CN108981785A - 一种碎煤机设备安全的智能化检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碎煤机设备安全的智能化检测系统，该系统由数据采集单元、数据处理单元、数据分析单元、控制处理单元4个核心模块组成，数据采集单元通过传感器、工业相机、PLC系统采集碎煤机设备的原始数据并发送到数据处理单元，数据处理单元对原始数据进行预处理并保存有效数据，然后将所述有效数据发送到数据分析单元，数据分析单元对有效数据进行分析形成指令数据并发送到控制处理单元，由后者完成操作指令控制、执行控制，向数据采集单元的PLC系统发出执行PLC系统指令。本发明的智能化检测系统提供了更广更深的数据分析，方便监控人员更全面了解设备状态，可以预测设备状态走势、自动操控设备来预防事故或提升响应效率。

Description

一种碎煤机设备安全的智能化检测系统

技术领域

本发明属于智能化技术在安全检测领域的应用技术领域，具体涉及一种碎煤机设备安全的智能化检测系统。

背景技术

碎煤机是一种机械式工作的设备，在生产使用中容易出现各种异常或故障问题，因此必须要反复不断地对设备进行巡查与检验来保障设备的安全和生产的连续性。传统的做法是通过安排人员在生产线上来回现场巡视、检查、记录以及反馈的方式来进行，即人工巡检。人工巡检通常依靠人的视觉、听觉、触觉、嗅觉系统或移动仪器设备来现场捕获碎煤机设备的状态或数据，并进行人工记录数据、反馈汇报或现场执行设备操作。人工巡检的方式目前还普遍存在于许多企业的生产管理中，其在实际的生产中依然存在着诸多的问题，给企业造成不少的麻烦和损失，效果往往达不到企业生产管理者的预期。

人工巡检的现状及存在的主要问题包括：一、效率低：人工巡检即人员赴现场巡查设备的状态并反馈，其低效主要表现在环境感知与异常响应这2个方面。在环境感知方面，设备检测基本依靠人的视觉与听觉系统，因客观因素人的器官是无法感知外界细微的变化或变化规律，即使借助辅助设备(如仪器测量)，中间也必定消耗一定的时间来完成操作与记录，延迟性较高。在异常响应方面，被监测的设备一般都分布在生产线上的各个环节，而生产线长度上通常短则几十米长则几百米，即使发现异常或故障，受现场的环境和人的生理条件影响，人员是无法立刻做出阻止异常或故障发生的响应动作或反馈，导致响应结果较慢。二、成本高：生产线越长，设备越多，导致需要的人员就越多，最终造成的成本就越高。人力使用增加，对应的人力成本就越高，生产线的环境与安全设施就必须要相应地加强与改进，同样在管理上的负担也会随之增加，最终造成了人力、环境与安全改善、管理多方面的成本提高。三、风险大：人力用工本身就存在人身安全的问题，用工越多风险概率就越大。何况是这种检查碎煤机此类大型且外露式工作的设备的工作，风险系数相对较高，加之环境恶劣对人体的危害甚大，风险大增。四、稳定性差：由于人的生理客观因素影响，人会容易受疲乏、粗心大意、缺乏专业、情绪不稳定等因素影响，导致不同的时候不同的人员带来的巡检效果不同，造成巡检效果(数据)不可靠或偏离实际，误导管理者或接班人员而间接地引发事故。五、缺乏有效的预测方法：人工巡检也未能有效降低事故频发的现象，归结于人工只能针对当时当刻的设备状态进行记录与分析，无法有效地保存及利用历史数据来进行分析，无法发现隐藏在数据中的某种规律(数据价值)，导致人们对设备现象的预判缺乏科学依据或准确性。

