CN110320842A - 用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置及方法，涉及多尺度数据采集与处理技术领域。该装置包括生产指标与变量配置模块、数据采集模块、数据存储模块、主控制模块、显示模块、数据处理模块和数据传输模块；通过主控制模块发出指令使用不同方式采集氧化铝生产过程中不同过程控制装置所产生的生产指标和变量数据，并利用基于氧化铝生产过程的知识规则库对这些数据进行统一处理、存储和显示，进而将这些数据通过传输模块传输到应用这些数据的系统或装置。本发明提供的用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置及方法，能够将氧化铝生产过程分散的数据进行统一管理，避免了数据冗余等问题，减少了数据清洗等工作。
Description
技术领域
本发明涉及多尺度数据采集与处理技术领域，尤其涉及一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置及方法。
背景技术
广义上讲，尺度是研究对象的单位或测量工具。针对以数据为研究对象的数据挖掘而言，尺度亦为数据的一种测量单位。与统计学中测量尺度以变量为基准衡量数据类似，数据挖掘中的尺度测量基准应为数据的固有属性.当研究者就某一范畴考察数据时，往往对应于数据在该范畴的一个属性集，此属性集通常可以形成偏序结构明确的概念分层，依据概念分层中相关概念对数据进行划分，可以形成具有多尺度特性的数据集。
氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置是指对氧化铝生产过程进行多尺度数据采集，并进行数据预处理，以便对数据进行上传，用以指导氧化铝加工生产。现在的氧化铝生产过程数据采集主要依靠传感器或控制装置进行采集，不同传感器或控制装置采集的数据采样频率不同、数据采集来源也不同，即数据的尺度不同，增加了工作人员后期处理数据的难度，影响企业效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置及方法，实现对氧化铝生产过程的多尺度数据进行采集，解决氧化铝数据信息闭塞的难题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一方面，本发明提供一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，包括生产指标与变量配置模块、数据采集模块、数据存储模块、主控制模块、显示模块、数据处理模块和数据传输模块；
所述指标与变量配置模块对需要采集的氧化铝生产指标和变量进行添加、修改、采样频率选择与删除操作，实现对需要采集的氧化铝生产指标和变量进行配置；
所述数据采集模块基于指标与变量配置模块配置的氧化铝生产指标和变量，通过有线数据采集端口、无线数据采集端口和基于摄像头的图像采集器配合使用的方式，同时采集不同时间尺度的氧化铝生产过程数据；对于能够导出氧化铝生产过程数据的控制设备，采用有线数据采集方式与无线数据采集方式配合使用进行数据采集，而对于无法导出氧化铝生产过程数据的控制设备，通过图像采集器进行图像采集以导出数据；
所述主控制模块与数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和数据传输模块均相连，进行中央调控，发出中央控制指令完成与数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和数据传输模块之间的协调配合；
所述数据处理模块通过接收主控制模块的数据处理指令对数据采集模块采集的氧化铝生产过程的多尺度数据进行时间戳对齐和异常值滤波处理；所述数据处理模块对于不同尺度的氧化铝生产指标和变量具有一整套完备的基于氧化铝生产过程的规则库进行数据处理，并将处理后的数据传到数据存储模块进行数据存储；
所述数据存储模块用于根据主控制模块的数据存储指令存储来自数据采集模块和数据处理模块得到的数据，同时接收主控制模块每隔固定时间发送的控制命令将存储的数据发送给数据传输模块；
所述数据传输模块根据主控制模块的传输指令将数据存储模块存储的数据传输到需要使用氧化铝生产过程运行指标和变量的系统或装置；
所述显示模块采用触摸屏与主控制模块相连协同工作。
优选地，所述生产指标包括，入磨AO、A/S，调矿NK，调矿固含，石灰有效钙，原矿浆固含、原矿浆细度，溶出赤泥A/S，溶出赤泥N/S，外排A/S，溶出ak，溶出固含，溶出率，精液Nk，精液ak，精液浮游物，粗液浮游物，循环母液Nc/Nt、Nk，循环效率，种分母液浮游物，种分末槽ak，分解率，平盘滤饼附水、附碱，平母浮游物，分解母液ak，赤泥滤饼含水量。
优选地，数据采集模块还内置带有指示灯的检测模块，数据采集模块进行数据采集时，检测模块的指示灯持续亮起。
优选地，所述数据处理模块还包括数据格式转换子模块，用以将处理后的数据转换为二进制形式送给数据存储模块进行数据存储。
优选地，所述数据存储模块还包括格式转换子模块，用于将接收到的数据转换为.xls、.txt、.doc、.pdf或.csv格式进行保存。
优选地，所述主控制模块和数据处理模块均采用CPU，所述数据存储模块采用随机存取存储器。
优选地，所述显示模块的具体包括以下功能：
(1)显示氧化铝生产运行指标和变量的添加、修改、采样频率选择和删除功能；
