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劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),構(gòu)建了套餐飲企業(yè)智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)前臺(tái)由廚房端和管道端組成,通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入云平臺(tái)管理系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)煹篱y門(mén)的啟閉、變頻風(fēng)機(jī)的啟停與風(fēng)速及功率調(diào)節(jié)、油煙濃度數(shù)據(jù)等。結(jié)合動(dòng)態(tài)參數(shù)的持續(xù)變化和云平臺(tái)大數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,提高餐飲企業(yè)的油煙凈化綜合監(jiān)控能力,以便實(shí)現(xiàn)zf部門(mén)對(duì)餐飲企業(yè)的油煙數(shù)化管制。
關(guān)鍵詞:在線監(jiān)測(cè);油煙凈化;物聯(lián)網(wǎng);數(shù)字化
1引言
餐飲業(yè)作為我第三產(chǎn)業(yè)中個(gè)重要的傳統(tǒng)服務(wù)性行業(yè),因其市場(chǎng)大、增長(zhǎng)快、影響廣、吸納就業(yè)能力強(qiáng)的特點(diǎn)而廣受重視。從凈化治理的狀況來(lái)看,由于餐飲企業(yè)眾多且分散,只能簡(jiǎn)單地監(jiān)測(cè)油煙凈化系統(tǒng)各設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài),般只要煙道閥門(mén)和風(fēng)機(jī)設(shè)備處于開(kāi)啟狀態(tài),就判定為油煙排放正常即所謂的排放達(dá)標(biāo);對(duì)于油煙凈化設(shè)備的工作狀態(tài)是通過(guò)監(jiān)測(cè)油煙凈化設(shè)備的運(yùn)行功率等參數(shù)的變化進(jìn)行判別;其潔凈程度則是根據(jù)定期數(shù)據(jù)記錄或凈化器上吸附油煙雜物的情況來(lái)判別是否需要清洗。隨著嵌入式、無(wú)線通信和多傳感器融合技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用,各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成應(yīng)用在油煙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,將有益于提高企業(yè)對(duì)油煙凈化綜合監(jiān)控能力、給予zf及環(huán)保部門(mén)數(shù)字化指標(biāo),推動(dòng)人與自然和諧發(fā)展。
2系統(tǒng)體系架構(gòu)
圖 1 系統(tǒng)整體架構(gòu)
該智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)分為三個(gè)模塊,即前臺(tái)控制器、通信網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器,整體架構(gòu)如圖1所示。
前臺(tái)控制器部分包括廚房端和管道端,其中廚房端由個(gè)主控制器與兩個(gè)從控制器組成,每個(gè)控制器可管理兩個(gè)罩臺(tái)加四個(gè)爐頭的標(biāo)準(zhǔn)組合,主從控制器之間采用 RS485雙絞線通信,主控制器、管道端與網(wǎng)關(guān)之間均采用無(wú)線通信。
網(wǎng)關(guān)連接前端設(shè)備與云平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信令的轉(zhuǎn)發(fā),每個(gè)系統(tǒng)布設(shè)個(gè)網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)與前端設(shè)備之間采用 Lora 無(wú)線通信協(xié)議通信,默認(rèn)為兩個(gè)無(wú)線信道并行通信。廚房主控制器與管道端的無(wú)線信道與網(wǎng)關(guān)的任無(wú)線信道致才能通信。般情況下,可先統(tǒng)計(jì)廚房端主控制器數(shù)量加個(gè)管道端,然后平均分配到網(wǎng)關(guān)的兩個(gè)信道上。為了避免單信道交互堵塞,網(wǎng)關(guān)與云平臺(tái)之間采用4G無(wú)線協(xié)議通信。
服務(wù)器層作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的核心空間,可以實(shí)現(xiàn)不同餐飲企業(yè)任時(shí)刻多組傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的交互。智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行在 Tomcat服務(wù)器上,采用的是Spring Boot設(shè)計(jì)模式的請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)型的輕量級(jí) Web 框架,為用戶(hù)提供其所需的實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行情況,支持用戶(hù)以瀏覽器方式對(duì)油煙凈化系統(tǒng)智能化監(jiān)測(cè)與控制。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
無(wú)論廚房端控制器還是管道端控制器都是通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,并上傳給服務(wù)器供后臺(tái)統(tǒng)計(jì)和管理。
3.1 廚房端主控電箱
