基于5G通讯的粉尘实时监测综合实验系统及实验方法与流程

本发明属于粉尘监控技术领域，具体涉及一种基于5g通讯的粉尘实时监测综合实验系统及实验方法。

背景技术：

随着经济社会发展和城市化进程的加速，我国颗粒物污染的态势日益严峻，粉尘污染涉及到许多企业，尤其以热力发电、煤矿、水泥厂、建筑工地等最为严重。一方面，粉尘是引发职业病的主要因素。另一方面，高浓度粉尘环境下极易引发爆炸事故，造成重大经济损失和恶劣的社会影响，因此必须采取有效措施。

目前，现有技术能查到的相关粉尘实时监测和自动喷雾的系统有很多，如：

申请号201911007870.0公开了一种基于图像的矿井粉尘监测方法，采用开放气室，不需抽气泵和粉尘处理设备，图像采集设备采集光源图像，利用红外光和蓝色光亮度值差值进行粉尘监测，可有效抑制彩色摄像机灵敏度变化、水雾和污物等对系统监测值的干扰，无需调零和系统灵敏度标定，灵敏度高、便于安装维护，其可进一步保障了系统监测数据的准确性，特别适用于井下多尘环境，具有广阔的应用空间。

申请号201910203775.1公开了一种粉尘监控装置，包括粉尘监测主体，粉尘监测主体的顶部中间位置设进气口，其底部中间位置设出气口，在粉尘监测主体的底部还设有一体式的拱形突出部和两根支撑主架，两根支撑主架位于出气口之后，在拱形突出部的底部设有一根支撑副架，在粉尘监测主体和拱形突出部内设有粉尘监测系统，粉尘监测系统的进气端与进气口对接，粉尘监测系统的出气端与出气口对接，在粉尘监测主体设有显示屏，显示屏与粉尘监测系统连接，用于显示粉尘监测系统的监测数据。其应用时，可以很方便地用于矿井下的复杂环境中进行粉尘监测，同时可以有效提高在矿井下对粉尘的测量精度。

上述现有技术公开的方法，虽然能对粉尘起到一定的监测与抑制作用，但还存在一些关键问题不能解决。一是通讯方式不够完善，大多存在通讯失败率高、缺乏容错机制、信道出错堵塞等问题，尤其在反馈控制系统中，采样调节周期的大范围抖动相当于信号延迟后的变化，有可能使系统性能下降或不稳定。二是系统的数据传输率低，数据传输延时程度高，远距离信息反馈不及时，无法实现粉尘浓度的实时在线监控。三是系统自动化水平较低，多数为定时或定量的喷雾降尘，无法实现在出现粉尘浓度高而进行喷雾的智能化工作。因此现有技术有待于更进一步的完善和发展。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题：

解决现有粉尘监测系统存在的由于信息传输不及时、信号延迟等造成的无法实现粉尘浓度的实时在线监控这一技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种基于5g通讯的粉尘实时监测综合实验系统，其采用了以下技术方案：

一种基于5g通讯的粉尘实时监测综合实验系统，其包括粉尘发生装置、粉尘监测装置，还包括自动喷雾装置、5g通讯网络及计算机系统；

所述的粉尘发生装置，用于模拟形成各种浓度的粉尘环境；

所述的粉尘监测装置包括风筒及位于所述风筒内的粉尘传感器、风速传感器和滤膜采样装置，在所述风筒的尾端连接所述的自动喷雾装置，所述的自动喷雾装置的另一端依次连接有风机和静电除尘器；

所述的自动喷雾装置，包括控制模块、反馈模块及喷雾模块；

所述的5g通讯网络，包括5g终端、5g通讯基站及云端，所述的5g终端搭载在所述的粉尘发生装置、粉尘监测装置及自动喷雾装置上，所述的5g终端将各个装置中的数据通过5g通讯基站传输到云端，再通过所述的云端传输至所述的计算机系统，并通过所述的计算机系统对云端进行实时调控。

