基于物联网技术的智能散状物料带式输送系统的远程监控与管理研究.pdf

1现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 5 期2024 年 3 月Vol.3 No.5Mar.2024基于物联网技术的智能散状物料带式输送系统的 远程监控与管理研究金从兵湖北凯瑞知行智能装备有限公司，湖北武汉 430050摘 要：研究了基于物联网技术的智能散状物料带式输送系统的远程监控与管理，旨在实现对带式输送系统的远程监控和智能化管理，以提高效率和可靠性。为实现此目的，首先分析了物联网技术及其在带式输送系统中的潜在应用；其次设计了带式输送系统的物联网技术框架，进一步构建了远程监控与管理系统。研究结果显示，物联网技术在实现智能散状物料输送系统中具有高度的可行性和效率。最后讨论了实现过程中的关键技术和创新点，为该领域的进一步研究提供了有价值的参考。关键词：物联网技术；带式输送系统；远程监控；数据处理与分析；智能散状物料输送系统中图分类号：TP277 文献标识码：AResearch on Remote Monitoring and Management of Intelligent Bulk Material Belt Conveyor System Based on Internet of Things TechnologyJin CongbingHubei Creating Zhixing Intelligent Equipment Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430050Abstract:Mainly studied the remote monitoring and management of intelligent bulk material belt conveyor system based on Internet of Things technology,aiming to achieve remote monitoring and intelligent management of the belt conveyor system,in order to improve efficiency and reliability.To achieve this goal,the Internet of Things technology and its potential applications in belt conveyor systems were first analyzed;Secondly,an IoT technology framework for the belt conveyor system was designed,and a remote monitoring and management system was further constructed.The research results show that the implementation of the Internet of Things for intelligent bulk material transportation systems is highly feasible and efficient.Finally,the key technologies and innovative points in the implementation process were discussed,providing valuable references for further research in this field.Keywords:Internet of Things technology;belt conveyor system;remote monitoring;data processing and analysis;intelligent bulk material conveying system作者简介：金从兵（1968），男，湖北凯瑞知行智能装备有限公司总经理，研究方向为智慧化燃煤输送系统。1 引言随着工业4.0和物联网技术的深入发展，传统制造业正在朝着数字化、网络化和智能化的方向转型。