基于OPCUA的智能车间数据采集与监控方法与流程

基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法
技术领域
1.本发明涉及车间安全管理的技术领域，特别涉及基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法。


背景技术：

2.车间内部设置有车床设备和流水线设备等不同类型的生产设备，每个生产设备在工作过程会进行不同的生产动作，同时还需要相应工作人员的辅助操作。为了保证每个生产设备的正常运行，需要对生产设备进行定期的监测，避免生产设备运行发生意外事件。由于车间内部生产设备数量众多，并且分布位置广泛，通常需要配置相应的监测人员对每个生产设备进行人工监控，无法保证对生产设备的自动全面监控。此外，现有技术无法对车间内部所有生产设备的工作状态数据进行集中的采集与分析，从而不能对车间进行统一化和大规模的监控管理，降低对车间管理的自动化和智能化程度。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其通过opc ua物联网终端对车间内部所有工作状态检测终端和摄像终端进行统一控制，并对来自工作状态检测终端的设备工作记录数据进行分析，得到生产设备的生产动作状态，以此确定生产设备的安全操作区域范围；以及对来自摄像终端的区域影像进行分析，得到生产设备所处区域的人员存在状态；再根据安全操作区域范围和人员存在状态，判断生产设备是否存在生产安全隐患，从而通过opc ua物联网终端指示报警终端适应性进行报警操作；上述方法通过opc ua物联网终端对车间内部的所有监控终端进行统一的数据收集和分析，并且还从生产设备自身的工作状态和车间内部人员的存在状态两个方面，对车间进行安全监控管理，提高车间监控的自动化和智能化程度。
4.本发明提供基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其包括如下步骤：
5.步骤s1，对车间内部每个生产设备分别设置工作状态检测终端，以及在每个生产设备附近区域设置摄像终端；并将所有工作状态检测终端和所有摄像终端均接入到opc ua物联网终端；
6.步骤s2，通过所述opc ua物联网终端收集所述工作状态检测终端检测得到的设备工作记录数据，并对所述设备工作记录数据进行分析处理，确定每个生产设备的实时生产动作状态；根据所述实时生产动作状态，确定所述生产设备的安全操作区域范围；
7.步骤s3，通过所述opc ua物联网终端收集所述摄像终端拍摄得到的生产设备所处区域影像，并对所述区域影像进行分析处理，确定每个生产设备所处区域的人员存在状态；
8.步骤s4，根据所述安全操作区域范围和所述人员存在状态，判断所述生产设备是否存在生产安全隐患；并根据上述判断结果，通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端进行相应的报警操作。
9.进一步，在所述步骤s1中，对车间内部每个生产设备分别设置工作状态检测终端，
以及在每个生产设备附近区域设置摄像终端具体包括：
10.对车间内部每个生产设备的动作部件设置动作状态检测终端，以此作为工作状态检测终端，用于检测所述生产设备在生产过程中自身内部的动作部件对应的生产动作记录数据，以此作为所述设备工作记录数据；
11.在车间每个生产设备附近对应设置双目摄像终端，用于对相应生产设备的附近区域进行双目拍摄，得到相应的双目区域影像。
12.进一步，在所述步骤s1中，将所有工作状态检测终端和所有摄像终端均接入到opc ua物联网终端具体包括：
13.将每个工作状态检测终端和每个摄像终端均通过独立的双向数据通信链路接入到opc ua物联网终端。
14.进一步，在所述步骤s2中，通过所述opc ua物联网终端收集所述工作状态检测终端检测得到的设备工作记录数据，并对所述设备工作记录数据进行分析处理，确定每个生产设备的实时生产动作状态具体包括：
15.通过所述opc ua物联网终端向所述动作状态检测终端发送第一工作指令，指示所述工作状态检测终端以第一频率周期性进行所述生产动作记录数据的检测，和以所述第一频率周期性向所述opc ua物联网终端反馈所述生产动作记录数据；其中，所述第一频率大于所述生产设备的生产动作切换频率；
16.从所述生产动作记录数据中提取得到所述动作部件在生产过程中的动作状态信息；其中，所述动作状态信息包括所述动作部件在生产过程中的动作姿态和动作幅度。
17.进一步，在所述步骤s2中，根据所述实时生产动作状态，确定所述生产设备的安全操作区域范围具体包括：
18.根据所述动作姿态和所述动作幅度，确定所述生产设备的每个动作部件的安全作业半径；
19.根据所述生产设备的所有动作部件的安全作业半径，确定所述生产设备的安全操作区域范围。
