CN109828513A - 一种化工生产巡控*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化工生产巡控***。这种化工生产巡控***实现化工厂区巡检工作，支持气体采集及气体危险判断功能，支持制导功能及自动巡检功能，用于采集分布设置在各厂区内及分布在厂区各区域内的数据采集节点的数据信息，通过在后台处理中心与巡控设备实现双向连接，达到了方便监控人员对化工反应设备周围环境监控的目的，从而大大方便了化工生产人员的化工生产；巡控设备不再依赖于单一的设备和技术，可大幅提高巡控设备定位的精度和可靠性，同时提高了扫描地图的识别和定位精度，使得巡控设备的自主移动更为准确高效可靠。

Description

一种化工生产巡控***

技术领域

本发明涉及过滤装置的技术领域，特别涉及一种化工生产巡控***。

背景技术

以数字化和网络化为核心的智能化技术是当前制造业技术革命的主要趋势，其正在深刻改变工业行业各个领域的发展态势。化工工业迫切需要高效、安全、环保的进行生产管理，智能化技术对提升石油化工行业安全生产、降本增效、绿色发展等将起到重要作用，因此，推进数字化、网络化和工业化深度融合已成为提升传统化工企业竞争力的必然要求。但是，上述将物联网应用于化工生产过程中仅解决了化工生产过程中单个环节的多物理参量监测和智能控制，存在监测功能、监测数据类型单一、数据采集传输速度慢、智能化程度低、界面不直观等。

开发实时在线监测、实用型的石化厂区有毒气体监测***对于推进我国石化厂生产自动化、智能化，安全化进程具有重要的意义，同时也具有很大的市场潜力。据调查，目前市场上迫切需要的是一种低成本、在线实时监控石化厂的气体温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳，风向风等环境石化厂区有毒气体监测设备。针对这一要求及我国石油化工企业生产遇到的气体泄漏问题，研究一种既符合我国石化厂生产条件，生产安全保障、技术上不低于国外同类产品的石化厂区有毒气体监测***是非常必要的。

设备巡视是化工生产运行维护过程中一项很重要的工作。工业巡检机器人是一款集合了远程控制、移动监控、安防报警功能于一体的智能机器人。工业巡检机器人适用于工厂、车站、机场、体育场馆、无人值守的机房、仓库等地。但是，现有的巡检机器人，功能比较单一，不能满足特定行业(如化工生产环境)的应用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以将不同化工生产设备的实时监测信息进行分析、交互以及远程控制，形成相互反馈的化工生产巡控***。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种化工生产巡控***，包括后台处理中心和巡控设备，所述巡控设备包括：

控制模块，用于接收其他模块发来的信息，并根据需要将收到的所述信息转给其他模块处理；

驱动模块，信号连接所述控制模块，包括由所述控制模块控制其移动的驱动马达；

导航***，根据所述巡控设备位置、电子地图和无线节点的位置完成室内引导；

传输模块，接收所述导航***和控制模块信息，并将所述信息发送至所述驱动模块和后台处理中心，与多个无线节点进行无线通讯，各节点分别记录各自的无线通讯连接信息；

传感器模块，与所述***后台处理中心实现双向信号连接，用于采集的化工厂区内的环境参数，分别感应温度信号、液位信号以及压力信号； 数据采集比较模块，与所述传感器模块双向连接，用于对温度信号、液位信号以及压力信号进行收集及比较设定值； 反馈模块，与所述控制模块信号连接，用于接收所述控制模块输出的控制指令，来进行相应的工作；

所述数据采集比较模块的输出端与所述反馈模块的输入端连接，且所述反馈模块的输出端与所述后台处理中心的输入端连接。

上述的化工生产巡控***，所述巡控设备还包括：

数据存储模块，信号连接所述控制模块，用于储存各类指令程序和数据；

功能操作模块，信号连接所述控制模块，用于供用户日常操作。

上述的化工生产巡控***，所述巡控设备还包括移动模块，所述移动模块包括驱动马达及设置于所述巡控设备底部的第一驱动轮、第二驱动轮、两个万向轮和差速器；所述驱动马达通过所述差速器驱动所述第一驱动轮和所述第二驱动轮，当两轮同速转动时，所述巡控设备直行，当两轮不同速转动时，所述巡控设备转向；所述万向轮用于维持所述巡控设备的平衡。

