新銳科創(chuàng)智慧工廠解決方案系統(tǒng)

1、 北京新銳科創(chuàng)科技有限公司智慧工廠安全報警管理系統(tǒng) 北京新銳科創(chuàng)科技有限公司2017年8月13日185-1199-7376 張1、智慧工廠現狀分析 不管是工業(yè)4.0還是智能制造2025，智慧工廠是實現以上目標的載體，更是中國制造業(yè)企業(yè)未來的發(fā)展方向。智慧工廠首先要解決人員安全的問題，尤其是化工廠、電力、石化等危險品生產企業(yè)，人員安全是頭等大事。其次，智慧工廠需要提高的是生產效率，改變傳統(tǒng)的生產方式。為避免出現人員安全事故，就需要對人員在特定的區(qū)域內進行精準定位。1 工廠內多種安防監(jiān)測設備：氣體檢測、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)各自孤島式工作，都是被動式安防，不能形成以人為主導的主動防范。 2 巡檢難：傳統(tǒng)的

2、巡回檢查牌，巡檢情況完全取決于巡檢人員的個人經驗和責任心，監(jiān)控上存在真空區(qū)，紙面作業(yè)太復雜，漏檢、錯檢時有發(fā)生。 公司依靠行業(yè)頂級的無線通訊專家和數據安全開發(fā)團隊，整合國際上最領先的2.4G高頻通信技術、天線技術、光通信技術、嵌入式技術、工業(yè)以太網傳輸技術、數據庫處理技術、計算機軟件技術、地理信息系統(tǒng)技術、互聯(lián)網技術等多學科的綜合課題攻關，研發(fā)和建設了這套智慧工廠安全報警管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)運用物聯(lián)網zigbee射頻識別技術實現自動身份識別、位置跟蹤、氣體聯(lián)動、視頻聯(lián)動、人員巡更、應急指揮和規(guī)范的行為，使用安全可靠的信息采集方式，并將信息系統(tǒng)中的個人信息和現實中的個人真正關聯(lián)起來，實現實時追蹤和報

3、警。同時系統(tǒng)還把工人的安全事故報告，項目功能區(qū)活動分析報告等大數據信息進行歸納整理，以便工廠管理者進行分析決策。這樣才能真正意義上實現工廠管理信息化、智能化、規(guī)范化，實現“向科技要管理”。 2、 系統(tǒng)建設意義Ø 建立安全防范機制、安全警鐘長鳴；Ø 安全事件的實時跟蹤；Ø 安防攝像聯(lián)動，主動追蹤；Ø 氣體泄露聯(lián)動，及時搜救；Ø 大數據統(tǒng)計，精確分析；Ø 全程精確定位、位置無死角；3、系統(tǒng)建設要求及時反應工廠情況、增加工人安全防范級別、加強安全保障措施，部署物聯(lián)網設備及配套集成平臺軟件，實時定位人員信息及時反應工人救助行為，實現氣體檢測、

4、視頻監(jiān)控、門禁一卡通等自動化監(jiān)管設施聯(lián)合動作，提高應急響應速度和事件的處置速度，有效提高工廠的管理水平和管理效率，同時為工廠運營管理提供可參考的大數據信息，便于工廠合理分配資源，為工人提供更加安全的工作環(huán)境。 4、系統(tǒng)建設指導思想 系統(tǒng)建設以提高工廠管理工作信息化水平、預防工人發(fā)生安全事故、建立行為分析大數據平臺為目的，以實現工廠管理工作的實時、高效、科學為著眼點，以信息系統(tǒng)推廣及全面應用為核心，以低投入、高效益、重質量為目標，在數字智能化工廠建設的總體框架內進行系統(tǒng)設計和總體規(guī)劃，按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步建設、邊建邊用、逐步完善”的整體建設思路，全面推工廠安全管理工作的信息化、數據化進程。5、系

5、統(tǒng)技術架構及特點 新銳科創(chuàng)智慧工廠安全報警跟蹤系統(tǒng)是以實時三點定位技術為核心，采用硬件+軟件的形式圍繞工廠業(yè)務流進行展開。硬件采用zigbee+RFID方式進行定位和拓展，即保留了無線自組網技術進行實時定位和信號傳輸的優(yōu)勢，也發(fā)揮了RFID在一卡通的通用性，網絡部分采用無線網絡有線網絡形式，獨立部署；軟件部分采用B/S架構，服務端采用java+ tomcatmysql架構，采用java、css、html5等成熟技術開發(fā)；手機客戶端基于安卓平臺開發(fā)。5.2 定位技術對比 隨著智慧工廠時代的到來，在人員安全問題較為重要的行業(yè)，比如礦井、化工廠、發(fā)電廠等危險品生產企業(yè)里，為了避免人員安全事故的出現，