20.进一步，在所述步骤s3中，通过所述opc ua物联网终端收集所述摄像终端拍摄得到的生产设备所处区域影像具体包括：
21.通过所述opc ua物联网终端向所述双目摄像终端发送第二工作指令，指示所述双目摄像终端以第二频率周期性进行双目拍摄，和以所述第二频率周期性向所述opc ua物联网终端反馈所述双目区域影像；其中，所述第二频率小大于所述第一频率。
22.进一步，在所述步骤s3中，对所述区域影像进行分析处理，确定每个生产设备所处区域的人员存在状态具体包括：
23.对所述双目区域影像进行双目视差计算，并根据所述双目视差计算的结果，生成三维区域影像；
24.对所述三维区域影像进行人员识别分析处理，每个生产设备所处区域的人员存在位置和人员脸部五官特征，以此作为人员存在状态。
25.进一步，在所述步骤s4中，根据所述安全操作区域范围和所述人员存在状态，判断所述生产设备是否存在生产安全隐患；并根据上述判断结果，通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端进行相应的报警操作具体包括：
26.根据所述人员存在位置，判断所述安全作业区域范围内是否存在人员；若不存在，则通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端不进行报警操作；
27.若存在，则根据所述人员脸部五官特征，判断所述安全作业区域范围内存在的人员是否全部属于允许进入作业区域的人员；若全部属于，则通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端不进行报警操作；若只有部分属于，则通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端进行报警操作。
28.相比于现有技术，该基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法通过opc ua物联网终端对车间内部所有工作状态检测终端和摄像终端进行统一控制，并对来自工作状态检测终端的设备工作记录数据进行分析，得到生产设备的生产动作状态，以此确定生产设备的安全操作区域范围；以及对来自摄像终端的区域影像进行分析，得到生产设备所处区域的人员存在状态；再根据安全操作区域范围和人员存在状态，判断生产设备是否存在生产安全隐患，从而通过opc ua物联网终端指示报警终端适应性进行报警操作；上述方法通过opc ua物联网终端对车间内部的所有监控终端进行统一的数据收集和分析，并且还从生产设备自身的工作状态和车间内部人员的存在状态两个方面，对车间进行安全监控管理，提高车间监控的自动化和智能化程度。
29.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
30.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明提供的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法的流程示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.参阅图1，为本发明实施例提供的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法的流程示意图。该基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法包括如下步骤：
35.步骤s1，对车间内部每个生产设备分别设置工作状态检测终端，以及在每个生产设备附近区域设置摄像终端；并将所有工作状态检测终端和所有摄像终端均接入到opc ua物联网终端；
36.步骤s2，通过该opc ua物联网终端收集该工作状态检测终端检测得到的设备工作记录数据，并对该设备工作记录数据进行分析处理，确定每个生产设备的实时生产动作状
态；根据该实时生产动作状态，确定该生产设备的安全操作区域范围；
37.步骤s3，通过该opc ua物联网终端收集该摄像终端拍摄得到的生产设备所处区域影像，并对该区域影像进行分析处理，确定每个生产设备所处区域的人员存在状态；
38.步骤s4，根据该安全操作区域范围和该人员存在状态，判断该生产设备是否存在生产安全隐患；并根据上述判断结果，通过该opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端进行相应的报警操作。
