CN104263904A - 用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统。包括智能中央处理单元、通讯接口模块、视频采集与管理模块、数据冗余备份模块、数据查询及检索模块，智能中央处理单元内置有实时数据采集模块、数据加密与解密模块、数据输出模块、报警模块以及嵌入式HTTP/TCP服务器，通讯接口模块与现场工业炉设备的仪器仪表、PLC连接，采集仪器仪表的数据，并且写回到PLC内部缓冲区，供PLC调用；嵌入式HTTP/TCP服务器对来自其它模块与单元的数据进行实时处理。本发明不间断监控工业炉运行状态，实时记录各种工艺参数、报警、违章和误操作行为，随时查询其工作状态和安全参数，并为可能出现的安全事故提供事后分析数据。

Description

用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统

技术领域

本发明涉及热处理设备监控系统，具体是一种对工业炉过程数据进行实时采集、记录和查询分析的黑匣子系统。

背景技术

现代工业炉控制的基本模式为：PLC（可编程序控制器）+人机接口（触摸屏）,仅能提供简单的工艺输入和简单的报警提示功能，并不能对设备的的运行和操作做实时和长时间的记录，更无法对操作人员的行为进行实时记录，一旦发生工艺故障、设备故障和操作错误引起的故障，将无法追溯到发生故障时的工艺设备状态，无法为已经出现的工艺及设备的安全事故提供安全、可靠的事后分析数据，也无法找出相应的预防和规避措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以对工业炉运行的各种参数进行实时监控与记录的黑匣子系统。它能够对设备上正在运行的工艺数据、设备运行状态、操作者的行为进行动态地实时的监测并记录保存，不仅为可能出现的工艺及设备的安全事故提供安全、可靠的事后分析数据，也对操作人员的错误操作进行提示和警告，配合PLC接口可以对涉及设备人身安全的错误操作进行禁止。黑匣子的数据通过加密方式保存在固态存储器中，任何人无法更改和查询，仅授权人员可以通过配套软件进行查看和分析。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统，包括智能中央处理单元、通讯接口模块、视频采集与管理模块、数据冗余备份模块、数据查询及检索模块；

所述的智能中央处理单元内置有实时数据采集模块、数据加密与解密模块、数据输出模块、报警模块以及嵌入式HTTP/TCP服务器；

实时数据采集模块通过通讯接口模块与现场工业炉设备的仪器仪表、PLC连接，采集仪器仪表的数据，并且写回到PLC内部缓冲区，供PLC调用；

嵌入式HTTP/TCP服务器对来自其它模块与单元的数据进行实时处理，并对数据进行加密存储；数据输出模块接收指令，对涉及设备人身安全的错误操作进行禁止；

报警模块对操作员的错误操作行为进行声光报警提示；所述的视频采集与管理模块，通过工业摄像机对设备的整个运行场景进行实时记录，对操作员的操作行为做实时记录，并由其对图像数据自动进行分类与管理，传输到智能中央处理单元；

所述的数据冗余备份模块，通过智能中央处理单元把数据传输到指定的冗余存储设备中进行安全冗余备份，传输介质为无线网络或有线以太网络；

所述的数据查询及检索模块，通过无线以太网或有线以太网从远端进行数据查询和检索，所有检索操作必须首先取得权限。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：

本发明能够全天不间断监控工业炉运行状态，实时记录工业炉运行时的各种工艺参数、各种报警，及操作员的所有操作行为。随时查询其工作状态和安全参数，并进行预警、报警、有效记录。并为可能出现的工艺及设备的安全事故提供安全、可靠的事后分析数据；本发明适用各种热处理设备，如推杆式连续炉、箱式多用炉、辊底式退火炉、井式炉、罩式炉、转底炉、网带炉、铸链炉、真空炉等各种热处理炉。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

