CN116088412B - 一种基于plc工业网关的可移动设备监测*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及PLC网关技术领域，公开了一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，本发明通过PLC网关进行改动或升级，在需要监测的可移动设备上安装设备传感器，能在不添加多余设备的情况下对设备进行可移动设备监测；各感知事件下还包括多种感知情况，解决了现有技术中只停留在一种维度的问题；通过对陀螺仪传感器采集的数据进行多维度分析，得到了设备震动、设备倾倒和设备受击的监测情况；巧妙结合相对距离数据和推测位置数据，当超出测量波动域时，选择在测量波动域边界上的边界点来对误差进行重置，从而解决叠加误差过大的问题。

Description

一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***

技术领域

本发明涉及PLC网关技术领域，具体涉及一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***。

背景技术

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。

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***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。

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。

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

发明内容

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***，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。

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；

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。

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；

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；

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；

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；

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。

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：

步骤A1：通过陀螺仪传感器采集可移动设备的角速度数据；

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；

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；

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。

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：

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；

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；

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。

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：

步骤B1：获取可移动设备的加速度数据；

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；

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；

步骤B4：对信号强度数据进行解析，得到相对距离数据；

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。

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：

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；

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；

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。

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：

获取上帧可移动设备的位置数据(x _tn-1 ,y _tn-1 )；

获取当前可移动设备的位移增量数据(Δx _tn ,Δy _tn )；

进行位移叠加，得到推测位置数据(x _tn-1 +Δx _tn ,y _tn-1 +Δy _tn )；

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 ]；

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；

通过测量波动域判断推测位置数据是否可信：

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；

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；

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。

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：

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；

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；

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；

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；

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。

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：

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；

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；

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；

工作感知事件通过如下步骤感知状态：

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；

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；

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。

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；

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。

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。

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。

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。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***结构图；

图2为本发明实施例提供的PLC监测平台构建并下发采集流程的流程图；

图3为本发明实施例提供设备移动的情况示意图；

图4为本发明实施例提供网关移动的示意图；

图5为本发明实施例提供同时移动的示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，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。

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；

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。

需要说明的是：现有的基于视频识别的移动设备监测方法存在部署成本高、训练时间长、涉及到的改动量大的问题，并且在监测维度上只停留在一种维度，无法全方面地为PLC控制工厂提供监测服务。

如图1所示，本实施例提供的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，该***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。

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。

作为更进一步的解决方案，如图2所示，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；

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；

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；

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；

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。

需要说明的是：PLC工业网关需要具备无线连接能力，可以采用专用PLC网关封装的方法进行部署，也可以采用对现有PLC工业网关下放升级包的方式进行部署；在一个具体的实施例中，采用专用PLC网关封装的方法进行部署：

该PLC工业网关基于JIC PLC的工业网关，支持用户通过操作界面快速的构建数据采集流程，包括数据采集、数据处理、数据接口、数据上传。数据采集支持采集JIC PLC，siemenss7,beckhoff等系列的PLC数据，并可任意组合采集。数据处理支持自定义计算，数据过滤，数据统计。数据接口支持发布TCP、OPC UA接口供第三方访问数据。数据上传支持将采集数据实时发布到MQTT等中间件。满足用户全方位的数据采集需求。在操作界面上用户能够查看整个采集流程的执行状态及各个功能的执行状态、功能的输入输出数据、功能执行的主要日志、功能的描述说明及配置描述说明。帮助用户了解使用采集流程的功能以及排查采集流程异常的原因。

例如：一个设备上存在三个控制器，分别为siemens s7 300,siemens s7 300,JICPLC,先在需要采集这个设备上的数据，并上传到mqtt中间件中，则添加两个siemens s7300的采集驱动和一个JIC PLC的采集驱动、一个mqtt上传的功能节点到基础流程中。第三步根据帮助提示填写配置并保存启动，选择对应的功能节点，配置功能配置，例如JIC PLC采集驱动需要配置JICPLC控制器的网络地址，配置完启动流程。第四步根据界面上的功能状态判断功能是否正常执行，如果是，则采集流程正常执行，如果否，根据界面上的显示的错误日志排查问题，直到界面上的功能状态显示为止。例如当JIC PLC采集驱动配置的网络地址无法连接，则会显示JIC PLC采集驱动功能异常，并显示造成异常的原因：网络地址xxx无法连接。