作为本发明的一个优选方案，所述的粉尘发生装置包括粉尘发生器，所述的粉尘发生器位于所述风筒的前方且保持一段距离。

作为本发明的另一个优选方案，所述的自动喷雾装置的各个模块通过所述的5g通讯网络形成互联，当所述的粉尘传感器监测的粉尘浓度达到所设定的阈值时，通过5g通讯网络依次传输至云端、计算机系统，通过所述的计算机系统控制所述的自动喷雾装置开启喷雾模块进行喷雾。

进一步的，所述的计算机系统还配置有5g调制解调器，用于记录、存储、显示所述的云端上传的数据。

本发明的另一任务在于提供一种基于5g通讯的粉尘实时监测综合实验方法，其采用上述的一种基于5g通讯的粉尘实时监测综合实验系统，实验方法包括以下步骤：

a、通过粉尘发生装置，模拟形成各种浓度的粉尘环境；

b、通过位于风筒内的粉尘传感器监测粉尘，当粉尘浓度达到所设定的阈值时，通过5g通讯网络将信号传输至云端，通过云端传输至计算机系统，由计算机系统发出指令；

c、在进行喷雾降尘的同时，粉尘传感器继续监测粉尘浓度，监测结果反馈到云端，通过计算机系统根据粉尘浓度变化实时发出匹配指令，进而对所述的自动喷雾装置进行控制。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)本发明将5g通讯技术应用于粉尘监控及喷雾降尘领域，传感器的实时监测数值，粉尘发生器、静电除尘器的设备参数，自动喷雾装置的开闭指令等一系列状态信息和控制信息均通过5g通信网络实现传递或接收，减少了控制路径，具有超高可靠低时延通信，通信响应速度将降至毫秒级。

(2)通过5g通信网络，实现了粉尘监测及自动喷雾装置的高效互联，在环境粉尘浓度达到系统所设定的阈值时，当环境粉尘实时监测浓度达到系统所设定的阈值时，由计算机系统自动发出指令，经5g通讯网络传输到相应电磁阀终端，进而控制喷雾系统进行喷雾降尘。

(3)所有算法在云端实现，云端通过算法对系统设备的运行情况进行分析、优化，并通过5g通讯网络对系统进行控制，省去了常规dcs、plc、fcs等专用控制硬件及软件费用、节省了底层设备至管控系统的计算机电缆费用及其相应的施工费用。

(4)5g网络通信环境更加安全，对于特殊的服务可建立起专门的安全机制。本发明可进一步应用于工厂粉尘控制及管理，同时数据在同一云端内保证了管理及控制数据的统一性、实时性及安全性，为智能化数据分析创造了有利条件。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明粉尘监测及自动喷雾装置结构示意图；

图2为本发明实验系统通讯示意图；

图3为本发明计算机系统控制流程图；

图中：1、粉尘发生器，2、风筒，3、粉尘传感器，4、风速传感器，5、自动喷雾装置，6、滤膜采样装置，7、风机，8、静电除尘器，9、5g终端，10、5g通讯网络，11、云端，12、5g调制解调器，13、计算机系统。

具体实施方式

本发明提出了一种基于5g通讯的粉尘实时监测综合实验系统及实验方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明中述及的5g通讯网络可以使用5g运营商公网或者企业自建5g专网。

本发明提供了一种基于5g通讯的粉尘实时监测综合实验系统，结合图1和图2所示，包括粉尘发生装置、粉尘监测装置、自动喷雾装置、5g通讯网络及计算机系统。

上述的粉尘发生装置如粉尘发生器1，其位于该实验系统的首端，可经风流粉碎制备烟煤、滑石粉或其他粉尘，用于模拟形成各种浓度的粉尘环境。

上述的粉尘监测装置，包括风筒2、粉尘传感器3、风速传感器4、滤膜采样装置6，其中，粉尘传感器3、风速传感器4和滤膜采样装置6均位于风筒2内，风筒2材质为不锈钢，风筒2作为该粉尘监测装置的主体部分，粉尘发生器1产生的粉尘流经该该风筒2，通过粉尘传感器、风速传感器来检定粉尘浓度，在该风筒2的末端有自动喷雾装置5。

