基于智能传感器网络的工业生产线监控系统.pdf

信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期基于智能传感器网络的工业生产线监控系统钟晓英(惠州市技师学院 广东 惠州 516023)【摘摘要要】为了方便对生产过程进行监控,设计了一种基于智能传感器的啤酒工业自动化系统,通过使用 ZigBee 网络结构和互联网技术,实现了对生产过程中温度的实时监测和控制。该系统采用了智能温度传感器,具有高精度、低功耗、无线传输等优点,并利用互联网与计算机相连,实现了远程监控和控制。在系统中,路由器起到了数据传输和网络连接的关键作用,ZigBee 协调器实现传感器节点的管理和控制,终端节点负责数据采集和传输。分析表明,该系统在啤酒生产过程中能实现温度的精确控制,降低生产成本。为工业自动化领域的应用提供了一种新的解决方案,并具有推广和应用的潜力。【关关键键词词】智智能能传传感感器器;网网络络传传输输;工工业业控控制制;温温度度监监测测【中中图图分分类类号号】TP279 【文文献献标标识识码码】A 【文文章章编编号号】1009-5624(2023)07-0246-030 引言随着科技的不断进步和工业自动化技术的广泛应用,啤酒工业作为一种重要的饮品生产行业,在全球范围内都得到了广泛的发展1。啤酒生产过程涉及多个环节,包括原料采购、酿造、发酵、灌装等,传统的生产方式存在许多局限性,如生产效率低、产品质量难以保障、能源消耗大等。因此,越来越多的啤酒生产企业开始引入智能传感器技术,以提高生产自动化水平,实现生产过程的智能化和高效化2。智能传感器作为一种集信息采集、数据处理和控制于一体的设备,能够对生产过程中的各种参数进行实时监测和控制,从而实现对生 产过程的 精确控制和 优化管理3-4。在智能传感器的基础上,工业自动化系统得以实现,实现了从生产计划到生产执行的全面智能化。啤酒工业自动化系统通过集成多个智能传感器设备,实现了生产过程的数据采集、传输和处理,从而实现了对生产过程的全面监控和控制。为了聚焦于智能温度传感器在啤酒自动化生产中的应用,通过实际案例分析了啤酒生产过程中温度控制的重要性。温度是啤酒生产中一个关键的参数,直接影响到啤酒的口感、品质和稳定性。合理的温度控制可以提高啤酒的品质、降低生产成本、提高生产效率,并减少生产过程中的能耗和环境污染。本次设计了一种基于智能传感器的工业自动化系统,该系统通过无线传感器网络实现了对啤酒生产过程中温度的实时监测和控制。系统包括了路由器、协调器和终端节点,其中路由器用于构建 ZigBee 网络,协调器作为核心控制节点负责对整个系统进行集中管理和控制,终端节点则负责数据的采集和传输。在系统设计中,采用了先进的智能传感器技术,包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器等,用于实时监测啤酒生产过程中的温度等参数。同时,系统通过互联网和 通用分组无线业务(general packet radio service,GPRS)实现了远程监控和控制,使得操作员可以通过计算机和液晶显示器(liquidcrystal display,LCD)对生产过程进行实时监控和调整,提高了生产的自动化程度和管理效率。1 啤酒生产和温度控制啤酒的生产环节主要包括酿造、发酵、熟化和灌装等。其中,温度对酵母的生长、发酵活性、产生的口感和香气等都有着重要影响。酿造是将麦芽转化为糖和其他化合物的过程。在酿造过程中,温度控制对麦芽的淀粉酶活性和糖化过程起着关键作用。温度过高或过低都会影响糖化酶的活性,从而影响糖的产生和发酵过程的效果。发酵是将糖转化为乙醇和二氧化碳的过程。发酵过程需要控制合适的温度,以确保酵母能够在最适温度范围内活跃地进行发酵。过高或过低的温度都会对酵母的生长和发酵活性产生负面影响,从而影响到啤酒的发酵速度、产生的乙醇含量、口感和香气等。熟化是在发酵后将啤酒保持在合适的温度下进行陈化和储存的过程。在熟化过程中,温度控制对啤酒的口感、香气和稳定性等有着重要影响。合适的温度能够促使啤酒中的化学反应发生,形成独特的风味和口感。灌装是将熟化后的啤酒装入瓶子或罐子中的过程。在灌装过程中,温度控制对啤酒的细菌污染、气味和味道的保持起着关键作用。温度过高可能导致细菌生长,从而影响啤酒的质量和稳定性。因此,温度控制在啤酒生产过程中的重要性不可忽视。合适的温度能够保障酵母的活性,促进发酵过程,确保啤酒的口感、香气和质量稳定性。2 总体设计框架基于智能传感器网络的啤酒生产线监控网络系统包含计算机、网络服务和无线传感器网络三部分,如图 1 所示。