物联网解决方案：智能垃圾箱

随着中国经济的发展，交通设施的不断完善，外出 旅游 的人越来越多。景区的环境治理工作难度也越来越大。随着游客剧增，景区垃圾翻番，环卫工人工作量大幅增加，景区也面临着垃圾处理等方面的压力。景区智能垃圾箱的出现，解决了游客不愿将垃圾扔进垃圾桶、景区管理不善、垃圾桶大小和垃圾分类投放等多种问题。

智能垃圾箱

那么，和传统垃圾箱相比，智能垃圾箱都有哪些功能呢？

满桶提示： 垃圾装满时蜂鸣器报警提示，并不再开门，若有人开门则语音提示垃圾桶已满，可发送信息至垃圾管理中心和环卫工人处。

垃圾称重： 垃圾重量实时监控，可发送信息至垃圾管理中心和环卫工人处。

自动开门： 红外感应/按钮开门，10秒后自动关门，带防夹手功能。

语音提示： 开门/关门等语音提示，广告和通知的语音循环播放。

监控系统： 与控制中心联网，用于防止有人蓄意破坏垃圾箱，同时也作为 社会 安全监控使用。

烟雾报警： 当垃圾桶内发生明火时自动火警蜂鸣器警报，可发送信息至垃圾管理中心和环卫工人处。

灭火装置： 当垃圾桶内发生明火时自动触发液体灭火装置，直至明火熄灭。

联网功能： 使用无线功能，垃圾站连接控制中心，控制中心负责采集、接收和管理垃圾站相关信息。

太阳能充电： 利用太阳能为智能垃圾箱提供电力，节约环保。

物联网解决方案

智能垃圾桶主要由智能回收终端设备、运维端APP/小程序、后台管理系统三部分构成：

智能回收终端：

智能回收终端包括：太阳能板，4G/WIFI通信控制主板，装有各种传感器，可以感知垃圾重量，垃圾体积，烟雾监测，温度监测等。

运维端APP/小程序：

用户可以通过APP/小程序注册账号，看到垃圾桶的状态信息。

后台管理系统：

设备满溢后对接专职的回收处理人员，形成线上线下收运。维护人员可通过后台管理系统对智能垃圾箱进行管理，包括设备管理，报表统计，运营管理以及系统管理，考核管理，可视化大数据平台等功能。

郑州博观电子 科技 有限公司是一家提供 科技 类物联网开发软硬件定制化方案服务商、也是中原地区领先的物联网终端设备解决方案提供商。致力共享换电柜、智能充电桩、共享洗车机、物联网软硬件等服务平台的方案开发与运维。总部位于河南省郑州市高新区，已取得国家高新技术企业认证证书。经过10多年的业务开拓，公司已经形成了以中原地区为中心、业务遍布全国的经营格局。

防作弊：红外对射系统有效防止车辆不完全上磅就开始过磅的行为，为企业大大减少不必要的损失。2省时省力：无人值守系统/地磅无人值守管理系统,不需要像传统称重那样耗费大量人力物力和财力。3全程监控：从车辆进入厂区、车辆行进过程中、车辆开始过磅到整个过磅流程完成全程监控，有效防止司机下车更换车牌、停车下人、停车放水等违规行为。4稳定性好：软件采用多层架构，保证系统的可伸缩性、稳定性、重用性、可维护性、适应性。硬件设备质量好，长期使用也能具有很高的稳定性。5互动性强：客户可通过刷卡查询某货种的剩余量、在一定时间段内的车数、所拉物资的总量等等。地磅安装的LED显示屏可显示空车重量、载车重量、客户所拉物资剩余量等信息，以便客户直观的了解相关信息。6技术先进：采用全自动道闸等设备和技术，充分利用物联网技术将过地磅各个环节结合起来，提高工作效率，减少和杜绝过磅漏洞。