上述的化工生产巡控***，所述传输模块采用ZigBee模块；所述后台处理中心包括监控主机和ZigBee协调器，各数据采集节点和监视***分别通过所述ZigBee模块连接ZigBee协调器，ZigBee协调器连接监控主机。

上述的化工生产巡控***，所述导航***包括：

初始化模块，用于获取预设区域的初始地图信息和无线节点信息，并将无线节点位置和所述初始地图信息结合后与服务器同步；

定位模块，连接所述传输模块，用于根据第一类无线节点的连接信息确定当前位置信息，根据第二类无线节点的连接信息对当前位置信息进行校验；

修正模块，连接所述控制模块，用于将校验后的位置信息和当前扫描结果结合后与服务器同步更新地图信息。

上述的化工生产巡控***，所述导航***包括地图及位置测量模块，连接所述定位模块，所述用于扫描周围环境建立地图。

上述的化工生产巡控***，所述定位模块根据测量参数的不同，包括采用基于接收信号强度、基于到达角度和基于接收信号时间中至少一种方式进行所述校验。

上述的化工生产巡控***，所述无线节点包括：

连接模块，用于收发无线信号建立对应的无线连接；

通讯模块，连接所述连接模块，用于将无线连接信息传输给服务器；

电源模块，则保证节点的供电。

上述的化工生产巡控***，所述第一类无线节点为蓝牙和/或WIFI节点，所述第二类无线节点为UWB节点。

上述的化工生产巡控***，所述传感器模块包括湿度传感器DHT11、温度传感器DS18B20、二氧化碳浓度测量传感器MG811、HL-FS2电压型模拟输出风速传感器、HL-FX2电压型模拟输出风向传感器、可燃气体传感器MQ-2以及光学粉尘传感器GP2Y1010AU0F。

综上所述，本发明具有以下有益效果：这种化工生产巡控***实现化工厂区巡检工作，支持气体采集及气体危险判断功能，支持制导功能及自动巡检功能，用于采集分布设置在各厂区内及分布在厂区各区域内的数据采集节点的数据信息，通过在后台处理中心与巡控设备实现双向连接，达到了方便监控人员对化工反应设备周围环境监控的目的，从而大大方便了化工生产人员的化工生产；巡控设备不再依赖于单一的设备和技术，可大幅提高巡控设备定位的精度和可靠性，同时提高了扫描地图的识别和定位精度，使得巡控设备的自主移动更为准确高效可靠。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

一种化工生产巡控***，包括后台处理中心和巡控设备，所述巡控设备包括：

控制模块，用于接收其他模块发来的信息，并根据需要将收到的所述信息转给其他模块处理；

驱动模块，信号连接所述控制模块，包括由所述控制模块控制其移动的驱动马达；

导航***，根据所述巡控设备位置、电子地图和无线节点的位置完成室内引导；

传输模块，接收所述导航***和控制模块信息，并将所述信息发送至所述驱动模块和后台处理中心，与多个无线节点进行无线通讯，各节点分别记录各自的无线通讯连接信息；

传感器模块，与所述***后台处理中心实现双向信号连接，用于采集的化工厂区内的环境参数，分别感应温度信号、液位信号以及压力信号； 数据采集比较模块，与所述传感器模块双向连接，用于对温度信号、液位信号以及压力信号进行收集及比较设定值； 反馈模块，与所述控制模块信号连接，用于接收所述控制模块输出的控制指令，来进行相应的工作；

所述数据采集比较模块的输出端与所述反馈模块的输入端连接，且所述反馈模块的输出端与所述后台处理中心的输入端连接。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述巡控设备还包括：

