全套智慧工厂监测管理系统整体解决方案1 概述安全生产事关人民群众的生命和财产安全，各级政府一贯高度重视安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。如何改变目前工厂生产管理落后的管理模式，实现管理的现代化、信息化成为管理者研究的重要课题。因此，借助以灾害预防、事故救助、电子信息化等先进的管理手段是工厂安全生产管理的必然选择。北京*科技有限公司根据工厂安全生产管理的需要研发的工厂人员考勤定位及安全监测管理系统为工厂安全生产管理提供了崭新的安全管理理念。紫蜂工厂人员定位考勤及安全监测管理系统是在ZigBee技术的基础上，结合先进的通信、计算机及网络技术成功研发的综合管理平台。系统是集ZigBee无线通讯技术、嵌入式技术、工业以太网传输技术、数据库处理技术、计算机软件技术、地理信息系统技术、互联网技术、传感技术等技术于一体的，也是国内技术领先、运行稳定、设计专业化的工厂监测系统。使管理人员能够随时掌握工厂人员、设备的分布状况和每个人员和设备的运动轨迹，危险报警信息等、便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据工厂人员考勤定位及安全监测管理系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。这一科技成果的实现，可有效提高工厂管理效率。 紫蜂无线定位系统免布线、自组网、信号覆盖容易。紫蜂”智慧工厂”无线定位考勤及监测管理系统特点：ZigBee无线Mesh超强组网，基于国际标准协议IEEE802.15.4底层协议，在个别基站出现故障的时候，其他基站可自助链接，保障了网络总体的运行稳定，确保系统不会出现停止崩溃的现象，可有效地24小时提供监控管理。终端设备体积小巧方便携带，经久耐用安全可靠，重量轻辐射小，工作时的辐射是手机辐射量的千分之一，识别卡使用一天的辐射量相当于手机通通话一分钟，是理想安全的随身定位管理产品。2 技术背景ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是为解决传统无线技术的若干弊端，实现低成本、低功耗的无线网络而创建的国际无线通信标准。 ZigBee联盟成立于2002年，至今在全球拥有二百家以上的会员单位，如飞利浦、摩托罗拉、三菱、华为等知名企业。 ZigBee技术在智能家居、人员定位、医疗监护、工业控制等多种领域及行业有着广泛的应用前景。 ZigBee作为新兴的国际标准，具有以下优点： 环保省电 ：ZigBee技术采用了多种节电的工作模式，可以确保两节五号电池支持长达18个月到2年左右的使用时间； 通信可靠 ：ZigBee采用了CSMACA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突； 自组网功能：无需人工干预，65535网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成网状型结构的网络； 自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作，从而降低网络的维护成本。 成本低廉 ：ZigBee的工作频段灵活，为免执照频段的2.4GHz，就是没有使用费的无线通信。 网络容量大 ：一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在200多个ZigBee网络。 数据安全 ：ZigBee联盟还开发了安全层， 保证便携设备不会意外泄露其标识，而且这种利用网络的远距离传输也不会被其他节点获得。定义了一种灵活、安全的网络层。ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。3系统架构 3.1系统示意图 系统具有极大的灵活性，有多种组网方式，可以根据各厂区的实际情况和用户的需要，选择不同的组网方式，构建成不同的系统架构，从而满足不同规模用户的要求。 系统架构示意图 3.2定位原理紫蜂无线定位技术是采用ZigBee无线网络技术为通信基础，以信号强度和空间位移为定位依据的一种新型定位系统。它适用于室内、地下等GPS无法覆盖的区域，有效弥补了现在GPS定位系统的不足。各定位基站间以无线网状网的形式组成无线定位网络，对目标区域实现信号覆盖；当移动识别卡在网络内移动时，移动识别卡和各定位基站之间通信的信号强度及时空位移会随它们之间的距离、时间变化而改变，由于信号强度、时间和距离间有一定的对应关系，且各定位基站的位置坐标已知，在得知移动识别卡与多个（大于等于3个）定位基站之间的信号强度和空间位移后，即可计算出移动定位卡的位置。 定位基站移动识别卡 定位原理示意图4系统功能 系统定位为智慧工厂综合管理平台，主要功能为：GIS实时定位跟踪、行动轨迹回放、求助报警、电子围栏、视频联动、气体监测、人员巡检、票证管理、考勤统计、移动端APP管理等十大功能项。 4.1实时定位:可实时显示人员位置信息。 