经过对现有专利文献的检索，还没有发现针对上述问题提供智能化检测的专利文献。

发明内容

针对上述的问题，本发明通过采用传感器、图像采集器来替代人工现场检测及设备状态数据采集，利用计算机来代替人工测算、分析、判断及反馈等低效动作，使用计算机应用与工业自动化技术相结合来实现替代人工现场操控等多种方式共同来完成碎煤机设备的检测与安全维护，为设备或生产管理者提供管理上的便利，促使最终达到降低设备故障率、减少巡检用工量、提高设备巡检效率及效果，促进设备智能化等效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种碎煤机设备安全的智能化检测系统，该系统由数据采集单元、数据处理单元、数据分析单元、控制处理单元4个核心模块组成，数据采集单元通过传感器、工业相机、PLC系统采集碎煤机设备的原始数据并发送到数据处理单元，数据处理单元对原始数据进行预处理并保存有效数据，然后将所述有效数据发送到数据分析单元，数据分析单元对有效数据进行分析形成指令数据并发送到控制处理单元，由后者完成操作指令控制、执行控制，向数据采集单元的PLC系统发出执行PLC系统指令。

进一步，所述采集碎煤机设备的原始数据包括温度、压力、转速、振动、环境图像、开关状态、操作记录。

所述数据处理单元对原始数据进行预处理包括将原始数据进行解码转换、无效去除、去重、修复、合并操作。

所述数据分析单元包含三个分析子模块，分别为指标统计与分析、智能预测和智能警告与控制，指标统计与分析用于监测与判定设备当前数据是否存在异常以及是何种类型和级别的异常，指标统计与分析的结果数据作为智能预测模块的输入，并结合海量数据的分析结果来预测指标的趋向走势，智能警告与控制模块实施告警判定与告警综合定级，并触发推送告警消息，如果告警需要进行自动操控，则向控制处理单元发送指令。

本发明还进一步提出一种利用上述碎煤机设备安全的智能化检测系统进行检测的方法，具体包含以下步骤：

1)数据采集单元通过传感器、工业相机、PLC系统采集碎煤机设备的原始数据，并通过网络将数据传给数据处理单元；

2)数据处理单元接收到数据后，依据预定的数据过滤与清洗规则进行预处理形成有效数据，为数据分析单元提供数据运算与分析的基础数据，无效数据将被丢弃，避免造成分析干扰和存储资源浪费；

3)数据分析单元定时抽取或实时地接收数据，通过指标统计与分析、智能预测和智能警告与控制三个模块完成预定业务算法的数据运算及分析；

4)控制处理单元为操作集成单元，负责接收数据分析单元的操控指令，并对指令进行适配，转化为前端PLC系统可识别的指令，执行远程调用PLC接口来触发自动操控远程现场的碎煤机设备，实现智能管控的效果。

进一步，所述智能预测和智能警告与控制模块的工作过程包含以下步骤：

1)接收指标统计与分析模块的指标运算与分析的结果数据，即各类指标多维度统计运算与分析的结果数据，循环取得每个指标数据值，检查是否超阈值或检查最近N次单位周期内的指标数据值趋势并推算下X个单位周期内的可能指标值，判断当前该指标是否存在异常；

2)如果指标数据被判定为异常，则根据异常检验规则定义，计算并设定本指标本次异常的类别、影响系数、等级数值，之后进入下一个指标处理循环；相反，如果无异常，则直接进入下一个指标处理循环；

3)所有指标的异常分析监测处理完毕后，通过各个指标的影响系数、当前异常等级值进行综合分值计算，确定最终的异常级别并结合告警规则判定是否需要发起告警；

4)如果满足告警条件，则发起告警，为了避免重复告警、高频率告警干扰，须对本次告警进行收敛判定，即结合近段时间的告警历史及告警规则对本次异常告警进行关联、合并、去重处理判定；相反，如果不满足告警条件，则相关信息保存后直接结束本次流程；

5)如果告警未被收敛，则开始根据异常告警规则进行告警处理，针对不同级别的告警进行不同层次人员通知及处理，如果本次告警被收敛即判定重复或被合并，则相关信息保存后结束本次流程；