无人值守地磅无人值守地磅系统无人值守地磅称重系统无人值守地磅厂家无人值守地磅价格广东山和智能称重系统有限公司专业制造无人值守地磅、无人值守称重系统。无人值守地磅系统具有视频抓拍、监控、车牌识别、自动起落杆等功能，是个真正不需人员看守的称重系统。无人值守电子地磅称重系统是一种智能称重系统，具有传统电子地磅无法比拟的优势。

通过肉牛称重分群系统进行牛只称重和日增重评估。该方法有几个优点：
(1) 智能。可根据重量、生长指标、月龄、繁育信息、疾病信息等，对接牛只管理系统，根据生产需求 可以按各种条件分群；
(2) 高效。 自动识别、判断和控制，称重分群效率3- 4头/分钟，流程不仅精准而且快速；
(3) 简单。 *** 作简单，两个人可以轻松完成称重分群工作，结构简单、紧凑，维护简单、方便；
(4) 数据分析。实时数据分析对比，根据数据挖掘分析发现牛只饲养管理方面的弊端；
(5) 牛只图像自动采集。

“物联网+”垃圾分类房，最佳选择

华展猫先生智能垃圾分类房区别于有别于常规垃圾分类回收箱，该智能垃圾分类房可通过一定的激励方式，引导居民对日常垃圾进行正确分类。适用于居民社区、公共场所，是政府垃圾分类主推产品，可进行定时投放设置。采用全拼装结构，整体根据不同环境进行外观调整，确保环境融合不突兀。具备设备定位、语音提示、智能防夹手、智能称重和身份识别等功能。居民仅需对垃圾进行分类包装，二维码、或刷卡等方式完成身份识别，并按照引导正确投放垃圾，设备就将自动完成称重并计算积分计入居民账户，居民可以提现或兑换礼品。值得一提的是，垃圾房内光触媒除臭技术是独家设置。目前在北京、上海、南京、中国香港等落地使用后，社区居民均反馈确实垃圾房处无异味，且小区更加整洁亮丽了！

垃圾分类亭，敞开式设计，单箱单控

华展猫先生智能垃圾分类亭，不仅整洁美观，在提升小区形象的同时，还使用了炫酷科技，让垃圾分类更便捷、直观、智能。适用于居民社区、公共场所，或田园风格，又或简约时尚，配备灭虫、除臭、洗手池、宠物小站等人性化设施。智能垃圾分类亭采取开放式亭式设计，融入单箱单控垃圾分类箱，箱体标识明显，居民可根据分好的类别进行刷卡或扫码直接投放，方便且干净。

苏州国诺是一家专业生产皮带计量设备的厂家、徐州昊诺自动化科技有限公司。
苏州国诺信息科技有限公司（以下简称国诺信科），从创立之始就致力于动态智能计量设备、工厂散料智能称重系统、工业物联网系统、矿井自动化系统、DCS控制系统的研究和生产，不断通过技术突破和创新，打造高精尖设备和完整解决方案，解决生产企业计量难、控制难、管理难等问题。国诺信科自成立以来一直注重技术研发方面的投入，引进国内外优秀人才，掌握了大量核心技术，荣获19项科研成果，其中不乏专利技术，被国家评定为高新技术企业。国诺信科一直借助于优秀的理念、技术、产品和方案，广泛参与和支持国家相关建设工作，以及相关行业规定。除了研发投入，为了更好的用户体验，国诺信科注重售后服务，为用户提供完善的服务和技术支持。国诺信科坚持国际化合作协同发展的战略思想，与国内外优秀企业。
徐州昊诺自动化科技有限公司是一家专业从事电子皮带秤仪器设备的生产制造供应商，是集机电一体化的高科技技术企业,公司产品主要有电子皮带秤、定量给料机、调速皮带秤、封闭式给煤机等多种散料称重设备，广泛应用于电厂行业、煤矿行业、食品行业等工业输送作业当中。公司严格遵照国家旨意研发生产标准型计量皮带秤，此外不断突破创新，研发生产具有高精度、性价比更强的皮带秤产品，始终遵循‘质量为根，诚信为本’的企业宗旨，以优质的服务，精湛的技术，合理的价格，质量，确保设计、开发制造的测试仪器满足于满足不同客户的需求的皮带秤测试要求。