6、各家企業(yè)都逐步裝備了人員定位系統(tǒng)。對于人員的定位技術可謂是種類繁多，但是各技術之間還是有不小的差別。在室外可以利用GPS對人員進行定位，但是在室內GPS信號由于建筑物的遮擋、鋼筋水泥對信號的干擾、定位精度不高等因素使其無法正常使用。下面我們來看一下常用技術的優(yōu)劣勢對比：1、WI-FI技術 Wi-Fi定位應用采用在區(qū)域內安置無線基站，根據待定位 Wi-Fi 設備的信號特征，結合無線基站的拓撲結構，綜合確定待定位 Wi-Fi 設備的坐標。Wi-Fi 定位技術便于利用現有的無線設備實現定位功能，但由于 Wi-Fi 的安全性較差，功耗較高，頻譜資源已趨近飽和，因此，不利于終端設備的長期攜帶和大規(guī)模應用

7、。2、射頻識別（RFID）技術 它是利用電磁感應原理，通過無線激發(fā)近距離無線標簽，實現信息讀取的技術。射頻識別距離從幾厘米到十幾米。RFID 用于人員定位的典型應用來自人員考勤系統(tǒng)的拓展，主要進行人員是否存在于某個區(qū)域的辨識，不能做到實時跟蹤，并且定位應用還沒有標準的網絡體系，因此，不適用于大型設備的巡檢，人員安全的確認等用途。3、UWB技術 UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術，利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據，通常利用TDoA（到達時間差）和ToF（時間到達）算法實現人員或物品位置的信息。此外，對所需定位的物品或人員UWB技術需要鋪設基站和佩戴標簽。UWB技術

8、最高可實現厘米級的定位水平，但是定位成本很高，適用于定位面積小，高經濟附加值的行業(yè)，在工廠領域動輒大幾百萬的投入，和對人的厘米級定位有點“大才小用”。4、ZigBee定位技術 ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協(xié)議。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域。正是其在工業(yè)領域的特點，其干擾性、低功耗、全雙工、免布線等特點，就具備了定位系統(tǒng)的基礎性能，其在通信協(xié)議棧和算法處理后可實現性價比極高的標簽定位系統(tǒng)。定位精度可達3m，局部地區(qū)精度1m,完全滿足工廠領域在成本控制前提下對人員的定位需求。5.3新銳科創(chuàng)定位原理簡介針對項

9、目現場復雜的環(huán)境，新銳科創(chuàng)創(chuàng)造性的把zigbee定位方式進行升級，第一：把單點感應定位、兩點直線定位和三點平面定位進行整合，根據基站所處的位置不同，調整定位策略，確保復制環(huán)境下的定位效果。第二：系統(tǒng)不單純依靠RSSI信號值進行處理，同時利用最先進的飛行時間算法（TDoA）對信號進行優(yōu)化處理，使無線信號最大程度不受外界因素的干擾。以Zigbee技術組網和定位有如下優(yōu)點：定位精度高：公司定位在原有zigbee協(xié)議棧基礎上進行升級優(yōu)化，使定位精度達到3米，局部定位精度1米，充分滿足工廠對工人實時定位的需求。數據安全：Zigbee技術獨有的128k加密算法，抗干擾能力強，可防止數據的泄露和無線信號的干

10、擾。節(jié)能低功耗：公司識別卡在協(xié)議上對電池使用作了優(yōu)化，使定位卡的電池更加耐用。電池的工作時間可以達到一年以上，同時低功耗對人體的輻射也很低，相當于手機萬分之一。免布線：產品在項目實施過程中只需要把電源線部署到設備安裝位置即可，不需要額外的其他布線，省去大量的布線成本，更便于日常的維護、排障；全雙工通信：，公司產品在通信商上采用全雙工通信，實現了發(fā)射端和接收端的雙向互動的通訊方式，確保數據再上傳和下發(fā)的過程中信號能有效接收。海量地址空間：擴展了控制的地址，高達6萬4千個地址，在一些大型工廠項目中，不受節(jié)點的限制。6、智慧工廠安全報警管理系統(tǒng)功能： 智慧工廠安全報警管理系統(tǒng)方案設計總體采用無線Zi

