传感网技术在纺织产业中的应用

传感网技术在纺织产业中的应用许慧玲江南大学纺织服装学院纺织1301班学号1090113114摘要：纺织企业的能源消耗主要是电，气，水和油还有原煤等，这些能源的消费不仅在整个生产成本中占了很大的比重，而且对环境也造成了很大的压力。本人查找了一系列资料对纺织业生产现状有了一个大致的了解，然后通过对物联网环境监测技术的研究，提出提升纺织业节能减排的构想。关键词：物联网技术；环境监测；节能减排；纺织业ApplicationofsensornetworktechnologyintextileindustryXvHuilingJiangnanUniversityInstituteoftextileandappareltextile1301classnumber1090113114AbstractTextileenterprisesoftheenergyconsumptionsaremainlywater,electricity,gasandoilandcoalandother,theseenergyconsumptionnotonlyintheproductioncostsaccountedforalargeproportion,butalsoproducedalotofpressureontheenvironment.Ifindoutaseriesofdataofthestatusquooftheproductionoftextileindustryhaveageneralunderstanding,followedbyofIOTenvironmentmonitoringtechnologyresearch,proposedtoenhancetheconceptionoftextileindustryenergy-savingemissionreduction.KeywordsThingstechnology;environmentalmonitoring;energysavingandemissionreduction;textileindustry1纺织业能耗状况的分析1.1纺织业能源消费结构的分析某典型大型纺织企业主要能耗指标如表1所示[1]通过对以上数据及财务核算有关资料的审查核对，企业全部的生产成本为22585万元，能源成本占了2980万元，占全部生产成本的13.19%。因此纺织企业实施节能减排事实上不但可以减少环境污染，提升能源的利用率，还可以节约成本，提高经济效益。1.2纺织业节能方面存在的问题2012年起，中国纺织业工业联合会环资委组织实施了纺织行业节能减排百万义诊活动。而在段文平、赵妍等教授发表的论文中[2]我们可以了解到不少的纺织企业在节能方面仍存在较为突出的问题。多数企业现有的纺织空调设计不够完善。空调调节部分采用的是温湿度自动调控与手动调节相结合的模式，但主要仍过多依赖制冷量和电能供给，风机的高效性能和自控系统的优化调节不能发挥到位，是一项较大的能源消耗；目前多数企业能源消耗数据采用传统的管理模式，即人工抄表和人工统计报表，监管不够实时，物力人力消耗巨大，数据量大对比困难，也无法及时报表和保证准确性；还有就是靠人工巡查的方法发现供水管网、蒸汽管网、空调系统、空压机系统、低压配电系统的跑冒滴漏及故障，难以做到及时发现，无法做到及时准确的报警预警及故障定位。以上这些问题，都给节能降耗工作带来了较大的成本投入。在了解了企业的基本现状后，本文构想建设基于物联网的企业能耗在线监测管理平台，通过借鉴学习蒙海涛等提出的物联网技术在环境监测中的应用[3]；孙广维提出的基于蓝牙技术的可穿戴式构建智能环境参数采集系统[4]；赵妍等提出的基于联网的棉纺织企业数据采集方案[5]；朱恒军等提出的对环境监测物联网传感器节点设计与实现[6]；刘向举等提出的基于物联网的室内环境监测系统的研究[7]；杨静等提出的面向物联网传感器事件监测的双向反馈系统[8]等一系列的实验研究成果，提出实现对企业车间环境的实时实地监测，在线统计分析，监测反馈，超标预警等综合管理的构想。