聚羧酸减水剂生产控制系统的工业物联网框架设计与实现

严海蓉1，王子明2
（1北京慧物科联科技有限公司，北京 100124，2北京工业大学，北京 100124）

摘要：工业物联网既提供了在生产过程中获取并控制聚羧酸减水剂生产设备的信息的方式，也提供了基本的网络架构，方便系统集成和扩展。该框架在分析了聚羧酸减水剂生产流程的基础上被划分为设备控制层、通讯层和应用服务层。根据实际应用需求，描述了工业物联网架构可以方便接入设备，贴近工艺完成软件，并让机器具有智能。企业应用案例表明该系统能够有效地实现生产状态跟踪监测和生产设备自动控制的目标，对进一步研究工业物联网技术和解决方案具有一定的参考价值。
关键词：工业物联网；自动化控制系统；聚羧酸减水剂生产设备
中图分类号：TP273 文献标识码：A

Theindustrial IOT design of automatic control system for polycarboxylate superplasticizer
YAN Hairong1, Wang Ziming2
（1．Beijing Sophtek Corp，2 Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）

0引言
原来的聚羧酸减水剂生产自动化控制不能充分满足生产工艺要求，存在的主要问题是：
1） 新设备接入非常困难；
2） 同类不同厂家设备不方便更换；
3） 匀速滴加过程中不能达到理想的控制速度，传统PID算法波动较大，常需要人工手动干预；
4） 温度控制需要人工参与控制，无法完成全自动；
电话 扣扣53O934955
工业物联网是工业40的支撑框架。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。它的发展离不开应用，面向工业自动化的工业互联网技术是物联网的关键组成部分[1]。工业物联网通过将具有感知能力的智能终端、无处不在的移动计算模式、泛在的移动网络通信方式应用到工业生产的各个环节，提高制造效率，把握产品质量，降低成本，减少污染，从而将传统工业提升到智能工业的新阶段[2]。
工业物联网框架中，整个系统具有强大的数据服务器，能够进行大数据的计算。在数据量足够的时候能够利用网络智能来帮助企业进行决策、配方优化和自动的设备维护等。
整个控制系统具有分布式智能能力。整个系统中，可以把数据都送到中控部分来完成；也可以将一些需要及时处理的，如温度控制等，直接由现场控制来完成。系统通常分为中央控制单元和分布的现场控制单元，中央控制单元由工业控制计算机充当，现场控制单元则由高可靠、抗干扰的工业级微控制器和与当前控制需求相配套的附加电路模块组成。依托微控制器的实时处理能力可以完成对现场生产进行实时调节控制，并且通过总线实现现场控制单元与中央控制单元进行数据交互，使生产过程表现出整体性、协调性，从而优化生产工艺、提高生成效率。
系统通过总线把各个独立的控制模块组织成在一起。控制模块的独立性，使得系统中各个分布的控制模块检修、升级、数量扩充都很方便，也为在生产规模扩大时控制系统扩充预留了接口。
因此工业物联网框架才能彻底解决传统控制的一些问题，真正贴合聚羧酸减水剂生产工艺。
1 系统概要设计
根据聚羧酸减水剂的生产过程，可以将聚羧酸减水剂自动化控制系统分为设备控制层、通讯层和应用服务层，系统框架如图1所示。
图1 系统框架图
图1中，应用服务层主要实现对生产过程中实时数据和生产状态的跟踪监测和管理，同时提供各种应用UI接口，用户可以通过使用计算机、手机等手持设备登录客户端来访问或获取所需要的数据或信息等，从而实现物联网的厂内处处可访问。一旦将企业网络与公共网络连接，用户登录后就可以实现生产数据随处可访问。
应用服务层中还包括有控制逻辑层，控制逻辑层通过与 *** 作人员进行交互，并且汇集、分析、存储和处理生产过程中的实时数据和生产状态，实现生产过程的逻辑控制。
通讯层主要实现设备控制层、控制逻辑层和应用服务层之间的可靠传输。
设备控制层主要实现原始数据的采集与分析、数据和状态的上传、控制指令的接收等。嵌入式控制器内的智能逻辑将和聚羧酸减水剂生产各工序要求的生产工艺（加料、滴加、温度调节、pH调节）等紧密贴合，并与控制逻辑层相互通讯完成所要求的工艺精密控制。
整个系统采用划分层次的设计思路使得系统具有很好的可移植性，各种传感器可以灵活的接入系统。这样新系统的总体实现或者旧系统的扩展可以采用“搭积木”的方式完成构建。