11、gbee技術、計算機通訊技術、數據加密技術等多種尖端高新領域技術建立多功能的人員定位系統(tǒng)，即具有定位功能又有基于位置數據的服務功能，系統(tǒng)建成后擁有統(tǒng)一的管理平臺和數據庫，為管理決策提供最翔實基礎數據，是工廠智能管控系統(tǒng)通過信息技術提升管理能力的重要平臺。 工廠智能化安全管理系統(tǒng)由三部分組成，第一、工廠智能化安全防范系統(tǒng)核心硬件（包括：員工卡、訪客卡、室內微基站、通信網關、室外微基站等）；第二、工廠智能化安全防范系統(tǒng)軟件（包括前端展示軟件和后臺管理軟件組成）；第三、中間件（包括服務器、交換機、PC機、不間斷電源等）。在系統(tǒng)整體架構、服務設備選型、標簽功能選型、基礎數據采集等方面，均充分考慮后續(xù)功

12、能的實現，兼顧設備的兼容性、系統(tǒng)的擴充性、功能的擴展性和應用的多樣性；系統(tǒng)開發(fā)和資源建設符合統(tǒng)一的技術規(guī)范和表征體系，注重開發(fā)工作的連續(xù)性和共享性，注意為后續(xù)系統(tǒng)的研發(fā)、推廣留有規(guī)范的數據及控制接口。統(tǒng)一開發(fā)應用技術、數據存儲格式、信號傳輸制式、互聯(lián)接口模式等技術指標； 在智慧工廠的項目中，員工會分配一張定位識別卡，這張可除了有門禁等功能外，識別卡會實時發(fā)送位置信號給通信基站和網關，這樣當工人遇到危險需要救助的時刻，監(jiān)控中心會根據工人的位置信息進行救助，同時也可以給安保人員配備員工卡，在危險信號發(fā)出時可根據工人位置開展就近救助。在救助完成后會形成有助于運營團隊分析的事故報告，同時系統(tǒng)在后臺會根

13、據工廠管理的需求進行實時統(tǒng)計和分析。 系統(tǒng)有如下功能：1) 實時跟蹤定位：工人一旦報警，相關的安全員和領導可及時收到報警信息，系統(tǒng)會自動鎖定求救人員，并實時跟蹤的位置信息，安保人員可準確到達報警工人所在地點，避免無效出警，為工人脫困爭取寶貴時間。2) 人員巡更：可根據項目情況制定巡更路線，巡更組人員攜帶巡更卡進行巡更后，會在系統(tǒng)形成巡更數據，并進行保留；3) 氣體監(jiān)測聯(lián)動：通項目的氣體監(jiān)測系統(tǒng)進行對接，在報警系統(tǒng)中增加氣體類別，一旦有系統(tǒng)泄露，可實時查看氣體泄露附件點的人員情況，方便及時開展營救。4) 視頻聯(lián)動：系統(tǒng)接口支持主流視頻品牌，一旦工人報警，中控中心會彈出報警點附近的攝像頭。方便中控

14、中心第一時間了解現場情況。5) 多種報警模式：緊急按鍵報警，危險區(qū)域報警，低電預警，電子越界預警，等多種報警模式。6) 軌跡查詢：系統(tǒng)會自動生成所有攜帶卡的軌跡數據，并可形成文字和圖形兩種數據，并支持接口的對外開放，集團公司可隨時調用分公司的軌跡數據；7) 事態(tài)分級跟蹤： 安全報警跟蹤系統(tǒng)采用國際領先的傳輸技術，可按照處理時間來分級傳送至領導移動終端，機構領導無論身處何地都可以第一時間掌握報警信息，以便根據事態(tài)進展進行遠程指揮和協(xié)調，力爭把安全隱患控制在最小影響。8) 電子圍欄：通過室外微基站和軟件設置建立電子圍欄區(qū)域，一旦工人未經登記進入危險區(qū)域，會自動報警；9) 智能掃取：系統(tǒng)通過智能掃取

15、模塊，可準確掃取安保人員到達現場展開救助的詳細信息并自動推送至值班室和領導客戶端，同時在后臺存儲記錄，以便值班室和相關院領導對現在指揮、協(xié)調。10) 事故追溯及安全事故報告：系統(tǒng)會每次所發(fā)生事件形成追溯閉環(huán)，以便準確記錄事件發(fā)生的時間、地點以及過程等記錄，并形成涵蓋事故全過程的安全事故報告。安全事故報告對事情后續(xù)的處理提供更多的線索，為工廠內工人應急事件的流程規(guī)范化、合理化打下基石。11) 門禁一卡通：新銳科創(chuàng)識別卡內部集成一卡通芯片，支持市場上主流的一卡通技術，工人只需要攜帶一張卡即可實現人員定位、移動報警和門禁、梯控等功能；7、系統(tǒng)組成新銳科創(chuàng)定位系統(tǒng)主要由定位設備和定位系統(tǒng)軟件兩大部分組