4.2 实时轨迹回放：管理人员可随时查看工作人员的工作行走路线。 4.3 报警求助：当遇到突发情况时，可及时向中心发送声光求助信号。 4.4 电子围栏：可设置危险区域进入报警、限定危险区域超员报警、滞留报警等。 4.5视频联动：系统可调用厂区内摄像头实时画面。 4.6 气体监测：系统可调用厂区内有毒有害气体监测数据。 4.7 人员巡检：指定时间内指定人员按照指定路线巡检，以完成岗位巡检监督。 4.8 票证管理：上传员工票证照片后管理人员可微信收到该作业票证工作信息。 4.9 考勤统计：一、本系统具有强大的考勤能力，人员无需排队靠近基站，系统自动记录人员的进出时间，为工厂提供简易考勤管理。二、系统支持集成门禁系统，生成包括部门、班次、部门等完善的考勤报表，为工厂提供精细考勤管理。 4.10 APP管理：支持手机/腕表等移动端设备，便于远程管理。 5 系统特性 5.1系统软件特性 5.1.1先进的架构平台 采用java技术开发，基于成熟稳定的MVC框架，具备良好的稳定性、扩展性、安全性，灵活地需求变动功能。 更好的实现跨平台运行操作，实现功能更为强大，扩展空间更为广阔。 5.1.2强大的应用拓展功能 业务模块扩展兼容原有工厂管理模式，并可定制管理各功能模块。 业务规则扩展通过权限开关，能够很方便的控制角色的权限和嵌入系统。 5.1.3安全 采用了将用户操作权限与用户主题权限双页面单独设置的模式。 避免了系统超级管理员对系统数据进行无限制的增、删、改、查的操作。 根据角色区分，可定义本系统实时监控人员以及后台操作人员。 通过利用系统用户身份认证，控制范围，防止非授权访问，保证系统的安全。 5.1.4多样化报表 集成了报表插件、打印插件，可以有效利用既有系统中的相关数据。 根据用户实际需求，进行自定义报表设置，并形成有效打印。 可根据用户自定义需求，为用户进行定制打印设计。 5.1.5易操作 本系统设计之初即是考虑到通过利用先进的网络办公平台，降低劳动强度，提高工作效率。 本系统采用统一的界面，色调淡雅、美观大方、简洁明了，能有效缓解长时间使用系统产生的用眼疲劳。 5.1.6 GIS地理信息平台 GIS地理信息系统平台，使软件功能丰富，图文并茂； 能够对工程图进行矢量化和矢量图属性编辑功能，具有放大、缩小和移动功能； 工厂内重要设备、设施也可以显示在GIS电子地图上。 5.1.7便捷的系统管理功能 管理软件可以分配多个不同权限的用户，方便各个用户在网络终端上同时运行软件，查询厂区内实时情况，并可对软件进行分级别的操作。 5.1.8完善的系统告警体系 实时显示识别卡电量告警、电源工作状态告警、识别分站不在线告警、通讯接口故障告警、人员违章进入禁入区告警等。 5.2系统硬件特性 5.2.1低功耗 系统采用2.4GHZ芯片，采用ZigBee技术，一体化的电路设计，功耗低，识别卡USB充电设计，一次充电可使用20工作日。 5.2.2零漏读 用独特的数据处理技术，准确快速的识别卡，有效的解决了同频干扰问题； 解决了同一时间卡量太多，读卡器数据冲突造成错读、漏读识别卡而导致的考勤定位不精确和人员统计不准确的问题。 5.2.3自动诊断 具有自动诊断功能，并显示在屏幕上，设备故障时，自动报警。 5.2.4信息互动功能 本系统内嵌短信平台，能实现与厂区内人员与监控室监控电脑之间互发短消息。 5.2.5多种组网方式 系统提供多种可选择的组网方式，可以直接通过总线传输方式联网； 可以通过网络加ZigBee无线方式（推荐）； 可以通过光纤+总线传输方式联网； 可以通过工业以太网+现场总线的方式联网。 5.2.6施工简单 施工方便：无线传输，无需布线。 6系统技术指标6.1系统指标 设备等级：ExdIICT4 ExTD A21IP65T80 ZigBee通信速率：250Kbps 供电电压等级：交流：127/220/380V（15%20%） 海拔高度：不超过4000m 环境大气压：80kPa110kPa； 工作温度：-20+80； 工作湿度：10%-100%（25时）； 振动：加速度20m/s2； 冲击：峰值加速度500m/s2。 基站间通信距离（地面空旷）：1200m； 识别卡与基站(地面空旷)：120m； 无线发射功率：-7dBm to 18dBm； 无线频段 ：2.4GHz 最多识别卡数量：20000张以上 漏读率：万分之一 基站最大传输距离：30km 识别卡最大移动速度不大于15m/s 传输误码率：10-66.2主要设备指标 6.2.1防爆网关基站网关基站主要是信息处理传输功能,由2部分组成:一个是内嵌LINUX的ARM网关平台，此平台可通过登陆各个网关基站的IP，对其进行修改配置；另一个是嵌入式ZigBee通信模块ZF-1022。通过二者的无缝结合实现了从ZigBee到以太网的转换，及ZigBee子网的管理。 设备型号ZF-E105防爆等级ExdIICT4 ExTD A21IP65T80额定工作电流300mA（5v)发射功率0.8W工作电压220V AC/12V DC通讯方式Ethernet/ZigBee无线线缆选