2 系统详细设计
根据以上设计的系统工业物联网框架和体系结构，本研究将以北京某公司的具体项目为例，详细介绍该系统的设计和应用过程。
21设备接入示例
基于工业物联网架构的设计，可以很容易的接入各种设备。比如如图2所示的聚羧酸减水剂自动化控制系统接入了一个服务器、一个 *** 作员站、若干显示器、2个控制站，若干现场设备和用户手机。
图2基于工业物联网架构的设备接入实例
服务器负责存储生产数据，包括生产 *** 作日志和生产过程数据，便于生成台帐和报表。也可以与各种财务、资产管理软件连接。同时，负责承载起局域网与大网络的连接工作。
*** 作员站上运行的软件，方便 *** 作员在中控室来 *** 作现场各种阀门、电机等开停，从而按照工艺过程完成生产。
控制站自动获得 *** 作员 *** 作命令来控制现场设备，比如阀门等，同时也自动从现场设备获取各种状态，比如称重数据等传给控制室控制机器。
现场设备是包括传感器和各类执行器，比如秤、阀门等自动工作。
图中的手机设备是为了表示出工业物联网框架可以任意接入设备的特性。比如，在该框架下，巡视人员可以通过手机进行接入，完整现场紧急控制一些阀门的开或者是关。经理等就可以通过手机来查看每天生产数据。
同时，对于不同厂家的同类设备，该工业物联网框架也有较好的兼容能力。
22贴合工艺的软件设计
软件包括生产线管理软件和工业现场控制软件。生产线管理软件工作于生产管理计算机，主要实现工艺管理、配方管理；通过网络，根据权限，可调出 *** 作人员的现场 *** 作记录，完成对现场的远程管理。工业现场控制软件工作于车间级服务器中，主要通过与工艺以及现场布置相同的画面显示，使得 *** 作人员便于 *** 作，以实现现场设备仪表信号的采集、处理，配方管理和现场数据实时界面显示和控制等功能。
图3 聚羧酸合成控制生产工艺示意图

根据实际生产过程和自动化控制系统的特点，当前聚羧酸生产过程分大单体预化过程、 A、B料预混过程、A、B料计量罐加料过程、碱计量罐加料过程、A、B料滴加过程、反应釜搅拌控制过程、反应釜温度控制过程，针对不同的过程，分别实现其控制目标，从而达到完整生产过程的控制。
下面以工艺中的A、B料计量罐滴加控制为例来说明软件设计功能。
首先控制系统为用户提供友好的A、B滴加控制对话框，方便用户可视化 *** 作。用户可以选择采用以前输入的备用方案进行控制，也可以选择自己新输入方案进行空控制。总之都能够根据配方在规定的时间内，将指定质量的物料匀速加入到对应的反应釜中。
图4 启动已存备用方案滴加
图5 启动自定义方案采用三阶段定量滴加示例

其次控制系统采用分段式匀速滴加模式（图5），启动滴加时，控制系统计算出三个阶段分别的预期流速。控制系统实时读取当前计量罐的质量，并根据当前时间，计算出实时流速。控制系统根据实时流速和预期流速的差值，控制调节阀的开启度，从而控制滴加速度。
图6 滴加控制效果示意图（多阶段不同流速）