自动喷雾装置5包括控制模块、反馈模块、喷雾模块，通过5g通讯网络10形成互联，当环境粉尘实时监测浓度达到系统所设定的阈值时，由计算机系统13自动发出指令，经5g通讯网络10传输到相应电磁阀终端，进而控制自动喷雾装置5进行喷雾降尘。

在自动喷雾装置5的尾部安装有一个风机7，风机后安有静电除尘器8，风机7的作用：一方面可用来将含尘空气吸入静电除尘器8中，另一方面可以使粉尘浓度从较高峰值快速降低至较低值。静电除尘器8用于回收测试粉尘。粉尘发生器1、粉尘传感器3、风速传感器4、静电除尘器8通过5g通讯网络10形成互联，设备数据按照5g通讯协议的要求进行编码传输。

5g终端9搭载在粉尘发生装置、粉尘监测装置及自动喷雾装置上，5g终端将各个装置中的数据通过5g通讯基站传输到云端11，再通过云端传输至计算机系统13，并通过计算机系统对云端进行实时调控。

优选计算机系统配有5g调制解调器12，具有5g双向通讯功能。同时具有粉尘浓度监测的记录、存储和云端处理功能，可显示实时数据，记录上传云端数据库，并实现数据的优化分析。

上述的粉尘发生装置、粉尘监测装置、自动喷雾装置通过5g通讯网络10高度融合，联结成为一个相互作用的整体系统，由计算机系统及其云端进行实时调控，在进行喷雾降尘的同时，粉尘监测装置持续监测粉尘浓度，将监测结果反馈到云端11，计算机系统根据粉尘浓度变化实时发出匹配指令，进而对自动喷雾装置5进行多次控制，直至粉尘浓度低于标准值，使监测结果与降尘效率达到更加精确、稳定的效果。

本发明实验系统能够开机自动监测5g信号，自动注册，自动选择最优的传输链路，具有接入安全管理、控制指令透明传输等特点，并具备断网、断信号、断电等设备运行状态信息，确保数据采集及控制指令实时传输到位，以保证实验系统精确可靠。

下面对本发明一种基于5g通讯的粉尘实时监测综合实验方法做详细说明。

具体包括以下步骤：

首先，通过粉尘发生装置，模拟形成各种浓度的粉尘环境；

其次，通过位于风筒内的粉尘传感器监测粉尘，当粉尘浓度达到所设定的阈值时，通过5g通讯网络将信号传输至云端，通过云端传输至计算机系统，由计算机系统发出指令；

最后，在进行喷雾降尘的同时，粉尘传感器继续监测粉尘浓度，监测结果反馈到云端，通过计算机系统根据粉尘浓度变化实时发出匹配指令，进而对自动喷雾装置进行控制。

如图3所示，本发明计算机系统的控制流程为：首先计算机系统处于待机状态，当粉尘监测装置开始运行时，云端自动接收粉尘传感器数据，计算机系统进行数据优化分析。若分析结果判定为粉尘浓度超标，则由数据库存储数据，云端发送自动喷雾装置开启指令，在喷雾降尘的同时由粉尘监测装置持续监测，并循环以上步骤，直至判定结果为粉尘浓度未超标，云端发送自动喷雾装置关断指令，计算机系统显示并存储后续数据。

本发明基于5g通讯技术，通过设备间的互联，粉尘发生装置、粉尘监测装置与喷雾装置间的互联，大大降低了数据传输的延时性，提高了监测数据传输速度，信息反馈速度及系统自控速度，真正实现了粉尘浓度实时测量，实时反馈，实时控制，实时降尘的一体化、自动化流程。

本发明中未述及的内容借鉴现有技术即可实现。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。