带式输送系统作为散状物料输送的重要设备，在许多行业中得到了广泛应用，如煤矿、港口、化工等。然而，由于其操作环境复杂，监测设备状态困难，一旦发生故障可能导致重大的经济损失。因此，对带式输送系统进行有效的监控和管理具有重要的实践意义。2 物联网技术在带式输送系统中的应用现状目前，物联网技术在带式输送系统中的应用已经取得了初步的成果。通过安装在设备上的各类传感器，可以实时监控输送带的运行状态，如运行速度、负载情况、运行温度、振动情况等，并通过物联网技术将这些数据传输到远程监控中心，实现对设备的实时监控和故障预警。此外，通过分析收集到的大量运行数据，可以进行更加精准的维修决策和优化操作，提高设备的运行效率和使用寿命1。然而，物联网技术在带式输送系统中的应用也面临一些挑战，主要包括数据安全和隐私保护问题、管理大规模设备的复杂性、不同设备间的互操作性以及物联网技术和设备更新换代的成本问题等。解决这些问题，需要从技术、管理和制度等多方面进行努力。22024 年 3 月第 3 卷第 5 期现 代 工 程 科 技23 带式输送系统的物联网技术设计3.1 系统的整体架构设计带式输送系统的物联网技术设计包括多个部分，整体架构设计是其中的核心。整体架构主要由4个部分组成：传感器层、网络传输层、数据处理层和应用层，如图1所示。图1 带式输送系统物联网技术设计整体架构图（1）传感器层。主要由各种传感器和执行器组成，如温度传感器、振动传感器、负载传感器等。这些传感器被安装在输送带上的各个关键位置，用于实时监测设备的运行状态，并将这些数据转换为电信号。（2）网络传输层。负责将从传感器层收集到的电信号转换为数字信号，并通过物联网技术将这些数据传输到数据处理层。常见的网络传输技术有无线局域网（WLAN）、蜂窝网络（4G/5G）、低功耗广域网（LP-WAN）等。（3）数据处理层。主要包括数据接收模块、数据存储模块、数据处理模块和数据分析模块。数据接收模块负责接收网络传输层传输的数据，并将数据传送到数据存储模块进行存储。数据处理模块负责对存储的数据进行清洗、整合、归一化等预处理。数据分析模块负责对预处理后的数据进行分析，如故障预测、设备性能评估、优化决策等2。（4）应用层。主要包括监控界面、报警系统、决策支持系统等。监控界面可以将设备的运行状态以图形化的方式展示给操作人员，帮助他们了解设备的实时运行情况。报警系统可以在设备出现异常时发出警报，提醒操作人员及时处理。决策支持系统可以根据数据分析的结果，为操作人员提供优化决策的建议。3.2 传感器的选择与部署在智能散状物料带式输送系统的物联网技术设计中，传感器的选择与部署是非常关键的。传感器类型如表1所示。表1 传感器的选型与部署传感器类型型号性能参数部署位置温度传感器PT100测量范围：200 850马达和减速器外壳上振动传感器VB-8201HA测量范围：0.1 200m/s马达和减速器轴承处负载传感器DS3测量范围：0 2000kg皮带载荷区位移传感器DS600测量范围：0 1000mm皮带松紧度调节部分（1）选择适当的传感器是非常重要的。传感器必须能准确、可靠地测量和监控带式输送系统的关键运行参数，如温度、振动、负载和位移等。例如，温度传感器PT100测量范围宽（200850），能够准确地监测马达和减速器的工作温度，防止因设备过热导致的故障；震动传感器VB-8201HA则可以实时监测设备的振动状态，及时发现并处理轴承损坏、设备失衡等问题。（2）传感器的部署位置也非常关键。传感器需要安装在最能反映设备状态和运行条件的位置。例如，温度传感器和振动传感器需要安装在马达和减速器的关键部位，以实时监测这些设备的运行状态；负载传感器需要安装在皮带载荷区，以监测皮带的载荷变化，实时了解物料的输送情况；而位移传感器则需要安装在皮带松紧度调节部位，以及时监测皮带的位移变化。3.3 数据采集与通信模块设计在智能散状物料带式输送系统的物联网技术设计中，数据采集和通信模块的设计是至关重要的。数据采集模块负责收集来自各种传感器的数据，而通信模块则负责将这些数据传送到中央控制系统或云端服务器。数据采集模块可以采用微控制器（如Arduino）实现。假设部署有n个传感器，每个传感器i在时间t输出的数据为xi(t)。数据采集模块需要对这些数据进行A/D转换（模拟信号转数字信号），并进行初步的数据处理，如滤波和放大。假设A/D转换和初步处理的函数为f，那么数据采集模块输出的数据为yi(t)=f(xi(t)。