6)在执行告警处理后，如果告警级别达到需要自动操控远程碎煤机设备的条件且当前智能操控的开关配置处于启用状态，则触发智能操控，向碎煤机发生操作指令执行控制；否则相关信息保存后结束本次流程。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

相比传统的安全检测方法，本发明具有如下特点与优势：

1，低风险

有效减少了人力用工量，降低了人身风险概率；传感器替代风险区域的检测工作，排除了人身风险因素；智能地预防事故或阻止大事故的发生，降低了损失的概率。

2，高效率

通过计算机替代人工，诸多工作事项完成耗时几乎为零；平台拥有更快更多更频繁地采集获得设备数据并记录，不间断地分析与运算，实时输出设备状态，随时可获得设备运行报告，更及时地感知设备异常状态并迅速做出响应；

3，低成本

减少了人力用工量，降低了人力成本；使管理更简单，风险更低，从而降低管理成本和风险成本等间接成本。

4，运行更稳定

本发明的平台运转不受人的生理、情绪、性格弱点影响，也不会因人员流动造成大的影响，平台能够确保检测与监控的正常运转，为生产顺利提供保障。

5，检测智能化

本发明的平台提供了更广更深的数据分析，方便监控人员更全面了解设备状态，可以预测设备状态走势、自动操控设备来预防事故或提升响应效率，使设备具有“自我保护”的能力。

附图说明

图1为本发明碎煤机设备安全的智能化检测系统的组成结构图。

图2为图1所示系统的检测方法流程图。

图3为智能处理算法逻辑流程图。

图4为一个具体实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明旨在解决工业生产线上碎煤机设备的安全、使用监控及效率问题，包含人工巡检、单一设备单点监控等传统落后的安全监控方式的弊端问题。

本发明碎煤机设备安全的智能化检测系统的总体结构如图1所示，由数据采集单元、数据处理单元、数据分析单元、控制处理单元共4个核心部件组成，它们分别负责采集原始数据、清洗及保存有效数据、指标分析预测与告警及控制、操控集成及远程执行操控等相关的动作。

利用碎煤机设备安全的智能化检测系统的实施例如图4所示，利用智能化检测系统进行检测的步骤方法如图2所示：

1)数据采集单元通过传感器、工业相机、PLC系统采集碎煤机设备的温度、压力、转速、振动、环境图像、开关状态、操作记录等原始数据，并通过网络将数据传给数据处理单元；此过程的设计用于替代人工现场设备检测与数据记录的工作，其采集速度更快，能力更强；

2)数据处理单元接收到数据后，依据预定的数据过滤与清洗规则，将原始数据进行解码转换、无效去除、去重、修复、合并等预处理操作之后，保存下有效的数据，为数据分析单元提供数据运算与分析的基础数据；此外无效数据将被丢弃，避免造成分析干扰和存储资源浪费；此过程设计用于替代人工的数据处理，拥有更准确更强大的处理能力；

3)数据分析单元定时抽取或实时地接收数据，通过预定业务算法自动开展各种指标统计运算及分析，例如从数据、时间、关系、角色等多种维度统计，使用时间梯度统计，其统计结果用于各种业务分析；

4)指标统计运算结果数据将作为智能化处理算法的输入，用于监测与判定设备当前数据是否存在异常以及是哪种类型和级别的异常，与海量数据的分析结果来预测指标的趋向走势，实施告警判定与告警综合定级，并触发推送告警消息；如果告警需要进行自动操控，则向控制处理单元发送指令；数据处理单元的各种指标统计运算结果可以提供终端展示，如指标结果数据、告警消息及自动化操控触发日志等；相比人工分析与操控，此设计的分析更全面、更直观、反映更及时、结果更贴合实际，尤其是实现了监控告警与自动操控的智能化；

5)控制处理单元为操作集成单元，负责接收数据分析单元的操控指令，并对指令进行适配，转化为前端PLC系统可识别的指令，执行远程调用PLC接口来触发自动操控远程现场的碎煤机设备，例如停机或降速等动作，从而实现智能管控的效果。