2物联网技术概述物联网是一种新型的网络技术，它随着互联网的发展而兴起。物联网最大的特点是可以实现“物物之间的交互”(MM)和“人物之间的交互”(HM)。物联网通过各种信息传感设备及系统，例如传感网、射频识别系统、红外感应器、激光扫描仪，条码与二维码、全球定位系统等，这些可以用来实时采集人与物体本身状态以及人物交互、物物交互的过程。通过采集这些状态与过程中的理化、生物等各种表征信息特征，再结合嵌入式或微机处理技术实现人、物、机交互通信网络。同时，还可以根据需求融入互联网，实现智能化识别、定位、跟踪、监管和管理的一种信息网络。在一定程度上，物联网监测可以实现智能话自动化的操作而摆脱人工监管状态。无线传感网，简称传感网。他是由若干具有无线通信和计算能力的感知节点，以网络为信息传递载体，实现对物理世界的全面感知而构成的自组织分布式网络。传感网的感知节点包含有传感器节点，汇聚节点和管理节点，具备无线通信和计算能力。感知层主要完成目标信息的采集和转换，关键技术为传感器技术和短距数据通信技术。大量的传感器节点随机分布在感知区域对环境信息进行采集，并将其转化为电学信号，再将电学信号进行编码处理成便于传输的数据格式。传输层主要完成环境信息的传递和处理，传感器节点感知的数据沿其他传感器节点逐跳进行传输，在经过多跳路由后到达汇聚节点，最后通过互联网或者是其他通信网络传到管理节点。现有的通信网络，以ZigBee网络较为常见。传感网使用者在应用层，即管理节点处主要完成数据处理工作。可以根据具体应用要求，配合上位机软件，完成对监测目标的监视、测量与控制，收集监测数据生成相应分析报告或图表，有的还具有对当前和历史数据进行相应存储和处理的功能[9]。3物联网在环境在线监测系统中的应用与设计3.1车间环境监测物联网感知层结构体系环境监测物联网感知层即环境监测区域的无线传感网络。由位于监测区域的一组低功耗、低成本、具有数据采集、数据存储、数据处理和数据收发的传感器节点以自组织的方式组成。通过节点之间的合作，将采集的数据经过其它节点的路由逐跳地传输，最后到达汇聚节点，由汇聚节点通过外部网络传送到上位机控制中心，来实现对监控区域的数据采集、收发和控制等。图1环境监测物联网传感网的体系结构任务管理器节点互联网或卫星汇聚节点监测区域传感器节点3.2系统的硬件设施节点的设计，需要考虑到低功耗、低成本的要求，因此硬件方面处理核心可以选择低功耗片上系统芯片CC2530。CC2530符合ZigBee标准，它适用于各种ZigBee和ZigBeePRO协议。它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。CC2530具有不同的运行模式，当无信号时，可以进入睡眠状态;当有信号时，可以快速转换到工作模式，这样一来就可以最大化的做到节省能量的损耗。另外CC2530最大存储容量可达256kbyte，使用时不用再为存储容量小而对代码进行限制;CC2530的通信距离可达400m，完全可以满足一个甚至几个车间的监测范围。CC2430和CC2530之间代码的转换只需少量修改，并且CC2530支持最新的2007/PRO协议栈。传感器节点硬件组成框图[6]3.2.1传感器节点的硬件设计传感器节点作为系统最底层的设备，以CC2530为核心，起着至关重要的作用。传感器模块是监测系统的重要组成部分，负责完成对车间内相关数据的采集。信息终端节点根据它所安放的位置和监测数据类型的不同，会安装不同的传感器。而且为了减少对CPU资源的占用，一般采用数字化传感器。数字化传感器可方便传感器模块接口的设计。同时在传感器模块部分还包括了智能仪表所监测的数据信号。最后终端节点将采集到的温湿度信号、电表、水表、油表等数据信号以及车间内噪音信号、烟雾信号等经过微控制器处理后，经汇聚节点传送到监测中心。3.2.2监控中心硬件设计监控中心由中央处理单元、显示模块、协调器模块、报警模块、GPRS模块和蓝牙模块等组成。