所述的智能中央处理单元是一台嵌入式、无鼠标、键盘及显示器的微电脑处理机，配备有大容量工业固态硬盘，整机为适合工业现场恶略环境的自散热、无风扇全密闭结构的黑匣子。

所述视频采集与管理模块，配备大容量存储介质，配有多个分别进行抓怕操作摄像头，对多个场景分别记录。

所述现场通讯接口模块，通过Profibus、ProfiNet、Can总线、以太网和串行总线接口连接到所述的工业炉设备的所有仪器仪表和PLC系统。

所述的嵌入式HTTP/TCP服务器在授权许可情况下通过英特网或局域网进行远程访问。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构框图。

图2是本发明应用于推杆式连续炉时的系统结构示意图。

图3是本发明实施例的黑匣子结构示意图；

图中：31 -PROFIBUS-DP接口，32- CAN接口，33-RS485接口；34、35-以太网接口，

36-密闭壳体兼散热体，37-无线发射天线，38-电源接口。

具体实施方式

以下通过附图及实施例详述本发明，所举之例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而并非限制本发明的保护范围。

参见附图，本实施例给出的这种热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统，硬件采用嵌入式微电脑处理机，它是一台板载2G RAM内存、120G板载SSD盘或SSD固态硬盘、整机采用密闭壳体兼散热体36的黑匣子，适合现场恶略的环境，工作温度-10～70℃。无鼠标、键盘及显示器，带有：双千兆以太网接口34、35，RS485接口33，PROFIBUS-DP接口31，CAN接口32；具有无线发射天线37、电源接口38，24VDC供电。

黑匣子内装高性能的嵌入式数据库软件和专有的HTTP/TCP实时服务器，通过通信接口模块和数据采集模块对来自PLC、仪器仪表和工业摄像机的数据进行实时采集和记录保存。黑匣子和PLC的通讯速率在20～80毫秒之间，实现了对设备的状态和操作人员的操作行为的实时记录，所有数据加密保存，数据保存大于10年。

每个黑匣子配一套工业摄像机，自带2T存储介质。工业摄像机对设备的整个运行场景进行实时记录，它最多可以带 4个摄像头，对四个场景分别记录。24小时连续记录，保存时间大于3个月，数据先进先出，保存在摄像机本地硬盘。单个摄像头还可以根据情况由黑匣子控制进行抓拍，抓拍图片数据存储到黑匣子的数据库，保存10年。录像和图片为分析设备故障原因提供了更直接的数据，可以起到和黑匣子数据互相印证的作用。

通过数据查询与检索模块读出黑匣子的数据，需要专用的客户端软件，通过授权，可以通过网络在办公室内进行数据查看和下载。在局域网内，通过黑匣子数据冗余与备份模块，可以指定局域网内任一台在线电脑作为黑匣子的数据冗余备份载体，黑匣子内的服务器将实时备份数据到此台电脑，使数据的可靠性进一步提高。

具体实施步骤如下：

⑴黑匣子组装测试：

在-10℃～+70℃工作温度下交替连续运行48小时，其中-10℃工作温度连续运行24小时，+70℃工作温度连续运行24小时，期间内装服务器模拟正常数据采集记录，并以1s钟每次对硬盘进行写操作。整个期间黑匣子不能有死机、重启等任何故障。

硬盘存储数据必须达到100%正确。

     ⑵黑匣子通过Profibus-DP总线和PLC进行通讯，进行数据采集。通过CAN和RS485网络对仪表、流量、液位等进行工艺数据采集。为了实现数据的实时采集，和每个PLC分别进行连接组态，对PLC的所有输入和输出I/O映像实时采集，由于数据量较小，循环采集周期在80ms以下。每500毫秒进行数据库写入操作。确保数据的实时存储。所有数据由数据加密与解密模块进行压缩加密记录

     ⑶PLC内部留有和黑匣子的数据交换区。通过数据输出模块，写入PLC缓冲区，一些对人身和设备有严重危害的操作流程将由黑匣子进行监控，把使能标记实时发送到PLC数据交换区，使能位激活时才允许操作。对操作者的错误操作同时给出提示和报警。这些流程可以由管理员提前编制录入黑匣子的数据库。

     ⑷黑匣子通过CANBus、RS485网络对仪表和变频器数据进行实时采集，并且写回到PLC内部缓冲区，供PLC调用。

    ⑸全景摄像头-2记录整个设备的运行录像，并实时存入摄像机的硬盘内。存储时间大于4个月。上料区摄像头-1对每一盘料进行拍照操作，图片随料盘跟踪进入黑匣子的数据库内。存储数据大于10年。

