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果

如上表2 所示，A、B、C、D 分別為工廠內(nèi)四個(gè)監(jiān)控傳感器，其獲取的數(shù)據(jù)為工廠正常運(yùn)行狀態(tài)下的系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，A1、B2、C3、D4 獲取的數(shù)據(jù)為工廠內(nèi)部運(yùn)行溫度與煙霧濃度被提高后，傳感器獲取的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。通過此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)在進(jìn)行工廠運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)過程中，對(duì)于信息的感應(yīng)較為靈敏，可準(zhǔn)確地識(shí)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(duì)于廠內(nèi)溫度與煙霧濃度的變化沒有及時(shí)做出預(yù)警與感應(yīng)。由此可知，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)于廠內(nèi)生產(chǎn)與運(yùn)行環(huán)境的變化具有更高的監(jiān)控靈敏度。

4 系統(tǒng)應(yīng)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(qiáng)。該系統(tǒng)通過利用一個(gè)扇區(qū)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)若干個(gè)終端設(shè)備的有效連接，同時(shí)，對(duì)功耗較低的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有很好的兼容作用和支持作用；（2）穿透能力強(qiáng)。與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)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(shí)現(xiàn)對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)速度的最大化；（3）覆蓋區(qū)域廣。通常情況下，一個(gè)基站可以覆蓋的地域范圍達(dá)到了幾公里，為滿足工廠網(wǎng)絡(luò)訪問需求打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；（4）功耗低。在相關(guān)管理理念技術(shù)的應(yīng)用背景下，通過利用物聯(lián)網(wǎng)，可以延長該系統(tǒng)終端設(shè)備的待機(jī)時(shí)間，使得待機(jī)時(shí)間達(dá)到十年之久。

4.2 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析提高管理應(yīng)用水平

在智能傳感器的應(yīng)用背景下，通過利用物聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠活動(dòng)監(jiān)控等相關(guān)信息數(shù)據(jù)的全面采集和整理。同時(shí)，還能根據(jù)工廠的變化情況，開發(fā)出報(bào)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(shù)的應(yīng)用背景下，還可以精確評(píng)估和分析該系統(tǒng)的監(jiān)控效果，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能與控制功能的有效結(jié)合，提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和精準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(píng)價(jià)機(jī)制，為工廠有效管理相關(guān)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(xué)技術(shù)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(guān)注。從目前的技術(shù)角度進(jìn)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(yīng)用于工廠智能監(jiān)控設(shè)計(jì)管理中，不僅能夠使工作更為精細(xì)化，還能夠有效控制工廠運(yùn)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。