通信模块则可以采用无线通信技术（如Wi-Fi）来实现。假设通信模块的传输函数为g，那么数据在传输过程中可能会受到噪声n(t)的影响，因此，中央控制系统或云端服务器接收到的数据为zi(t)=g(yi(t)+n(t)。为了确保数据的可靠传输，需要设计适当的错误检测和纠正算法，如CRC或校验和3。为了实现数据采集与通信模块设计，可以采取如图2所示的代码，这段代码首先连接到指定的WiFi网络，数据接收模块3金从兵：基于物联网技术的智能散状物料带式输送系统的远程监控与管理研究智慧科技然后在主循环中，每分钟读取传感器数据并发送到服务器。图2 数据采集与通信模块代码示例图4 远程监控与管理系统设计4.1 远程监控平台设计远程监控平台设计是实现物联网技术在带式输送系统中应用的关键环节。该平台通常由数据接收与处理模块、数据库模块、后端逻辑处理模块和前端用户界面模块等部分构成。（1）数据接收与处理模块。该模块负责从物联网设备接收数据，通常需要实现与物联网设备的通信协议，如MQTT、CoAP等。接收到的数据一般需要进行解析、转换和验证等处理，以适应后续处理和存储的需要。对于需要实时响应的场景，如报警、故障等，可能还需要具备实时数据处理和响应的功能。（2）数据库模块。接收并处理过的数据需要存储起来，供后续的数据分析和用户查询使用。通常需要设计并生成一个适应于物联网数据特性的数据库，如时序数据库。数据库需要考虑数据的存储效率、查询性能、数据安全性和可扩展性等因素。（3）后端逻辑处理模块。该模块主要负责实现业务逻辑，如数据分析、预测、决策支持等。这部分可能涉及一些数据处理和计算的算法，如数据挖掘、机器学习、优化算法等。此外，对于需要实时控制的场景，可能还需要实现实时控制逻辑4。（4）前端用户界面模块。该模块负责与用户交互，包括展示数据、接收用户命令等。用户界面需要友好、直观，能够清晰地展示数据和状态，易于用户操作和控制。此外，对于需要移动或者远程操作的场景，可能还需要设计并生成移动端或者Web端的用户界面。4.2 信息呈现与操作界面设计信息呈现与操作界面设计是远程监控与管理系统的重要组成部分，直接影响到用户的使用体验和工作效率。一套良好的用户界面，应该既能清晰、直观地展示出数据信息，也能简单、快捷地完成各种操作任务。在信息呈现方面，可以利用表格、图表（如曲线图、柱状图、饼图等）、仪表盘等多种形式，展示各种实时数据、历史数据、预测结果等，如图3所示。具体的展示形式应根据数据的特性和用户的需求来选择5。例如，对于时间序列数据，可以采用曲线图进行展示；对于设备的运行状态，可以采用仪表盘进行展示。在操作界面设计方面，应考虑到用户的使用习惯和工作流程，设计出直42024 年 3 月第 3 卷第 5 期现 代 工 程 科 技4观易用的操作界面。界面上应包含各种必要的功能按钮和菜单，如数据查询、参数设置、控制指令发送、报警处理等。同时，为了提高用户的工作效率，还应提供辅助功能，如数据导出、信息搜索、帮助文档等6。通过优秀的信息呈现与操作界面设计，可以使用户快速理解系统的运行状态，准确判断问题，及时做出正确的决策，从而提高整个带式输送系统的运行效率和稳定性。图 3 信息呈现与操作界面示例 UI 图5 结语本文通过细致地研究和设计，构建出一套完整的物联网技术方案，以实现系统的智能监控和远程管理，内容主要包括传感器的选择与部署，数据采集与通信模块的设计，以及远程监控平台的建立等。应用物联网技术不仅实现对散状物料带式输送系统的实时监控和远程管理，提高系统的运行效率，还通过数据分析，为系统优化提供决策支持，显著提高了系统的智能化水平。参考文献1 曾飞,张琪,解泽洋,等.基于物联网的大型带式输送机智能监控系统J.南通大学学报(自然科学版),2017,16(2):12-16.2 李莉,曹红英.基于物联网的输煤设备监测系统设计J.煤炭技术,2022,41(4):189-192.3 叶涛,王起,张弛.带式输送机可视化监测系统研究与实现J.起重运输机械,2022(19):42-46.4 李林浩.矿用带式输送机速度智能控制系统的设计与实践J.机械研究与应用,2021,34(2):176-177,180.5 张志强.物联网在主胶带运输系统中的应用J.山东煤炭科技,2019(7):201-202,207.6 欧阳文华.基于物联网技术的装备自动对接系统研究与应用D.大连:大连海事大学,2016.