廚房端主控電箱連接控制的傳感器、煙道閥門(mén)等設(shè)備如圖2所示。當(dāng)爐頭上方溫度探頭測(cè)量到當(dāng)前溫度比環(huán)境溫度高4度以上時(shí),即判定為廚師已啟動(dòng)爐頭開(kāi)始烹飪,系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)煙道閥門(mén)、啟動(dòng)煙罩風(fēng)機(jī),并上傳爐頭運(yùn)作信息到網(wǎng)關(guān)層,隨后網(wǎng)關(guān)會(huì)即時(shí)通知管道端啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備。在整個(gè)烹飪過(guò)程中,廚房端控制器會(huì)連續(xù)地采集當(dāng)前爐頭上方測(cè)量的溫度和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、煙道閥門(mén)啟閉狀態(tài)、煙罩風(fēng)機(jī)功率等參數(shù)并上傳到系統(tǒng)服務(wù)器。當(dāng)爐頭上方溫度探頭測(cè)量到溫度與當(dāng)前環(huán)境溫度大致相同后,會(huì)延時(shí)關(guān)閉煙罩風(fēng)機(jī)和煙道閥門(mén),并上傳廚房端爐頭關(guān)閉信息到網(wǎng)關(guān),隨后網(wǎng)關(guān)通知管道端并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)控。
圖 2 廚房端電箱控制圖
3.2 管道端主控電箱
管道端主控電箱連接控制的傳感器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備如圖3所示。管道端控制器根據(jù)接收通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳來(lái)的廚房端爐頭點(diǎn)火信息和測(cè)量煙道內(nèi)油煙濃度信息,啟動(dòng)變頻風(fēng)機(jī)、凈化器和除味器等相關(guān)設(shè)備,并按照預(yù)設(shè)置的參數(shù)模式智能自行調(diào)控凈化功率和變頻風(fēng)機(jī)功率。管道端控制器連接的傳感器等設(shè)備的運(yùn)行信息直接上傳到網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到廚房端顯示其廚房端運(yùn)行狀態(tài)。
圖 3 管道端電箱控制圖
3.3 無(wú)線網(wǎng)關(guān)
網(wǎng)關(guān)作為智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互,需要配置各信道間的無(wú)線參數(shù)、各廚房主從控制器與管道端控制器地址、本機(jī)自身地址及服務(wù)器相關(guān)參數(shù)等。在網(wǎng)關(guān)參數(shù)配置中,需要在各信道參數(shù)配置下,因?yàn)楣艿蓝讼忍钊牍艿蓝说刂吩偬钊肱c該管道端相連的廚房主從控制器地址,網(wǎng)關(guān)會(huì)根據(jù)本配置提取參數(shù)信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器。本機(jī)及服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)配置,主要是配置本機(jī)的缺?。J(rèn))網(wǎng)絡(luò)地址。
般情況下,系統(tǒng)默認(rèn)開(kāi)啟 DHCP 服務(wù)器,允許服務(wù)器向客戶(hù)端動(dòng)態(tài)分配 IP 地址,連接成功后會(huì)自動(dòng)讀取配置信息;若采用DHCP服務(wù)器未能成功分配地址,則需點(diǎn)擊“禁用”再手動(dòng)輸入相應(yīng)本機(jī)IP地址,連接成功后亦自動(dòng)讀取配置信息。心跳配置中的IP地址和端口即為服務(wù)器的IP和通信端口,般情況服務(wù)器不變更無(wú)需重新配置。其中包間隔為上傳數(shù)據(jù)間隔,因?yàn)樵撓到y(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)的交互并不是毫秒級(jí)的要求,所以啟用移動(dòng)數(shù)據(jù)通信時(shí)在此設(shè)置心跳間隔可以降低網(wǎng)絡(luò)流量的浪費(fèi),以此節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,軟件層面的設(shè)計(jì)至關(guān)重要,為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和精確化,需要建立個(gè)足夠清晰的數(shù)據(jù)。由網(wǎng)關(guān)將設(shè)備的工作狀況信息持續(xù)傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù),系統(tǒng)定時(shí)間間隔掃描數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表,分析計(jì)算后傳到系統(tǒng)前端供管理員查看。其中Web服務(wù)器采用的是MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù),主要表單如表1 所示。
表 1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的主要表單
Web 服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中提取已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),按照系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行提煉,將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合統(tǒng)計(jì)展現(xiàn)給系統(tǒng)平臺(tái)。整個(gè)平臺(tái)主要包括五大功能模塊,數(shù)據(jù)監(jiān)控、地圖監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、消息和系統(tǒng)管理。