39.上述技术方案的有益效果为：该基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法通过opc ua物联网终端对车间内部所有工作状态检测终端和摄像终端进行统一控制，并对来自工作状态检测终端的设备工作记录数据进行分析，得到生产设备的生产动作状态，以此确定生产设备的安全操作区域范围；以及对来自摄像终端的区域影像进行分析，得到生产设备所处区域的人员存在状态；再根据安全操作区域范围和人员存在状态，判断生产设备是否存在生产安全隐患，从而通过opc ua物联网终端指示报警终端适应性进行报警操作；上述方法通过opc ua物联网终端对车间内部的所有监控终端进行统一的数据收集和分析，并且还从生产设备自身的工作状态和车间内部人员的存在状态两个方面，对车间进行安全监控管理，提高车间监控的自动化和智能化程度。
40.优选地，在该步骤s1中，对车间内部每个生产设备分别设置工作状态检测终端，以及在每个生产设备附近区域设置摄像终端具体包括：
41.对车间内部每个生产设备的动作部件设置动作状态检测终端，以此作为工作状态检测终端，用于检测该生产设备在生产过程中自身内部的动作部件对应的生产动作记录数据，以此作为该设备工作记录数据；
42.在车间每个生产设备附近对应设置双目摄像终端，用于对相应生产设备的附近区域进行双目拍摄，得到相应的双目区域影像。
43.上述技术方案的有益效果为：在实际应用中，可通过在每个生产设备的切割刀或打磨轮等动作部件上安装相应的三轴加速度传感器、陀螺仪和/或测距传感器等动作状态检测终端，这样当动作部件在动作过程中，上述不同类型的动作状态检测终端能够对动作部件进行检测，得到动作部件在生产过程中的动作姿态和动作幅度等生产动作记录数据，从而对生产设备的生产过程进行实时的检测。此外，在车间每个生产设备附近对应设置双目摄像终端，双目摄像终端能够对生产设备附近区域的人员存在情况进行实时的影像监控。
44.优选地，在该步骤s1中，将所有工作状态检测终端和所有摄像终端均接入到opc ua物联网终端具体包括：
45.将每个工作状态检测终端和每个摄像终端均通过独立的双向数据通信链路接入到opc ua物联网终端。
46.上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，能够保证opc ua物联网终端对每个工作状态检测终端和每个摄像终端的独立控制，避免当其中一个工作状态检测终端或摄像终端发生故障而影响整个车间监控系统的正常运行。
47.优选地，在该步骤s2中，通过该opc ua物联网终端收集该工作状态检测终端检测得到的设备工作记录数据，并对该设备工作记录数据进行分析处理，确定每个生产设备的实时生产动作状态具体包括：
48.通过该opc ua物联网终端向该动作状态检测终端发送第一工作指令，指示该工作状态检测终端以第一频率周期性进行该生产动作记录数据的检测，和以该第一频率周期性向该opc ua物联网终端反馈该生产动作记录数据；其中，该第一频率大于该生产设备的生产动作切换频率；
49.从该生产动作记录数据中提取得到该动作部件在生产过程中的动作状态信息；其中，该动作状态信息包括该动作部件在生产过程中的动作姿态和动作幅度。
50.上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，将该第一频率设成大于生产设备的生产动作切换频率，比如生产设备中切割刀或打磨轮等动作部件进行切割动作或打磨动作的切换频率，这样可保证动作状态检测终端在生产设备每一次发生生产动作切换时均能够准确地获得相应的动作姿态和动作幅度，便于后续对生产设备的工作影响区域范围进行精确的确定。
51.优选地，在该步骤s2中，根据该实时生产动作状态，确定该生产设备的安全操作区域范围具体包括：
52.根据该动作姿态和该动作幅度，确定该生产设备的每个动作部件的安全作业半径；
53.根据该生产设备的所有动作部件的安全作业半径，确定该生产设备的安全操作区域范围。
54.上述技术方案的有益效果为：当生产设备进行工作时，其中的动作部件会做出相应的动作，在动作过程中会形成一定的安全操作区域，只有当人员处于上述安全操作区域范围内，才能够有效降低人员受到动作部件干扰的概率。而上述安全操作区域的范围大小与动作部件的动作姿态和动作幅度相关，通常而言，当动作部件的动作姿态关联的位姿越多或动作幅度越大，其对应的安全操作区域的范围越小，反之，其对应的安全操作区域的范围越大。其中，可根据相应的动作部件的动作模型，对该动作姿态和该动作幅度进行分析，从而确定该生产设备的每个动作部件的安全作业半径，继而得到该生产设备的安全操作区域范围。
55.优选地，在该步骤s3中，通过该opc ua物联网终端收集该摄像终端拍摄得到的生产设备所处区域影像具体包括：
56.通过该opc ua物联网终端向该双目摄像终端发送第二工作指令，指示该双目摄像终端以第二频率周期性进行双目拍摄，和以该第二频率周期性向该opc ua物联网终端反馈该双目区域影像；其中，该第二频率小于该第一频率。