数据存储模块，信号连接所述控制模块，用于储存各类指令程序和数据；

功能操作模块，信号连接所述控制模块，用于供用户日常操作。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述巡控设备还包括移动模块，所述移动模块包括驱动马达及设置于所述巡控设备底部的第一驱动轮、第二驱动轮、两个万向轮和差速器；所述驱动马达通过所述差速器驱动所述第一驱动轮和所述第二驱动轮，当两轮同速转动时，所述巡控设备直行，当两轮不同速转动时，所述巡控设备转向；所述万向轮用于维持所述巡控设备的平衡。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述传输模块采用ZigBee模块；所述后台处理中心包括监控主机和ZigBee协调器，各数据采集节点和监视***分别通过所述ZigBee模块连接ZigBee协调器，ZigBee协调器连接监控主机。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述导航***包括：

初始化模块，用于获取预设区域的初始地图信息和无线节点信息，并将无线节点位置和所述初始地图信息结合后与服务器同步；

定位模块，连接所述传输模块，用于根据第一类无线节点的连接信息确定当前位置信息，根据第二类无线节点的连接信息对当前位置信息进行校验；

修正模块，连接所述控制模块，用于将校验后的位置信息和当前扫描结果结合后与服务器同步更新地图信息。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述导航***包括地图及位置测量模块，连接所述定位模块，所述用于扫描周围环境建立地图。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述定位模块根据测量参数的不同，包括采用基于接收信号强度、基于到达角度和基于接收信号时间中至少一种方式进行所述校验。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述无线节点包括：

连接模块，用于收发无线信号建立对应的无线连接；

通讯模块，连接所述连接模块，用于将无线连接信息传输给服务器；

电源模块，则保证节点的供电。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述第一类无线节点为蓝牙和/或WIFI节点，所述第二类无线节点为UWB节点。

即首先以蓝牙或WIFI等方式区域定位，随后以UWB方式进行校验。蓝牙或WIFI定位时，将室内区域进一步划分为多个栅格，每个栅格中设置一个蓝牙或WIFI节点，巡控设备自身设置蓝牙或WIFI模块；UWB校验定位时，区域内固定设置多个UWB节点，巡控设备自身设置UWB标签。具体地，蓝牙或WIFI方式一般只在巡控设备与节点间建立单一连接，巡控设备在移动过程中分别与当前栅格中设置的节点建立连接，因而可简单地以建立连接的节点所对应栅格进行初步定位；而UWB方式可以精确计算距离和方位，因而以UWB精确定位结果进行二次校验。

其中，UWB技术是一种使用1GHz以上带宽且无需载波的先进无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百Mbit/s以上。由于不需要价格昂贵、体积庞大的中频设备，UWB无线定位***的体积小且成本低。而UWB***发射的功率谱密度可以非常低，甚至低于美国联邦通信委员会规定的电磁兼容背景噪声电平，因此短距离UWB无线电通信***可以与其他窄带无线电通信***共存。根据测量参数的不同，UWB定位的计算方式可采用基于接收信号强度、基于到达角度和基于接收信号时间中至少一种。

对于一个标签，其发出的脉冲信号分别到达至少两个节点的接收传感器，每个传感器接收信号时分别获得相应的物理量，两传感器可能有两个接收时间t1、t2，基于接收时间可以分别计算标签到两个传感器的距离，根据两距离的交集进一步计算出标签所在位置；或者两传感器可能有两个接收角度a1、a2，基于接收角度可以分别计算标签可能处于的方位，根据两方位的交集进一步计算出标签所在位置。实际情况中两传感器还可能有两个接收信号强度，基于信号强度同样可以分别计算标签到两个传感器的距离，随后计算标签所在位置。采用UWB技术实现定位，具有结构简单、隐蔽性好、保密性强、功耗低、多径分辨力强、数据传输率高、穿透能力强、定位精确、抗干扰能力强等优点，除可实现高效高精度的定位，更重要的是使得巡控设备的移动不仅仅依赖于扫描地图对物体的识别能力，提高了巡控设备的性能和可靠性。

在本发明的一个优选实施例中，基于接收信号时间的差值进行定位。采用一个独立时差计数器统一记录标签信号ω1、ω2、ω3到达各UWB节点BS 1、BS2、BS3等的时间差，利用时间差和节点间的差异即可计算出标签实际位置信息。采用该方式各节点间无须严格同步的参考时钟，避免了因参考时钟起点不同步带来的测量误差，从而在有效地提高定位精度的同时降低了***实现复杂度。