最后，显示出实时滴加工作界面（图6），工作工作误差一般不大于1%。
23机器学习的智能能力
原来控制系统由于没有采用物联网框架，数据存储量不充分，从而无法让机器自主学习。各种设备常常需要人来手工调整，设定最高最低值；控制过程需要人工进行干预，来辅助机器完成自动控制。
而现有的工业物联网架构，拥有了专门的数据服务器，从而可以存储较大量的数据。而对于这些数据进行分析而产生的机器智能不可小觑。
比如，以前温度控制时，只能根据人工经验设定一个固定的值。反应釜的材质、容量、夹套、搅拌电机、搅拌桨叶等设备本身因素会影响调温结果。
而往往由于冬夏的自来水、室内温度、物料温度、反应剧烈程度等也会影响调温结果。因此在控制系统安装后要进行长时间的人工参与测试来努力找到一个合适的最大最小值。而测试时间毕竟短，这个值一旦这个值固定后，后续生产时就无法轻易改变，为此生产 *** 作员常需要来观测这个温度控制过程并且来参与控制，否则很难达到理想的控制效果。
再比如对于滴加控制的PID算法，往往由设计者人为给定一个PID参数，也无法完全适应实际设备磨损等情况。
而基于工业物联网架构的控制时，可以在服务器端运行一个智能控件，由它来自动学习历史调温或者滴加流速的变化情况，不断训练软件，让软件重新找到合适的上下调节阈值，这样才可以真正达到完全自动化。整个系统拥有了自己不断学习的机器智能。

3 系统测试结果
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统在设计和开发完成后，在北京某工厂的实际生产线上投入使用。目前，该系统运行安全、稳定，大部分功能已经实现，达到了预期的效果。
在系统正式投入使用后，对系统的工业现场控制软件、生产线管理软件和嵌入式控制器进行了长时间的测试。针对实现过程中遇到的问题做了大量的调试工作。下面以实现滴加A料为例对系统的测试进行描述。
*** 作人员在控制室通过点击用户 *** 作界面的A料滴加阀门按钮进行滴加参数的配置，如图7所示。 *** 作人员需要输入的参数为滴加质量和滴加时间，同时系统也支持分阶段滴加。在点击开始滴加按钮后，服务器会向嵌入式控制器发送滴加A料指令。
图7 滴加A料配置界面
嵌入式控制器在接收到服务器下发的滴加A料指令后，会进行自动化控制，实现A料的滴加 *** 作，具体效果如图8所示。
图8 5个反应釜同时进行A料滴加曲线示意图
图8中5条不同颜色的线分别表示5个不同计量罐的A料滴加曲线，系统支持多个计量罐同时进行滴加 *** 作。左侧上升的直线表示向计量罐加入A料的过程，系统支持多个计量罐同时加料，质量控制精确，定量加料的误差在01%以内。右侧下降的曲线表示滴加A料过程，曲线的斜率即为速度。由图可知，系统基本上能够实现匀速滴加A料过程，同时，系统也支持连续4小时的滴加 *** 作，时间误差在1分钟左右。
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统投入运行后，提高了聚羧酸减水剂的产品质量，提高了工艺生产的自动化程度，大大减轻了 *** 作人员的劳动强度，提高了企业的竞争力。
4 结束语
本研究基于工业物联网架构设计的聚羧酸减水剂自动化控制系统对聚羧酸减水剂生产过程可以进行高效的跟踪管理，在实际应用中具有重要作用。它使聚羧酸减水剂生产设备具备了一定的数据感知、处理和通信能力，从而为企业制定更好的工艺流程提空帮助。同时，它也促使聚羧酸减水剂生产管理过程更加科学和精细化。该系统的成功开发设计为工业物联网在化工行业的推广打下了基础，做出了积极地探索。

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