例如油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是對(duì)餐飲企業(yè)煙道出口處的油煙進(jìn)行濃度實(shí)時(shí)采樣,以得到油煙濃度的準(zhǔn)確量化的數(shù)據(jù),為了確保凈化后的油煙濃度能達(dá)到家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),盡量減少油煙排放后對(duì)環(huán)境的污染。數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示在系統(tǒng)的頁(yè),用戶(hù)登錄成功后即可看到當(dāng)前油煙設(shè)備的工作狀態(tài),包括閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、凈化器開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其功率、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其功率、凈化前后的油煙濃度等所有監(jiān)測(cè)終端設(shè)備工作狀態(tài)的信息。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能模塊主要是通過(guò)分析計(jì)算出油煙凈化系統(tǒng)在定時(shí)間內(nèi)的平均濃度、溫度、濕度和能耗等數(shù)據(jù),能夠及時(shí)、較為完整地反映餐飲企業(yè)的油煙排放情況及趨勢(shì),進(jìn)行前端整合繪制出各時(shí)間段內(nèi)的餅狀圖和曲線圖讓用戶(hù)更直觀的看到油煙凈化的整體情況。
針對(duì)餐飲企業(yè)分布散但廣泛的情況,本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中應(yīng)用到了baidu地圖開(kāi)源的 JavaScript API應(yīng)用程序接口。在標(biāo)注的地點(diǎn)上能夠顯示該餐飲企業(yè)的位置詳情及實(shí)時(shí)參數(shù)等。隨著餐飲企業(yè)的不斷注冊(cè)植入,該地圖監(jiān)控功能日后對(duì)于在所有用戶(hù)里查找目標(biāo)用戶(hù)的需求來(lái)講提供了便利性。
消息功能模塊里主要分為兩個(gè)部分,實(shí)時(shí)報(bào)警和用戶(hù)反饋,旦系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)會(huì)發(fā)送報(bào)警信息給餐飲企業(yè);當(dāng)凈化設(shè)備異常時(shí)用戶(hù)可以通過(guò)消息發(fā)送反饋信息給系統(tǒng)管理員。
而第五個(gè)功能模塊的權(quán)限只限于系統(tǒng)管理員,其擁有系統(tǒng)的使用權(quán)限。例如每當(dāng)個(gè)新餐飲企業(yè)入戶(hù)時(shí),需要管理員進(jìn)行系統(tǒng)注冊(cè),對(duì)安裝設(shè)備的種類(lèi)和數(shù)量進(jìn)行登記,然后分配賬號(hào)給餐飲企業(yè),企業(yè)就可以查看瀏覽油煙凈化設(shè)備的工作狀況等詳情。
該智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分利用了第四代移動(dòng)通信技術(shù)的高速傳輸特性;結(jié)合了低功耗設(shè)計(jì)的設(shè)備和自動(dòng)化的調(diào)控技術(shù)使得餐飲企業(yè)油煙凈化系統(tǒng)的能效比顯著提升;通過(guò)大數(shù)據(jù)分析給予餐飲企業(yè)故障預(yù)警,未故障、先預(yù)警。
5安科瑞AcrelCloud3500監(jiān)測(cè)云平臺(tái)
為了彌補(bǔ)現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測(cè)上的漏洞,同時(shí)便利監(jiān)管部門(mén)的監(jiān)察,安科瑞油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)2G/4G與云端平臺(tái)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互,系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)餐飲設(shè)備的開(kāi)機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控;實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)率監(jiān)測(cè),凈化效率監(jiān)測(cè),設(shè)施停運(yùn)告警,待清洗告警,異常告警等功能;對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、前等統(tǒng)計(jì)功能;較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測(cè)方案,更具性和實(shí)效性。平臺(tái)預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對(duì)接接口,具有很好的擴(kuò)展性及融合性。
5.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)
平臺(tái)GIS地圖采集處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù),自動(dòng)對(duì)超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警,監(jiān)管部門(mén)可迅速進(jìn)行處理,督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備,并定期清洗、維護(hù),實(shí)現(xiàn)減排環(huán)保,不擾民等目的。現(xiàn)場(chǎng)安裝監(jiān)測(cè)終端,持續(xù)監(jiān)測(cè)油煙凈化器的工作狀態(tài),包括設(shè)備運(yùn)行的電流、電壓、功率、耗電量等等,同時(shí)結(jié)合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進(jìn)行對(duì)比分析,旦排放超標(biāo),系統(tǒng)會(huì)發(fā)出異常信號(hào)。
■ 油煙監(jiān)測(cè)設(shè)備用來(lái)監(jiān)測(cè)油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)