巡控设备移动时获取预设区域的初始地图信息和无线节点信息，并将无线节点位置和初始地图信息结合后发送服务器，与服务器同步；与多个无线节点进行无线通讯，各节点分别记录各自的无线通讯连接信息；根据第一类无线节点的连接信息确定当前位置信息，根据第二类无线节点的连接信息对当前位置信息进行校验；将校验后的位置信息和当前扫描结果结合后与服务器同步更新地图信息。

其中，多个节点的位置固定且已知，各节点位置和当前位置信息采用统一坐标系的坐标来表示和标注。

本发明的中，巡控设备在预设区域内移动测量生成预设区域的初始地图，同时各个无线节点的位置固定且已知，将节点位置和初始地图信息结合后同时发送至服务器进行同步。移动测量包括但不限于通过激光测距仪、摄像头、红外成像等至少一种传感器扫描周边环境。在一个室内活动区域中，原则上无线节点设置的数量和位置不受限制，只要在区域内均匀划分栅格且每个栅格设置1个蓝牙或WIFI节点、此外UWB 节点设置至少2 个以上即可，节点设置后保持其位置固定并对节点位置信息进行记录。

在进行定位或校验前，首先在地图中标注各节点位置，随后根据节点位置和无线连接信息来确定巡控设备在地图上的当前位置。本发明的优选实施例中，对于蓝牙或WIFI定位，将地图区域均分为栅格矩阵，各节点设置在各栅格中心，根据建立连接的节点信息获知其对应栅格即可进行初步定位。而对于UWB 定位，为简化计算模型，减少计算量，同时避免复杂环境对定位的干扰，将UWB节点固定设置在室内区域的四个角点，同时对巡控设备所携带的标签进行定位。定位时节点的固定位置和机器人的当前位置可以采用统一坐标系的坐标来表示和标注。此外，被定位的标签显然也不限于一个，通过标签ID的区别，本发明可同时对多个标签进行定位。

在获得巡控设备的当前位置信息后，进一步结合巡控设备对当前位置周边环境的扫描结果，判断已有的地图信息是否准确；若地图信息存在偏差，则同步更新巡控设备和服务器中的地图信息。由此，本发明通过多种无线技术混合定位，实现对巡控设备扫描地图的修正，从而提高了扫描地图的识别和定位精度。

同步更新地图信息包括：根据校验后的位置信息，进一步结合对当前位置周边环境的扫描结果，判断已有的地图信息是否准确；若地图信息存在偏差，则同步更新本地和服务器中的地图信息。

巡控设备的自主移动依赖于地图和自身位置来规划路径，其中地图的建立一般依赖于传感器对周边环境的感测，比如通过激光扫描获得环境中各标志物的位置和形状，而自身位置则依靠巡控设备的定位能力，现有技术的多种定位方式均是通过比对特定障碍物或标志物，过于依赖传感器对物体的识别能力，识别的正确率和设备成本很难有理想的平衡。随着无线通信技术的发展，无线设备的体积越来越小、成本越来越低，已可广泛应用于小型设备中提供快捷高效的无线服务。本发明的实施例中，在传感器扫描地图的基础上，利用多种无线技术结合实现巡控设备的室内定位，并根据定位结果进一步修正地图，从而大幅提高地图精度、识别正确率，同时提高了路径规划及移动的效率和可靠性。

进一步地，本发明一种化工生产巡控***的较佳的实施例中，所述传感器模块包括湿度传感器DHT11、温度传感器DS18B20、二氧化碳浓度测量传感器MG811、HL-FS2电压型模拟输出风速传感器、HL-FX2电压型模拟输出风向传感器、可燃气体传感器MQ-2以及光学粉尘传感器GP2Y1010AU0F。所述传感器模块配置有多个气体传感器，用于检测有害气体，对气检测的有害气体进行判断，并将判断结果及对应气体采集信息发送出去。