16、成。 7.1 定位設備包括（1） 室內（外）微基站微基站有室內微基站和室外微基站兩種，室內微基站吸頂安裝，內置全向天線可接受標簽發(fā)出的無線信號，室外微基站為桿裝或者壁裝，外殼防水設計。（2） 定位標簽定位標簽主要定時向定位基站發(fā)送無線信號，標簽內置電池，電池可更換，因為標簽的功耗較低，所以人員標簽的一塊電池，正常情況下能用一年以上。人員標簽有腕帶式和佩戴式，可根據工人的喜好選擇標簽。 （3） 通信網關分為室內網關和室外網關兩種，通信網關起到一個橋梁的作用，通過無線ZigBee信號與通信基站進行通信，并把基站所接收的定位數據轉換成TCP/IP數據同上位機進行交互。（4） 計算機及服務器7.2 定

17、位系統(tǒng)軟件接口新銳科創(chuàng)安全管理系統(tǒng)采用分層管理架構，在確保信息處理能力的同時，提升了數據的安全，定位軟件由三個部分組成。1) 數據采集和文件訪問：主要是負責接收網關傳輸上來的原始信息并對原始信息處理建立起數據倉庫，同時針對可用的數據做好備份和存儲。對數據處理后建立系統(tǒng)內部的通信接口（內部API）2) 核心系統(tǒng)：分為設備管理、基礎數據、消息推送、地圖管理四個板塊進一步對軟件進行封裝，建立起對外業(yè)務的開放接口（開放API），工廠行業(yè)客戶和項目信息化系統(tǒng)的對接正是通過開放API建立對接。3) 業(yè)務系統(tǒng)：圍繞工廠機構內業(yè)務流程開展，如：用戶管理、報警處理、巡更報告等同項目具體業(yè)務相關的功能。 項目系統(tǒng)

18、架構如下：8 系統(tǒng)特點1、 采用自識別技術，系統(tǒng)能夠根據負載情況來增減定位服務器的數量。2、 信號強度（RSSI）+飛行時間定位雙重機制確保信號穩(wěn)定，不受外界干擾。3、 采用zigbee+RFID方式進行定位和拓展，即保留了無線自組網技術進行實時定位和信號傳輸的優(yōu)勢，也發(fā)揮了RFID在一卡通的通用性4、 定位算法完善，采用多種定位器，單點感應定位、兩點直線定位和三點平面定位進行整合，可以在各種復雜的環(huán)境中對標簽進行精確的定位。5、 系統(tǒng)采用先進的中間件技術，采用面向對象的方法進行開發(fā)，整個系統(tǒng)具有低耦合、高內聚的特點。采用集中式拓撲結構，同時支持多個采集程序和多個監(jiān)控終端。6、 系統(tǒng)容量大，能

19、夠支持5000個標簽和1000個基站進行定位；可以通過添加硬件的方式來實現系統(tǒng)容量的線性擴展。7、 高可用性，定位服務采用集群方式部署，集群具有智能感知功能，支持數據在集群中的服務器之間共享。支持7*24的服務標準。8、 監(jiān)控終端界面美觀，顯示直觀，交互性強，支持自定義地圖編輯。9、 系統(tǒng)的適應性強，可以在WINXP/WIN2008/WIN7等WINDOWS系列系統(tǒng)上運行。10、 海量數據存儲，數據存儲支持SQL SERVER、MySQL等主流數據庫系統(tǒng)，支持海量數據的存儲和信息查詢檢索；數據存儲采用磁盤整列，數據安全性高。11、 擴展性、兼性強、外接設備豐富，如：LED顯示設備、短信模塊、一

20、卡通等。12、 支持第三方軟件集成，可以將告警信息和標簽的位置信息通過UDP協(xié)議發(fā)送出來，與第三方的系統(tǒng)進行信息集成。13、 系統(tǒng)部署靈活，定制能力強。除了基本的定位、告警、人員統(tǒng)計等功能外，還可以根據項目方的要求對數據進一步的梳理和分析。9、 硬件介紹 9.1 工廠微基站 工作原理：識別標簽發(fā)送無線信號給微基站，當識別卡信號被微基站接收到后，微基站會把接收到達數據包（識別卡ID、呼叫報警、信號強度、低電報警等）通過zigbee無線信號發(fā)送給通信網關，同時會通信網關下發(fā)的指令傳遞給標簽。微基站采用吸頂式設計，外觀簡潔大方。微基站（XR-IR1001） 主要參數:1) 工作電壓：DC12V；2)