⑹黑匣子还对所有工艺运行参数和配方进行实时跟踪记录，每200ms采集一次数据并进行压缩加密记录。

⑺通过千兆以太网洛，通过数据冗余备份模块实时备份数据到备份电脑-1上。 

⑻通过数据查询与检索模块，由专用的客户端软件，管理员可以随时查看黑匣子数据。既可以在黑匣子查看，也可以在冗余备份电脑查看。

本发明的工业炉过程记录及管理的黑匣子系统，随工业炉设备开机启动，工业炉黑匣子启动后，即可实时记录采集设备运行的状态和工艺参数、操作人员的操作行为、及设备运行的实时场景。并且实时备份数据到冗余备份电脑。黑匣子系统则自动存储和记录各项参数、操作记录，包括图像、声音等。工业炉过程记录黑匣子中的智能中央处理单元则会对存储数据做加密处理。数据按时间顺序进行组织存储，遵循先进先出的规则，该单元会自动删除最早记录信息，无需人为删除；另一方面，黑匣子采集到的数据通过无线或有线网络的方式实时上传到冗余备份存储器中并保存，以对数据做双重保护。

综上所述，工业炉过程记录黑匣子在结构上采用无风扇全密闭封装，无键盘及鼠标，操作者无法对数据进行读取和更改操作。它能够对设备上正在运行的工艺数据、设备运行状态、操作者的行为进行动态地实时的监测并记录保存，不仅为可能出现的工艺及设备的安全事故提供安全、可靠的事后分析数据，也对操作人员的错误操作进行提示和警告，配合PLC接口可以对涉及设备人身安全的错误操作进行禁止。

Claims (5)

1.一种用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统，包括智能中央处理单元、通讯接口模块、视频采集与管理模块、数据冗余备份模块、数据查询及检索模块，其特征在于：

所述的智能中央处理单元内置有实时数据采集模块、数据加密与解密模块、数据输出模块、报警模块以及嵌入式HTTP/TCP服务器；

实时数据采集模块通过通讯接口模块与现场工业炉设备的仪器仪表、PLC连接，采集仪器仪表的数据，并且写回到PLC内部缓冲区，供PLC调用；

嵌入式HTTP/TCP服务器对来自其它模块与单元的数据进行实时处理，并对数据进行加密存储；数据输出模块接收指令，对涉及设备人身安全的错误操作进行禁止；

报警模块对操作员的错误操作行为进行声光报警提示；

所述的视频采集与管理模块，通过工业摄像机对设备的整个运行场景进行实时记录，对操作员的操作行为做实时记录，并由其对图像数据自动进行分类与管理，传输到智能中央处理单元；

所述的数据冗余备份模块，通过智能中央处理单元把数据传输到指定的冗余存储设备中进行安全冗余备份，传输介质为无线网络或有线以太网络；

所述的数据查询及检索模块通过无线以太网或有线以太网从远端进行数据查询和检索，所有检索操作必须首先取得权限。

2.根据权利要求1 所述的用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统，其特征在于，所述的智能中央处理单元是一台嵌入式、无鼠标、键盘及显示器的微电脑处理机，配备有大容量工业固态硬盘，整机为适合工业现场恶略环境的自散热、无风扇全密闭结构的黑匣子。

3.根据权利要求1所述的用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统，其特征在于，所述视频采集与管理模块，配备大容量存储介质，配有多个分别进行抓怕操作摄像头，对多个场景分别记录。

4.根据权利要求1 所述的用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统，其特征在于，所述现场通讯接口模块通过Profibus、ProfiNet、Can总线、以太网和串行总线接口连接到所述的工业炉设备的所有仪器仪表和PLC系统。

5.根据权利要求1 所述的用于热处理工业炉过程记录及管理的黑匣子系统，其特征在于，所述的嵌入式HTTP/TCP服务器在授权许可情况下通过英特网或局域网进行远程访问。