基于物联网的场站设备智能监控技术研究

2021-12-23谢维军张家铭张鞍豪

工程与建设 2021年5期

谢维军,张家铭,张鞍豪

(中国建筑土木建设有限公司，北京 100071)

0 引言

物联网简称“万物互联”，让数据共享更加容易，简化了我们的生活，提高了生活质量。物联网通过射频识别(radio freyueney identificatim，RFID)技术与场站设备相连，实现智能监控系统的实时管理，通过对场站设备与智能监控系统的结合，实现设备与信息互联，形成可共享可交换的网络系统进行信息的传递[1]。

1 物联网的组成

物联网有三个层次结构：设备信息的输入、通信网络、信息的监控处理，如图1所示。

图1 物联网的结构

其中设备信息的输入层将设备已知的信息通过设备传感器对于设备的基本信息进行采集，通信网络层通过各节点和RFID识别器实现信息的传递，信息的监控处理层是对所采集到的数据进行分析融合，也是设备智能监控技术的核心部件，实现智能化的应用。三个层次的相互配合，实现了设备与物联网之间的交流。从各个层次上看，系统主要包括传感技术和识别技术，利用了物理的基本知识完成了设备信息采集、电磁感应、识别技术等；网络通信技术实现了远距离低成本、低损耗通信，构成了信息交流中心，负责传递采集和处理的信息；智能监控技术对网络层传来的信息进行分析处理，实现信息间的监控管理[2]。

2 RFID射频技术

RFID射频技术利用无线射频电波实现远距离监控、识别、定位，如图2所示。RFID射频技术利用光的反射与电磁波相结合，彻底解决了远距离、超低功耗、高容量的标识物的识别和追踪定位难题，具有寿命长、读取数据大、数据可加密、能远距离操控等优点，还能对设备内高速移动的物体进行识别，直接判断出设备出现的故障。

图2 RFID射频技术工作过程

RFID射频技术由天线、读取器和感应标签三部分组成，设备的基本信息运用读取器进行图取，通过网络通信进行数据传输，经读写模块儿将数据进行加工处理，再输出到射频模块通过天线进行能量时钟数据的输入至感应标签的天线中，在经射频模块进行感应输送到控制模块，对设备进行操控，若感应标签接收到读取器的指令无法实行时，需要对数据进行分析判断，是否在监控管理过程中指令全部送达，若感应标签无异常的数据存储到存储器中，将对设备操控的信号进行原路返回，实现了设备的感应过程[3]，如图3所示。

图3 RFID射频技术工作原理

3 场站设备智能监控技术

3.1 智能监控系统的功能需求分析

场站是重要能源生产运行和存储的基础设施，通常建设于地势较为平坦，树木稀少远离人群密集的地区。由于物联网技术发达，总体监控容易发生故障，将场站设备智能监控系统划分为独立部分，能够在小区域内报警，再将独立部分组合在一起，在遇到非法入侵时形成联动报警；也能实现日常执勤巡逻人员相互识别；避免天气恶劣或小动物闯入造成误报。由此基于物联网的场站设备智能监控系统按其功能结构应该分为设备检测平台、远程监控中心、无线通信网络三大部分，如图4所示。

图4 场站设备智能监控系统结构

3.2 远程监控中心的功能和需求

远程监控中心只能对设备进行远程遥控，对异常的数据进行分析处理，若设备发生故障时必须进行现场作业。远程监控中心通过每个区域发送出来的实时数据对设备进行管理和控制。除此之外，为了完善远程监控中心应建立防护安全基地、公共安全、防火预警等部门，实现小区内联动报警，提高场所设备检修效率。

要实现系统场所检修平台应具备以下功能：

(1)联动报警:应设立监管部门、消防部门、运输道路交通管理等实现联动报警平台，当设备出现故障时进行应急抢修。

(2)设备监控：通过传感器感应装置，对设备进行实时监控，实现每个区域都能全能预警。

(3)数据存储：每个区域都应设置数据库，能够安全地储存设备发出的状态数据，方便查处异常数据的来源，加快对设备安全水平的分析。

(4)应急值守：在场所设备周围设置值班室，方便对设备的现场监控以及应急抢修，确保监控功能有序地进行。

4 场站设备智能监控技术工作过程

监控系统以计算机技术为基础，通过物联网进行整体控制，形成智能监控系统。监控系统主要包括四大功能:

(1)主要对设备信息进行采集、对场所设备环境进行自动检测、远程控制功能。设备数据的自动采集实现了对设备周围环境变化、压强等信息的采集和报警。

(2)物联网对物联设备的工作状态进行精确的记录，能够对设备的运行速度与稳定性进行绝对的平衡分析、提高设备的运行速度利用计算机系统进行更好的操控并优化，在单位时间内使功率达到数据传输的最大化，通过监测系统的流程实时图有数据显示。

(3)数据传输子系统对数据具有实时传输功能，将为编码数据进行重新量化编码，考虑设备所处的环境与监控系统网络现状，进行自动检测通信连接。

(4)设备管理子系统对设备进行实时的监控分析并进行报表，通过传感器传输的灵敏度、设备的使用情况，进行可视化的数据管理，如图5所示。

图5 物联网中无线传感器结构

场站设备智能监控系统主要采用传统的嵌入式系统设计方法，以计算机为核心，安装状态感知系统、存储模块、设备中央处理器系统和分区域小型中央处理器系统实现物联网的场站设备智能监控。状态感知子系统物联网的连接节点中，主要负责设备实时状态的感知，并将所感知到的数据发送到小型中央处理器系统节点，经数据加工整合发送到中央处理器系统。在状态感知子系统中，需要感知设备所处的环境(温度、压强、湿度)、设备能否正常工作、设备是否超负荷工作；物联网传输的状态信息包括设备的RFID是否能正常标识、能否测量出高速运转的设备运行的速率信息，并对数据传输的位置进行实时的感知定位。为了实现无线传感网络的实时设备的智能监控，在小型中央处理器中需要构建汇聚节点，连接无线网络和设备终端，将数据以数据包的形式进行传送至中央处理器，完成对小型中央处理器中各节点数据的采集，加快采集和发送速度，提高机器的整体运行速率。存储模块是存储场站设备信息重要模块，包含动态存储模块和静态存储模块，动态存储模块与CPU具有相同的时钟频率，通过人工筛选或机器自动处理对需要的数据进行保存，对于异常数据进行报警处理。静态存储模块具有数据保存时间长、容量大、价格低、功耗小的特点。当智能监测系统发生报警时，通过将异常数据和静态存储模块中数据进行对比，找出异常数据进行恢复。