■ 凈化器和風(fēng)機(jī)配合對(duì)油煙進(jìn)行凈化處理,同時(shí)對(duì)凈化設(shè)備的電流、電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)
■ 設(shè)備通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程云端服務(wù)器
5.2 平臺(tái)主要功能
()在線監(jiān)測(cè)
對(duì)油煙排污數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè),包括油煙排放濃度,顆粒物,NmHc等數(shù)值采集監(jiān)測(cè);同時(shí)對(duì)監(jiān)控風(fēng)機(jī)和凈化器的啟停狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
(二)告警數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)根據(jù)采集的油煙數(shù)值大小,產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的排放超標(biāo)告警;對(duì)凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析,上傳凈化設(shè)備對(duì)應(yīng)的運(yùn)行、停機(jī)、故障等告警事件。
(三)數(shù)據(jù)分析
運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)分析,離線分析;告警占比、前分析;歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。
(四)隱患管理
系統(tǒng)對(duì)采集的告警數(shù)據(jù)分析,產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的隱患記錄,派發(fā)、處理隱患,及時(shí)處理告警,形成閉環(huán)
(五)統(tǒng)計(jì)分析
包括時(shí)長(zhǎng)分析、超標(biāo)分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報(bào)告等模塊
(六)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)
個(gè)人信息、權(quán)限維護(hù),企業(yè)信息錄入,對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)信息錄入等
(七)數(shù)據(jù)服務(wù)
數(shù)據(jù)采集,短信提醒,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和解析
5.3油煙監(jiān)測(cè)主機(jī)
油煙監(jiān)控主機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)的管理設(shè)備,實(shí)時(shí)采集油煙濃度探測(cè)器和工況傳感器的信號(hào),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器平臺(tái)。同時(shí),對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài),提供人機(jī)操作界面。
具體技術(shù)參數(shù)如下:
5.4 設(shè)備選型方案
注:雙探頭適合雙排煙通道的場(chǎng)合,每路探頭監(jiān)測(cè)1路排煙通道。
6結(jié)語(yǔ)
油煙污染已經(jīng)成為了我三大污染源之,zf及環(huán)保相關(guān)部門(mén)對(duì)油煙污染控制的制定標(biāo)準(zhǔn)不太完善,導(dǎo)致對(duì)餐飲業(yè)油煙污染的控制與執(zhí)行存在大量灰色問(wèn)題。
油煙監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入能實(shí)時(shí)顯示油煙凈化設(shè)備運(yùn)行工況、出風(fēng)口污染物指數(shù)和設(shè)備維護(hù)提醒等智能化功能。它讓切數(shù)據(jù)可視化,讓客戶(hù)實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息,讓環(huán)保相關(guān)部門(mén)規(guī)范監(jiān)督管理有據(jù)。
針對(duì)餐飲企業(yè)任時(shí)間節(jié)點(diǎn)的油煙實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算,智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只是在原有油煙凈化設(shè)備的前提下進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析,今后的研究重點(diǎn)會(huì)放在大數(shù)據(jù)處理方面,希望通過(guò)對(duì)大量餐飲企業(yè)的油煙排放各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行分析、算法運(yùn)算得到油煙凈化設(shè)備效益的額定功率,提供設(shè)備設(shè)計(jì)廠商相符合市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定。
【參考文獻(xiàn)】
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[2]馮天成,盧設(shè)階,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),武漢紡織大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院,2019
[3]安科瑞AcrelCloud-3500監(jiān)測(cè)云平臺(tái).2020.05版
作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司,主要從事監(jiān)測(cè)的研發(fā)與應(yīng)用。