57.上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，能够对生产设备所处区域中人员的存在情况进行全面化的拍摄采集，而将双目摄像终端进行拍摄的第二频率设成小于该第一频率，可避免双目摄像终端拍摄的影像数据过多，而导致后续影像分析速度低下的情况发生。
58.优选地，在该步骤s3中，对该区域影像进行分析处理，确定每个生产设备所处区域的人员存在状态具体包括：
59.对该双目区域影像进行双目视差计算，并根据该双目视差计算的结果，生成三维区域影像；
60.对该三维区域影像进行人员识别分析处理，每个生产设备所处区域的人员存在位
置和人员脸部五官特征，以此作为人员存在状态。
61.上述技术方案的有益效果为：将双目区域影像转换为三维区域影像，并从中识别得到生产设备所处区域的人员存在位置和人员脸部五官特征，这样能够全面精确地确定生产设备所处区域的人员与生产设备之间的距离以及人员的身份信息。
62.优选地，在该步骤s4中，根据该安全操作区域范围和该人员存在状态，判断该生产设备是否存在生产安全隐患；并根据上述判断结果，通过该opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端进行相应的报警操作具体包括：
63.根据该人员存在位置，判断该安全作业区域范围内是否存在人员；若不存在，则通过该opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端不进行报警操作；
64.若存在，则根据该人员脸部五官特征，判断该安全作业区域范围内存在的人员是否全部属于允许进入作业区域的人员；若全部属于，则通过该opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端不进行报警操作；若只有部分属于，则通过该opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端进行报警操作。
65.上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，以人员存在位置和人员脸部五官特征为基准，对生产设备的安全操作区域范围中人员存在状态进行多层次的判断，这样能够避免人员过于接近生产设备以及未允许进入作业区域的人员接近生产设备而造成生产安全事故。
66.从上述实施例的内容可知，该基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法通过opc ua物联网终端对车间内部所有工作状态检测终端和摄像终端进行统一控制，并对来自工作状态检测终端的设备工作记录数据进行分析，得到生产设备的生产动作状态，以此确定生产设备的安全操作区域范围；以及对来自摄像终端的区域影像进行分析，得到生产设备所处区域的人员存在状态；再根据安全操作区域范围和人员存在状态，判断生产设备是否存在生产安全隐患，从而通过opc ua物联网终端指示报警终端适应性进行报警操作；上述方法通过opc ua物联网终端对车间内部的所有监控终端进行统一的数据收集和分析，并且还从生产设备自身的工作状态和车间内部人员的存在状态两个方面，对车间进行安全监控管理，提高车间监控的自动化和智能化程度。
67.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤s1，对车间内部每个生产设备分别设置工作状态检测终端，以及在每个生产设备附近区域设置摄像终端；并将所有工作状态检测终端和所有摄像终端均接入到opc ua物联网终端；步骤s2，通过所述opc ua物联网终端收集所述工作状态检测终端检测得到的设备工作记录数据，并对所述设备工作记录数据进行分析处理，确定每个生产设备的实时生产动作状态；根据所述实时生产动作状态，确定所述生产设备的安全操作区域范围；步骤s3，通过所述opc ua物联网终端收集所述摄像终端拍摄得到的生产设备所处区域影像，并对所述区域影像进行分析处理，确定每个生产设备所处区域的人员存在状态；步骤s4，根据所述安全操作区域范围和所述人员存在状态，判断所述生产设备是否存在生产安全隐患；并根据上述判断结果，通过所述opcua物联网终端指示车间内部的报警终端进行相应的报警操作。2.如权利要求1所述的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其特征在于：在所述步骤s1中，对车间内部每个生产设备分别设置工作状态检测终端，以及在每个生产设备附近区域设置摄像终端具体包括：对车间内部每个生产设备的动作部件设置动作状态检测终端，以此作为工作状态检测终端，用于检测所述生产设备在生产过程中自身内部的动作部件对应的生产动作记录数据，以此作为所述设备工作记录数据；在车间每个生产设备附近对应设置双目摄像终端，用于对相应生产设备的附近区域进行双目拍摄，得到相应的双目区域影像。3.