对于监控中心的设计我参考了孙广维提出的基于蓝牙技术构建智能环境参数采集系统研究[5]，管理者不再只是坐在办公室电脑前分析由传感器收集上传的数据，他同样可以在车间视察的时候利用智能手持终端(例如手机)及时接收、发现并了解车间内的环境和操作情况，可以更有效率地进行对数据的处理和反馈。数据处理是将采集到的各种类型数据进行在线和离线分析从而进行能耗控制，以及产生能耗控制报告；反馈是根据得到的实际信息结果，可以及时发现周围环境和能源使用的异常，并且通过信号输出，控制协调器模块和报警模块，智能开闭电源开关，控制机床运作，并能在关键时刻控制警报器发出警报，提高安全生产质量。3.3系统的详细设计构想首先将每一个纺织车间作为一个监测区域，然后根据各个车间的生产情况安装不同的传感器。例如，对于棉纺织企业，能源消耗主要集中在纺纱车间、织染车间、烧毛车间和动力车间。这些车间生产运作时需要消耗大量的原煤、电力、自来水和燃料。原煤主要流向是动力站、蒸汽站等；电力的主要流向是动力站、空气压缩机站、冷冻机站和蒸汽站等；自来水主要用于加湿、降温，主要流向是蒸汽站、空气压缩机站和冷冻站等；燃料主要流向蒸汽站、动力站等。在这些站点我们可以设置温度传感器、湿度传感器、气压传感器、有害气体传感器、烟雾传感器、继电器等来进行监测控制，同时对智能仪表的传感器作信息接发的处理。在这里，节点之间实现路由连接且这些终端节点有的自带报警装置，一旦信号出现问题，蜂鸣器就会自动发出警报。接下来就是数据信号的传输。数据信号一是通过有线和无线，构建信息传输的传感网络传到电脑终端，二是通过蓝牙传到智能手持终端。在传感网中，由MAC协议决定无线信道的使用方式，为了减少能量的消耗，通常采用“侦听/休眠”交替的无线信道使用策略，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源。通过路由协议实现汇聚节点和传感器节点之间信息的接受和发送。最后在电脑的终端进行数据的分析和保存，并针对结果作出相应的反馈。而基于蓝牙的环境数据采集则会经由蓝牙模块，以无线方式发送给智能终端，然后由运行在智能终端上的App将结果显示[4]。图2监测系统的设计流程温湿度传感器压力传感器其它传感器智能仪表传感器节点模块网络通信与数据传输蓝牙模块手持智能终端监控中心在线监测离线监测控制能耗/报警能耗报告图3蓝牙技术的系统实现框图.[4]结语：随着资源节约型，环境友好型社会的快速推进，对纺织业节能减排，淘汰落后产能提出了更高的要求。这个时候仅仅靠人工监管和防治的方法显然不能实现纺织业结构的调整和能源的高效利用。而传感网技术的兴起和发展为企业实现信息化智能化管理无疑是一个巨大帮助。参考文献：[1]苏玉召.基于物联网的纺织业节能减排跟踪检测方法[A].毛纺科技2014.8[2]段文平.纺织工业能耗诊断与治理[A].开放导报.2014.4[3]蒙海涛、张骥等.物联网技术在环境监测中的应用[A].2013.1[4]孙广维.基于蓝牙技术的可穿戴式构建智能环境参数采集系统[A].长春大学学报.2015.4[5]赵妍等.基于联网的棉纺织企业数据采集方案[A].上海纺织科技.2014.2[6]朱恒军、于泓博等.对环境监测物联网传感器节点设计与实现[A].计算机科学.2012.8[7]刘向举、刘丽娜.基于物联网的室内环境监测系统的研究[A].传感器与微系统。2013[8]杨静等.面向物联网传感器事件监测的双向反馈系统[J].计算机学报.2013.3[9]郭琼.物联网在环境在线监测系统中的设计与应用探讨[B].[10]AnIntegratedSystemforRegionalEnvironmentalMonitoringandManagementBasedonInternetofThings;ShifengFang;LiDaXu;YunqiangZhu;JiaerhengAhati;HuanPei;JianwuYan;ZhihuiLiuIndustrialInformatics,IEEETransac