综上所述，这种化工生产巡控***实现化工厂区巡检工作，支持气体采集及气体危险判断功能，支持制导功能及自动巡检功能，用于采集分布设置在各厂区内及分布在厂区各区域内的数据采集节点的数据信息，通过在后台处理中心与巡控设备实现双向连接，达到了方便监控人员对化工反应设备周围环境监控的目的，从而大大方便了化工生产人员的化工生产；巡控设备不再依赖于单一的设备和技术，可大幅提高巡控设备定位的精度和可靠性，同时提高了扫描地图的识别和定位精度，使得巡控设备的自主移动更为准确高效可靠。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种化工生产巡控***，包括后台处理中心和巡控设备，其特征在于：所述巡控设备包括：

控制模块，用于接收其他模块发来的信息，并根据需要将收到的所述信息转给其他模块处理；

驱动模块，信号连接所述控制模块，包括由所述控制模块控制其移动的驱动马达；

导航***，根据所述巡控设备位置、电子地图和无线节点的位置完成室内引导；

传输模块，接收所述导航***和控制模块信息，并将所述信息发送至所述驱动模块和后台处理中心，与多个无线节点进行无线通讯，各节点分别记录各自的无线通讯连接信息；

传感器模块，与所述***后台处理中心实现双向信号连接，用于采集的化工厂区内的环境参数，分别感应温度信号、液位信号以及压力信号； 数据采集比较模块，与所述传感器模块双向连接，用于对温度信号、液位信号以及压力信号进行收集及比较设定值； 反馈模块，与所述控制模块信号连接，用于接收所述控制模块输出的控制指令，来进行相应的工作；

所述数据采集比较模块的输出端与所述反馈模块的输入端连接，且所述反馈模块的输出端与所述后台处理中心的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述巡控设备还包括：

数据存储模块，信号连接所述控制模块，用于储存各类指令程序和数据；

功能操作模块，信号连接所述控制模块，用于供用户日常操作。

3.根据权利要求1所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述巡控设备还包括移动模块，所述移动模块包括驱动马达及设置于所述巡控设备底部的第一驱动轮、第二驱动轮、两个万向轮和差速器；所述驱动马达通过所述差速器驱动所述第一驱动轮和所述第二驱动轮，当两轮同速转动时，所述巡控设备直行，当两轮不同速转动时，所述巡控设备转向；所述万向轮用于维持所述巡控设备的平衡。

4.根据权利要求1所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述传输模块采用ZigBee模块；所述后台处理中心包括监控主机和ZigBee协调器，各数据采集节点和监视***分别通过所述ZigBee模块连接ZigBee协调器，ZigBee协调器连接监控主机。

5.根据权利要求1所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述导航***包括：

初始化模块，用于获取预设区域的初始地图信息和无线节点信息，并将无线节点位置和所述初始地图信息结合后与服务器同步；

定位模块，连接所述传输模块，用于根据第一类无线节点的连接信息确定当前位置信息，根据第二类无线节点的连接信息对当前位置信息进行校验；

修正模块，连接所述控制模块，用于将校验后的位置信息和当前扫描结果结合后与服务器同步更新地图信息。

6.根据权利要求5所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述导航***包括地图及位置测量模块，连接所述定位模块，所述用于扫描周围环境建立地图。

7.根据权利要求6所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述定位模块根据测量参数的不同，包括采用基于接收信号强度、基于到达角度和基于接收信号时间中至少一种方式进行所述校验。

8.根据权利要求1所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述无线节点包括：

连接模块，用于收发无线信号建立对应的无线连接；

通讯模块，连接所述连接模块，用于将无线连接信息传输给服务器；

电源模块，则保证节点的供电。

9.根据权利要求8所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述第一类无线节点为蓝牙和/或WIFI节点，所述第二类无线节点为UWB节点。

10.根据权利要求1所述的一种化工生产巡控***，其特征在于：所述传感器模块包括湿度传感器DHT11、温度传感器DS18B20、二氧化碳浓度测量传感器MG811、HL-FS2电压型模拟输出风速传感器、HL-FX2电压型模拟输出风向传感器、可燃气体传感器MQ-2以及光学粉尘传感器GP2Y1010AU0F。