21、 工作電流：500mA；3) 識別角度：全向型4) 識別能力：單基站同時識別250張5) 工作頻率：2.4GHz；6) 通信距離：室內通信100-200米；7) 支持網絡節(jié)點數：65535個；8) 數據接口：RJ45或GPRS,9) 調制方式：DSSS 直序擴頻，10) 頻率范圍：2.405GHz - 2.480GHz, 11) 無線信道：16，12) 發(fā)射功率：25dBm13) 接收靈敏度：-94 dbm, 14) 天線連接：內置SMA天線, 15) 防止沖突：CSMA-CA和GTS的CSMA-CA；16) 安全性：基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查，采用AES-128加密算法；1

22、7) 穩(wěn)定性：WDT看門狗設計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定；18) 兼容性：采用2.0的SMA與DIP接口，支持串口軟件升級；19) 數據傳輸：支持點對點、點對多點、對等和Mesh網絡，具備中繼路由和終端設備功能；20) 封裝特性：ABS工程塑料； 21) 環(huán)境大氣壓：80kPa110kPa；22) 環(huán)境溫度：-20+70；23) 安裝方式：吸頂安裝或者壁裝；24) 設備尺寸：150mm*110mm*50mm9.2 通信網關（中心基站XR-IC100） 室外通信網關主要參數1) 工作電壓：DC12V；2) 工作電流：320mA；3) 無線頻率：2.4GHz；4) 通信方式：TCP/IP,2.4G無線5) 識

23、別角度：全向型6) 支持網絡節(jié)點數：65535個；7) 數據接口：RJ45或GPRS,8) 調制方式：DSSS 直序擴頻，9) 頻率范圍：2.405GHz - 2.480GHz, 10) 無線信道：16，11) 發(fā)射功率：25dBm12) 接收靈敏度：-94 dbm, 13) 天線連接：內置SMA天線, 14) 防止沖突：CSMA-CA和GTS的CSMA-CA；15) 識別能力：單基站同時識別250張；16) 安全性：基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查，采用AES-128加密算法；17) 穩(wěn)定性：WDT看門狗設計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定；18) 兼容性：采用2.0的SMA與DIP接口，支持串口

24、軟件升級；19) 數據傳輸：支持點對點、點對多點、對等和Mesh網絡，具備中繼路由和終端設備功能；20) 通信距離：單點通信100-200米；21) 封裝特性：ABS工程塑料； 22) 環(huán)境大氣壓：80kPa110kPa；23) 環(huán)境溫度：-25+60；24) 安裝方式：壁裝或者抱箍桿裝；25) 配件：220V轉12V 適配器，安裝底座；26) 設備尺寸：150mm*110mm*50mm9.3 佩戴式識別卡 （XR-ZB1001） 佩戴式識別卡可隨身攜帶，識別卡采用主動式信號發(fā)送，在保證報警信號準確傳輸的同時，全面提升定位的精度。佩戴式識別卡主要參數1) 識別距離：0 150米；2) 按鍵：一

25、個；3) 低電報警：主動給上位機軟件發(fā)送命令；4) 識別速度：80公里/小時；5) 識別能力：具備200張/秒的防沖突能力；6) 識別方式：內置全向天線；7) 工作頻段：2.4G無線；8) 工作電壓：3.0V；9) 工作電流：100mA。10) 安全性：基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查，采用AES-128加密算法；11) 穩(wěn)定性：WDT看門狗設計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定；12) 兼容性：采用2.0的SMA與DIP接口，支持串口軟件升級，可拓展一卡通功能；13) 數據傳輸：支持點對點、點對多點、對等和Mesh網絡，具備中繼路由和終端設備功能；14) 外殼材質：ABS工業(yè)塑料；15) 佩戴方式：胸前佩戴，鑰匙鏈佩戴；16) 電池續(xù)航時間：1-1.5年；9.6 管理軟件系統(tǒng)軟件采用GIS技術，可以根實際情況，對人員或者車輛進行定位，顯示人員的實際位置，設置高級區(qū)域限制及移動方案，并記錄，方便歷史查詢，方便管理。同