如权利要求2所述的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其特征在于：在所述步骤s1中，将所有工作状态检测终端和所有摄像终端均接入到opc ua物联网终端具体包括：将每个工作状态检测终端和每个摄像终端均通过独立的双向数据通信链路接入到opc ua物联网终端。4.如权利要求3所述的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其特征在于：在所述步骤s2中，通过所述opc ua物联网终端收集所述工作状态检测终端检测得到的设备工作记录数据，并对所述设备工作记录数据进行分析处理，确定每个生产设备的实时生产动作状态具体包括：通过所述opc ua物联网终端向所述动作状态检测终端发送第一工作指令，指示所述工作状态检测终端以第一频率周期性进行所述生产动作记录数据的检测，和以所述第一频率周期性向所述opc ua物联网终端反馈所述生产动作记录数据；其中，所述第一频率大于所述生产设备的生产动作切换频率；从所述生产动作记录数据中提取得到所述动作部件在生产过程中的动作状态信息；其中，所述动作状态信息包括所述动作部件在生产过程中的动作姿态和动作幅度。5.如权利要求4所述的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其特征在于：在所述步骤s2中，根据所述实时生产动作状态，确定所述生产设备的安全操作区域范围具体包括：根据所述动作姿态和所述动作幅度，确定所述生产设备的每个动作部件的安全作业半
径；根据所述生产设备的所有动作部件的安全作业半径，确定所述生产设备的安全操作区域范围。6.如权利要求5所述的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其特征在于：在所述步骤s3中，通过所述opc ua物联网终端收集所述摄像终端拍摄得到的生产设备所处区域影像具体包括：通过所述opc ua物联网终端向所述双目摄像终端发送第二工作指令，指示所述双目摄像终端以第二频率周期性进行双目拍摄，和以所述第二频率周期性向所述opc ua物联网终端反馈所述双目区域影像；其中，所述第二频率小于所述第一频率。7.如权利要求6所述的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其特征在于：在所述步骤s3中，对所述区域影像进行分析处理，确定每个生产设备所处区域的人员存在状态具体包括：对所述双目区域影像进行双目视差计算，并根据所述双目视差计算的结果，生成三维区域影像；对所述三维区域影像进行人员识别分析处理，每个生产设备所处区域的人员存在位置和人员脸部五官特征，以此作为人员存在状态。8.如权利要求7所述的基于opc ua的智能车间数据采集与监控方法，其特征在于：在所述步骤s4中，根据所述安全操作区域范围和所述人员存在状态，判断所述生产设备是否存在生产安全隐患；并根据上述判断结果，通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端进行相应的报警操作具体包括：根据所述人员存在位置，判断所述安全作业区域范围内是否存在人员；若不存在，则通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端不进行报警操作；若存在，则根据所述人员脸部五官特征，判断所述安全作业区域范围内存在的人员是否全部属于允许进入作业区域的人员；若全部属于，则通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端不进行报警操作；若只有部分属于，则通过所述opc ua物联网终端指示车间内部的报警终端进行报警操作。

技术总结
本发明提供了基于OPC UA的智能车间数据采集与监控方法，其通过OPC UA物联网终端对车间内部所有工作状态检测终端和摄像终端进行统一控制，并对来自工作状态检测终端的设备工作记录数据进行分析，得到生产设备的生产动作状态，以此确定生产设备的安全操作区域范围；以及对来自摄像终端的区域影像进行分析，得到生产设备所处区域的人员存在状态；再根据安全操作区域范围和人员存在状态，判断生产设备是否存在生产安全隐患，从而通过OPC UA物联网终端指示报警终端适应性进行报警操作，其通过OPC UA物联网终端对车间内部的所有监控终端进行统一的数据收集分析，还从生产设备的工作状态和车间内部人员的存在状态两方面，提高车间监控的自动化和智能化程度。间监控的自动化和智能化程度。间监控的自动化和智能化程度。


技术研发人员：兰雨晴 余丹 于艺春 邢智涣
受保护的技术使用者：慧之安信息技术股份有限公司
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/9/25