上述检测方法中涉及的智能处理算法的原理如图3所示：

1)算法接收数据分析单元的指标运算与分析的结果数据，即各类指标多维度统计运算与分析的结果数据，循环取得每个指标数据值，检查是否超阈值或检查最近N次单位周期内的指标数据值趋势并推算下X个单位周期内的可能指标值，总结当前该指标是否存在异常；

2)如果指标数据被判定为异常，则根据异常检验规则定义，计算并设定本指标本次异常的类别、影响系数、等级数值等，之后紧接进入下一个指标处理循环；相反，如果无异常，则直接进入下一个指标处理循环；

3)所有指标的异常分析监测处理完毕后，通过各个指标的影响系数、当前异常等级值进行综合分值计算，确定最终的异常级别并结合告警规则判定是否需要发起告警；

4)如果满足告警条件，则发起告警；为了避免重复告警、高频率告警干扰，须对本次告警进行收敛判定，即结合近段时间的告警历史及告警规则对本次异常告警进行关联、合并、去重等处理判定；相反，如果不满足告警条件，则相关信息保存后直接结束本次流程；

5)如果告警未被收敛，则开始根据异常告警规则进行告警处理，针对不同级别的告警进行不同层次人员通知及处理，例如一级(P1)告警通知企业管理者、二级(P2)告警通知车间管理者、三级(P3)以上通知安全项负责人；如果本次告警被收敛(判定重复或被合并)，则相关信息保存后结束本次流程；

6)在执行告警处理后，如果告警级别达到需要自动操控远程碎煤机设备的条件且当前智能操控的开关配置处于启用状态，则触发智能操控，向碎煤机发生操作指令执行控制；否则相关信息保存后结束本次流程。

本发明可以基本替代人工巡检全部的工作活动，包含设备检测、数据采集与记录、设备状态分析与报告、异常反馈、应急操作等事项内容，解决用工与用工风险、检测效果差、无有效预防措施、高成本等问题。本专利具有非接触检测、高效、低成本、自动化与智能化程度高等特点，能够为企业带来降低成本、提高效率、增强安全等多重效益，符合国家倡导的工业智能发展方向。

具体而言，本发明可以解决如下目标问题和缺陷：

1.缺乏设备全方位数据采集

在传统的设备检测中所能采集到的数据量有限，数据维度单一，且设备检测的覆盖率也较低，而要解决此问题代价甚高且无法完全解决。

2.人工检测效率低、反馈速度慢

人工抄表或现场使用检测仪检测的方式的时效性低，数据反馈延迟性高，导致设备状态分析不及时，往往可能错过管控的最佳时期。

3.人工巡检用工量大、成本费用高

大型生产线的设备数量较多且分散，若要时刻了解各个设备的状态，保障生产不中断，那么必定需要投入很多人力去巡检与管理，导致人力直接成本上升、安全概率增大以及管理成本提高。

4.用工人身安全问题

有些设备检测本身就是危险工作，人员无法触碰和靠近，加上工作环境恶劣，对人身伤害很大，且人力用工越多风险就越大，越要改善环境，成本也会随之增高。

5.安全人员素质良莠不济问题

负责巡检的人员的专业程度不同，流动大，用心程度不同，容易导致巡检数据无效、效果不佳，严重则误导生产管理者或接班人员，间接导致事故发生。

6.人的弱点问题

人的生理有极限，容易受疲乏、粗心大意、情绪不稳定等因素干扰而影响巡检效果。

7.缺乏有效地预测与智能控制

传统巡检方式所获得的数据量有限，资源对数据的分析能力有限，无法基于大量历史数据开展分析、发掘数据价值与预测，更无法智能地去自动化控制设备。

以上具体实施方式的描述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种碎煤机设备安全的智能化检测系统，其特征在于该系统由数据采集单元、数据处理单元、数据分析单元、控制处理单元四个核心模块组成，数据采集单元通过传感器、工业相机、PLC系统采集碎煤机设备的原始数据并发送到数据处理单元，数据处理单元对原始数据进行预处理并保存有效数据，然后将所述有效数据发送到数据分析单元，数据分析单元对有效数据进行分析形成指令数据并发送到控制处理单元，由后者完成操作指令控制、执行控制，向数据采集单元的PLC系统发出执行PLC系统指令。