这三部分协同工作,实现了对啤酒生产过程中温度的实时监控和管理。智能温度传感器通过路由器和协调器将温度数据传输到计算机,计算机通过互联网与无线传感器网络通信,实现对温度数据的实时处理、分析和控制策略的生成。计算机可以通过互联网远程访问无线传感器网络,实现对啤酒生产过程中温度的远程监控和管理,及时发现温度异常并生成报警信息,从而实现对温度的精确控制和管理,确保啤酒生产过程中的质量和稳定性。首先计算机作为整个系统的核心,负责数据处理、分642信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期图 1 监控系统设计思路示意图析和控制策略的生成。计算机通过连接互联网,与无线传感器网络进行通信,接收从传感器中采集到的温度数据。计算机利用先进的数据处理和分析技术,对传感器采集到的温度数据进行实时处理,生成温度趋势图、报警信息和控制策略。其次网络服务作为信息传输的通道,连接计算机和无线传感器网络,负责实现数据的传输和远程访问。网络服务通过 Internet 和 GPRS 网络5实现计算机与无线传感器网络之间的数据传输。计算机通过网络服务与传感器网络进行实时通信,发送控制策略和接收温度数据,从而实现对啤酒生产过程中温度的远程监控和管理。最后无线传感器网络作为实时监测温度的关键部分,包括路由器、协调器和智能温度传感器。路由器负责无线传感器网络的数据传输和组网管理,协调器作为传感器网络的中心节点,负责与计算机和其他传感器节点的通信,智能温度传感器负责在啤酒生产过程中实时采集温度数据。3 智能传感器网络结构智能传感器网络的结构基础是 ZigBee 网络,它主要由路由器、ZigBee 协调器和终端节点构成。在 ZigBee 网络中,路由器负责数据包的传输和网络拓扑的管理。路由器通过转发数据包,将数据从源节点传输到目标节点,从而实现无线传感器网络中的数据通信。路由器还负责网络拓扑的管理,包括路由表的维护和网络路由的选择,确保数据包能够通过最佳的路径传输,从而提高网络的稳定性和可靠性。ZigBee 协调器作为传感器网络的中心节点,负责网络的管理和协调。它负责协调传感器节点的通信,包括数据的收集、传输和处理。ZigBee协调器还负责网络的组网管理,包括网络的初始化、维护和配置。它与路由器之间进行通信,控制路由器的行为,从而实现整个传感器网络的管理和控制。终端节点是传感器网络中的传感器节点,负责采集环境参数数据,例如温度、湿度、光照等,并将采集到的数据通过路由器和协调器传输到目标节点。这三部分协同工作,实现了智能传感器网络的功能。路由器通过传输数据包实现节点之间的数据通信,协调器作为中心节点负责网络的管理和协调,终端节点负责采集数据并执行任务。(1)终端节点ZigBee 网络的终端节点主要包括传感器模块和数据采集传输模块,其中传感器模块负责采集环境参数数据,包括多个温度传感器,数据采集传输模块则包括微处理器和射频模块,负责对采集到的数据进行处理和传输,如图2 所示。图 2 终端节点示意图传感器模块是终端节点中的重要部分,负责采集环境参数数据,例如温度、湿度、光照等。在基于智能传感器的啤酒工业自动化系统中,温度传感器是其中的关键部分,用于实时监测和记录啤酒生产过程中的温度数据。传感器模块通过温度传感器采集到的数据,可以提供给数据采集传输模块进行处理和传输。数据采集传输模块是终端节点中的核心部分,包括微处理器和射频模块。微处理器负责对传感器模块采集到的数据进行处理,例如数据的存储、计算、编码等,从而将处理后的数据准备好传输。射频模块负责数据的传输,将处理后的数据通过 ZigBee 网络中的无线通信方式传输到协调器或路由器,实现数据的传输和通信。这两部分在终端节点中相互搭配工作。传感器模块通过采集温度传感器等环境参数数据,将数据传输给数据采集传输模块。数据采集传输模块通过微处理器对采集到的数据进行处理,例如存储、计算等,然后通过射频模块将处理后的数据传输到协调器或路由器。这样,终端节点通过传感器模块和数据采集传输模块的协同工作,实现了对环境参数数据的采集、处理和传输,为啤酒生产线监控网络系统提供了可靠的数据基础,从而实现了温度等环境参数的实时监控和管理。(2)路由器在基于智能传感器的啤酒工业自动化系统中,路由器作为 ZigBee 网络的一部分,扮演着重要的作用。路由器作为 ZigBee 网络中的中继节点,负责接收终端节点(包括传感器模块和数据采集传输模块)传输过来的数据,并将数据转发给其他路由器或协调器。这样,路由器可以将数据从终端节点传递到网络中其他节点,实现数据的中继和传输。