(2)查看数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块以及数据传输模块的工作状态；
(3)显示数据存储模块中各生产指标与变量数据。
另一方面，本发明还提供一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将数据采集模块通过有线数据端口和无线数据采集端口分别与氧化铝过程控制系统中的用于实时检测生产指标和变量的传感器和过程运行系统与实验室化验分析系统中用于采集数据的无线采集器相连；
步骤2：通过指标与变量配置模块选取需要采集的氧化铝生产指标和变量，并为不同的指标和变量设置不同的采样频率；
步骤3：主控模块向数据采集模块发送数据采集指令，数据采集模块持续响应数据采集指令，完成数据采集；同时在显示模块显示数据采集状态；
步骤4：数据采集模块完成数据采集，将数据采集完成信号传递给主控制模块，当主控制模块接收信号后，向数据处理模块发出数据处理指令，数据处理模块接收指令后进行数据尺度判别，基于不同尺度的数据运用不同规则进行数据处理，将多尺度数据根据现有的知识规则库对不同尺度的氧化铝生产过程运行指标与变量进行算法选择，以此进行多尺度数据的时间戳对齐与异常值滤波处理；同时在显示模块显示数据处理状态；
步骤5：数据处理模块将处理结果反馈给主控制模块，主控制模块接收反馈后对数据存储模块发出存储指令，数据存储模块接收数据处理模块的数据，进行数据存储；同时在显示模块显示数据存储状态；
步骤6：数据存储完成后将存储完成信息反馈给主控制模块，主控制模块接收信号后，每隔固定时间向数据存储模块与数据传输模块发送数据上传信号，将数据存储模块中的数据上传至云端服务器和其他需要氧化铝生产指标与变量数据的设备；上传过程中数据传输模块采用4G或wifi将数据存储模块中的数据进行打包上传，同时显示模块显示数据上传状态与数据上传信息。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置及方法，能够将氧化铝生产过程分散的数据进行统一管理，避免了数据冗余等问题，减少了数据清洗等工作，同时该装置配置简单，多个装置之间具有统一的数据采集、处理与存储规则，方便用户进行精确的模型训练和工序指标预报功能，提高了企业的生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置的数据处理模块的知识规则库示意图；
图3为本发明实施例提供的一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例中，一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，如图1所示，包括生产指标与变量配置模块、数据采集模块、数据存储模块、主控制模块、显示模块、数据处理模块和数据传输模块；
所述指标与变量配置模块对需要采集的氧化铝生产指标和变量进行添加、修改、采样频率选择与删除操作，实现对需要采集的氧化铝生产指标和变量进行配置。
本实施例中，所述生产指标包括，入磨AO、A/S，调矿NK，调矿固含，石灰有效钙，原矿浆固含、原矿浆细度，溶出赤泥A/S，溶出赤泥N/S，外排A/S，溶出ak，溶出固含，溶出率，精液Nk，精液ak，精液浮游物，粗液浮游物，循环母液Nc/Nt、Nk，循环效率，种分母液浮游物，种分末槽ak，分解率，平盘滤饼附水、附碱，平母浮游物，分解母液ak，赤泥滤饼含水量。
所述数据采集模块基于指标与变量配置模块配置的氧化铝生产指标和变量，通过有线数据采集端口、无线数据采集端口和基于摄像头的图像采集器配合使用的方式，同时采集不同时间尺度的氧化铝生产过程数据；对于能够导出氧化铝生产过程数据的控制设备，采用有线数据采集方式与无线数据采集方式配合使用进行数据采集，而对于无法导出氧化铝生产过程数据的控制设备，通过图像采集器进行图像采集以导出数据；数据采集模块还内置带有指示灯的检测模块，数据采集模块进行数据采集时，检测模块的指示灯持续亮起。
本实施例中，对于氧化铝生产过程使用的PLC、DCS等大型过程控制装置采用有线数据采集端口，并采用RS485接口进行数据信号通信，通信协议采用MODBUS RTU协议，与工业现场数据实现统一对接，本实施中，本发明装置最多能接收8路模拟量，若需采集更多路模拟量，可以将该数据采集模块进行组合采集，该模块内嵌模/数转换模块，将模拟量转换为数字量；对于氧化铝生产过程使用的过程运行装置以及实验室化验分析得到的数据可以通过数据库进行数据保存，然后通过无线数据采集端口(如WiFi)将数据导出，两种方式采集数据完成后都通过主控制器命令将其传入数据处理模块。
所述主控制模块与数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和数据传输模块均相连，采用一块CPU进行中央调控，发出中央控制指令完成与数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和数据传输模块之间的协调配合。
所述数据处理模块通过接收主控制模块的数据处理指令采用另一块CPU对数据采集模块采集的氧化铝生产过程的多尺度数据进行时间戳对齐和异常值滤波处理；所述数据处理模块对于不同尺度的氧化铝生产指标和变量具有一整套完备的如图2所示的基于氧化铝生产过程的知识规则库进行数据处理，并将处理后的数据传到数据存储模块进行数据存储；所述数据处理模块还包括数据格式转换子模块，用以将处理后的数据转换为二进制形式送给数据存储模块进行数据存储。