2.根据权利要求1所述的碎煤机设备安全的智能化检测系统，其特征在于所述采集碎煤机设备的原始数据包括温度、压力、转速、振动、环境图像、开关状态、操作记录。

3.根据权利要求1所述的碎煤机设备安全的智能化检测系统，其特征在于所述数据处理单元对原始数据进行预处理包括将原始数据进行解码转换、无效去除、去重、修复、合并操作。

4.根据权利要求1所述的碎煤机设备安全的智能化检测系统，其特征在于所述数据分析单元包含三个分析子模块，分别为指标统计与分析、智能预测和智能警告与控制，指标统计与分析用于监测与判定设备当前数据是否存在异常以及是何种类型和级别的异常，指标统计与分析的结果数据作为智能预测模块的输入，并结合海量数据的分析结果来预测指标的趋向走势，智能警告与控制模块实施告警判定与告警综合定级，并触发推送告警消息，如果告警需要进行自动操控，则向控制处理单元发送指令。

5.一种利用权利要求4所述的碎煤机设备安全的智能化检测系统进行检测的方法，其特征在于包含以下步骤：

1)数据采集单元通过传感器、工业相机、PLC系统采集碎煤机设备的原始数据，并通过网络将数据传给数据处理单元；

2)数据处理单元接收到数据后，依据预定的数据过滤与清洗规则进行预处理形成有效数据，为数据分析单元提供数据运算与分析的基础数据，无效数据将被丢弃，避免造成分析干扰和存储资源浪费；

3)数据分析单元定时抽取或实时地接收数据，通过指标统计与分析、智能预测和智能警告与控制三个模块完成预定业务算法的数据运算及分析；

4)控制处理单元为操作集成单元，负责接收数据分析单元的操控指令，并对指令进行适配，转化为前端PLC系统可识别的指令，执行远程调用PLC接口来触发自动操控远程现场的碎煤机设备，实现智能管控的效果。

6.根据权利要求5所述的智能化检测方法，其特征在于所述智能预测和智能警告与控制模块的工作过程包含以下步骤：

1)接收指标统计与分析模块的指标运算与分析的结果数据，即各类指标多维度统计运算与分析的结果数据，循环取得每个指标数据值，检查是否超阈值或检查最近N次单位周期内的指标数据值趋势并推算下X个单位周期内的可能指标值，判断当前该指标是否存在异常；

2)如果指标数据被判定为异常，则根据异常检验规则定义，计算并设定本指标本次异常的类别、影响系数、等级数值，之后进入下一个指标处理循环；相反，如果无异常，则直接进入下一个指标处理循环；

3)所有指标的异常分析监测处理完毕后，通过各个指标的影响系数、当前异常等级值进行综合分值计算，确定最终的异常级别并结合告警规则判定是否需要发起告警；

4)如果满足告警条件，则发起告警，为了避免重复告警、高频率告警干扰，须对本次告警进行收敛判定，即结合近段时间的告警历史及告警规则对本次异常告警进行关联、合并、去重处理判定；相反，如果不满足告警条件，则相关信息保存后直接结束本次流程；

5)如果告警未被收敛，则开始根据异常告警规则进行告警处理，针对不同级别的告警进行不同层次人员通知及处理，如果本次告警被收敛即判定重复或被合并，则相关信息保存后结束本次流程；

6)在执行告警处理后，如果告警级别达到需要自动操控远程碎煤机设备的条件且当前智能操控的开关配置处于启用状态，则触发智能操控，向碎煤机发生操作指令执行控制；否则相关信息保存后结束本次流程。