另外,路由器可以负责管理整个 ZigBee 网络的拓扑结构、网络配置、路由选择等,保障网络的稳定运行。路742信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期由器可以根据网络的变化动态地调整路由路径,确保数据的快速传输和高效管理。(3)协调器ZigBee 协调器是核心控制节点,包括电源、处理器、LCD 显示器、无线通信模块和 GPRS 模块等多个部分,如图 3 所示。各部分协同工作使得协调器能够实时监控和控制整个啤酒生产线,包括对传感器节点的数据采集、数据处理、指令生成和控制指令的传输,同时通过 GPRS 模块与互联网进行通信,实现远程监控和控制,从而实现啤酒生产过程的自动化管理和控制。通过 LCD 显示器,操作员可以实时监视系统的运行状态和相关参数,对生产过程进行及时调整和控制,提高生产效率和质量。电源提供了协调器所需的电力供应,确保协调器的正常运行和稳定性。处理器是协调器的核心控制单元,负责对整个系统的各项功能进行集中管理和控制。处理器通过处理传感器节点上传的数据,进行数据处理和分析,生成相应的控制指令,并通过 LCD 显示器进行显示,实现对啤酒生产过程的监控和控制。无线通信模块是协调器与终端节点之间的数据传输通道,通过与终端节点(包括终端节点中的传感器模块和数据采集传输模块)进行无线通信,实现对传感器节点的数据采集、传输和控制。GPRS模块是协调器与互联网之间的通信模块,通过 GPRS 网络实现协调器与互联网的连接。协调器通过 GPRS 模块与远程服务器进行通信,实现远程监控和控制,从而实现对啤酒生产线的远程管理和控制。图 3 ZigBee 协调器结构示意图4 分析与讨论该系统通过无线传感器网络实现了对啤酒生产过程中温度的实时监测和控制。分析表明,该系统通过使用先进的智能传感器技术,实现了对啤酒生产过程中温度等参数的实时监测和控制,可以保障啤酒的品质和稳定性;通过无线传感器网络和互联网的结合,实现了对啤酒生产过程的远程监控和控制,减少了人工干预,提高了生产效率和管理效果;通过精确的温度控制,可以减少能源的浪费,降低生产成本,并减少对环境的负面影响,从而实现了节能环保的目标;通过计算机和 LCD 显示器等设备,操作员可以实时监控和调整生产过程,提高了操作的便捷性和实时性,减少了人工操作的复杂性。然而,由于系统中包含了较为复杂的硬件设备和通信网络,系统的建设和维护成本相对较高,可能对一些中小型企业的实施造成一定的经济压力;系统涉及智能传感器技术、无线传感器网络和互联网通信技术等多个领域,需要具备较高的技术实力和专业知识,对于一些缺乏相关技术能力的企业来说,可能面临技术难题;无线传感器网络和互联网通信可能存在安全性风险,如数据泄露、网络攻击等,需要采取相应的安全措施保护系统的数据安全和隐私;受限于传感器的精度和可靠性:智能传感器的精度和可靠性直接影响到系统的监测和控制效果,如果传感器的性能不稳定或者受到环境干扰,可能影响系统的准确性和稳定性。总之,基于智能传感器的啤酒工业自动化系统在提高生产效率和品质的同时,也面临着成本较高、技术要求较高、安全性风险和传感器性能限制等方面的挑战。5 总结综上所述,本文提出的基于智能传感器的工业自动化系统架构包括计算机、互联网和无线传感器网络三部分,其中无线传感器网络采用了 ZigBee 网络结构,包括路由器、协调器和终端节点。该系统通过使用先进的智能传感器技术,能实现对啤酒生产过程中温度等参数的实时监测和控制,从而提高了生产效率和品质。然而,该系统也存在成本较高、技术要求较高、安全性风险和传感器性能限制等挑战。因此,在实施过程中,需要综合考虑系统的优点和缺点,并采取相应的措施来确保系统的稳定性和可靠性。未来,随着智能传感器技术的不断发展和应用,基于智能传感器的啤酒工业自动化系统有望在提高生产效率和品质的同时,进一步优化系统性能,降低成本,并实现更加智能化和可持续发展的啤酒生产。【参考文献】1 王春霞,刘云朋.基于光纤传感的工业生产线智能装配系统J.红外与激光工程,2022,51(10):224-229.2 徐薇.基于改进主元分析的啤酒发酵系统故障诊断研究D.哈尔滨:哈尔滨理工大学,2019.3 孟峰,张磊,赵子未,等.基于物联网的智能传感器技术及其应用J.工矿自动化,2021,47(S1):48-50.4 王泳鋆,杨志红,贾蒙蒙.智能传感器在物联网中的应用探究J.中国新通信,2022,24(4):74-76.5 王志辛,高倩,魏磊.基于 GPRS 模块的无线通信系统设计J.数字通信世界,2019(6):60.作者简介:钟晓英(1982),女,广东惠州,本科,讲师,研究方向:电气自动化、电工。842