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：

步骤A1：通过陀螺仪传感器采集可移动设备的角速度数据；

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；

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；

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。

需要说明的是：该部分通过对单一数据进行处理，得到多维度数据，增加了数据监测的丰富度，扩展了监测维度。

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：

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；

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；

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。

需要说明的是：设备姿态会对设备正常运行造成影响，本实施例通过对陀螺仪传感器采集的数据进行多维度分析，得到了设备震动、设备倾倒和设备受击的监测情况。

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：

步骤B1：获取可移动设备的加速度数据；

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；

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；

步骤B4：对信号强度数据进行解析，得到相对距离数据；

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。

需要说明的是：对信号强度数据进行解析，得到相对距离数据为现有技术，如：RSSI测距法，但是由于PLC工业网关无法像雷达一样得到矢量信号，仅能得到信号强度，因此只能测量与可移动设备之间的相对距离；若要确定可移动设备的位置数据，则还需要结合可移动设备的位移增量数据，位移增量数据通过陀螺仪传感器得到，是具备矢量的数据。

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：

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；

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；

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。

需要说明的是：在对可移动设备进行位置监测时，我们希望它处在应该在的位置，即标准位置和设备标准分布；当设备标准分布与设备实时分布不匹配时，即发生了异常我们需要对异常的来源进行感知，并根据情况对移动位置进行更新，从而达到位置监测的效果。

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：

获取上帧可移动设备的位置数据(x _tn-1 ,y _tn-1 )；

获取当前可移动设备的位移增量数据(Δx _tn ,Δy _tn )；

进行位移叠加，得到推测位置数据(x _tn-1 +Δx _tn ,y _tn-1 +Δy _tn )；

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 ]；

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；

通过测量波动域判断推测位置数据是否可信：

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；

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；

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。

需要说明的是：本实施例的位置监测为二维位置监测，来自于陀螺仪传感器的矢量也是在X轴和Y轴方向的分量；对陀螺仪传感器的数据进行解析，能实现对可移动设备的位置进行较为准确的定位；但是由于位移增量数据来自于陀螺仪传感器的数据二次推导推，而不是直接测量得到；因此会存在误差叠加的情况产生，在误差叠加到一定程度后，会影响定位准确性。

本实施例巧妙结合通过信号强度测量得到的相对距离数据，该数据虽不是矢量，但是与真实距离直接相关，属于直接测量数据；通过该数据能对推测位置数据进行误差重置；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。

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：

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；

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；

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；

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；

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。

需要说明的是：以下示图均以大圆（相较而言）表示PLC工业网关所在位置，小圆代表可移动设备所在位置，实线代表当前的位置，虚线代表移动前的位置；如图3所述，当仅有设备移动时，我们可以通过图看到位置变化数据仅来源于位移增量数据，因此，通过位移增量数据便能对可移动设备的位置数据进行更新；如图4所示，当仅网关移动时，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；如图5所示，当同时移动时，则位置变化数据来自于两者移动叠加得到，并且我们能测得位移增量数据，因此，我们便能通过位移增量数据对可移动设备的位置数据进行更新；通过不匹配差值对网关当前位置进行更新。

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：

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；

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；

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；

工作感知事件通过如下步骤感知状态：

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；

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；

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。

需要说明的是：该状态监测通过和PLC控制器连接实现，是通过采集对应数据直接实现的；在此基础上，由于陀螺仪传感器大多数带有温度补充，即：存在内置温度传感器，因此我们还能监测工作温度过载异常。

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；

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。

需要说明的是：根据异常不同，通知对应的相关人员，可以起到快速解决异常，准确自动调度人员的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，其特征在于，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；

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；

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；位置感知事件通过如下步骤进行数据采集：

步骤B1：获取可移动设备的加速度数据；

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；

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；

步骤B4：对信号强度数据进行解析，得到相对距离数据；

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；

其中，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：

获取上帧可移动设备的位置数据(x _tn-1 , y _tn-1 )；

获取当前可移动设备的位移增量数据(Δx _tn ,Δy _tn )；

进行位移叠加，得到推测位置数据(x _tn-1 +Δx _tn ,y _tn-1 +Δy _tn )；

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 ]；

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；

通过测量波动域判断推测位置数据是否可信：

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；

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；

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。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，其特征在于，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；

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；

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；

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；

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。

3.根据权利要求1所述的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，其特征在于，姿态感知事件通过如下步骤进行数据采集：

步骤A1：通过陀螺仪传感器采集可移动设备的角速度数据；

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；

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；

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。

4.根据权利要求3所述的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，其特征在于，姿态感知事件通过如下步骤进行感知状态：

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；

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；

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。

5.根据权利要求1所述的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，其特征在于，位置感知事件通过如下步骤进行感知状态：

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；

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；

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。

6.根据权利要求5所述的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，其特征在于，异常来源通过如下步骤进行判断：

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；

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；

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；

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；

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。

7.根据权利要求2所述的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，其特征在于，工作感知事件的采集流程通过如下步骤执行：

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；

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；

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；

工作感知事件通过如下步骤感知状态：

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；

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；

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。

8.根据权利要求1至权利要求7任一项所述的一种基于PLC工业网关的可移动设备监测***，其特征在于，

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；

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。

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