所述数据存储模块采用RAM(即随机存取存储器)，RAM是与CPU直接交换数据的存储器，可随时读写，速度很快，用于根据主控制模块的数据存储指令存储来自数据采集模块和数据处理模块得到的数据，同时接收主控制模块每隔固定时间发送的控制命令将存储的数据发送给数据传输模块；所述数据存储模块还包括格式转换子模块，用于将接收到的数据转换为.xls、.txt、.doc、.pdf或.csv格式进行保存。
所述数据传输模块根据主控制模块的传输指令将数据存储模块存储的数据传输到需要使用氧化铝生产过程运行指标和变量的系统或装置。
所述显示模块采用一块触摸屏，并与主控制模块相连协同工作，具体包括以下功能：
(1)显示氧化铝生产指标和变量的添加、修改、采样频率选择和删除功能；
(2)查看数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块以及数据传输模块的工作状态；
(3)显示数据存储模块中各生产指标与变量数据。
一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1：将数据采集模块通过有线数据端口和无线数据采集端口分别与氧化铝过程控制系统中的用于实时检测生产指标与变量的传感器和过程运行系统与实验室化验分析系统中用于采集数据的无线采集器相连；
步骤2：通过指标与变量配置模块选取需要采集的氧化铝生产指标和变量，并为不同的指标与变量设置不同的采样频率；
步骤3：主控模块向数据采集模块发送数据采集指令，数据采集模块持续响应数据采集指令，完成数据采集；同时在显示模块显示数据采集状态；
步骤4：数据采集模块完成数据采集，将数据采集完成信号传递给主控制模块，当主控制模块接收信号后，向数据处理模块发出数据处理指令，数据处理模块接收指令后进行数据尺度判别，基于不同尺度的数据运用不同规则进行数据处理，将多尺度数据根据现有的知识规则库对不同尺度的氧化铝生产指标和变量进行算法选择，以此进行多尺度数据的时间戳对齐与异常值滤波处理，方便后期数据的传输与用户的使用；同时在显示模块显示数据处理状态；
步骤5：数据处理模块将处理结果反馈给主控制模块，主控制模块接收反馈后对数据存储模块发出存储指令，数据存储模块接收数据处理模块的数据，进行数据存储；同时在显示模块显示数据存储状态；
步骤6：数据存储完成后将存储完成信息反馈给主控制模块，主控制模块接收信号后，每隔1min向数据存储模块与数据传输模块发送数据上传信号，将数据存储模块中的数据上传至云端服务器和其他需要氧化铝生产过程指标与变量数据的设备；上传过程中数据传输模块采用4G或wifi将数据存储模块中的数据进行打包上传，同时显示模块显示数据上传状态与数据上传信息。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (8)
1.一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，其特征在于：包括生产指标与变量配置模块、数据采集模块、数据存储模块、主控制模块、显示模块、数据处理模块和数据传输模块；
所述指标与变量配置模块对需要采集的氧化铝生产指标和变量进行添加、修改、采样频率选择与删除操作，实现对需要采集的氧化铝生产指标和变量进行配置；
所述数据采集模块基于指标与变量配置模块配置的氧化铝生产指标和变量，通过有线数据采集端口、无线数据采集端口和基于摄像头的图像采集器配合使用的方式，同时采集不同时间尺度的氧化铝生产过程数据；对于能够导出氧化铝生产过程数据的控制设备，采用有线数据采集方式与无线数据采集方式配合使用进行数据采集，而对于无法导出氧化铝生产过程数据的控制设备，通过图像采集器进行图像采集以导出数据；
所述主控制模块与数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和数据传输模块均相连，进行中央调控，发出中央控制指令完成与数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和数据传输模块之间的协调配合；
所述数据处理模块通过接收主控制模块的数据处理指令对数据采集模块采集的氧化铝生产过程的多尺度数据进行时间戳对齐和异常值滤波处理；所述数据处理模块对于不同尺度的氧化铝生产指标和变量具有一整套完备的基于氧化铝生产过程的规则库进行数据处理，并将处理后的数据传到数据存储模块进行数据存储；
所述数据存储模块用于根据主控制模块的数据存储指令存储来自数据采集模块和数据处理模块得到的数据，同时接收主控制模块每隔固定时间发送的控制命令将存储的数据发送给数据传输模块；
所述数据传输模块根据主控制模块的传输指令将数据存储模块存储的数据传输到需要使用氧化铝生产过程运行指标和变量的系统或装置；
所述显示模块采用一块触摸屏与主控制模块相连协同工作。
2.根据权利要求1所述的用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，其特征在于：所述生产指标包括，入磨AO、A/S，调矿NK，调矿固含，石灰有效钙，原矿浆固含、原矿浆细度，溶出赤泥A/S，溶出赤泥N/S，外排A/S，溶出ak，溶出固含，溶出率，精液Nk，精液ak，精液浮游物，粗液浮游物，循环母液Nc/Nt、Nk，循环效率，种分母液浮游物，种分末槽ak，分解率，平盘滤饼附水、附碱，平母浮游物，分解母液ak，赤泥滤饼含水量。
3.根据权利要求1所述的用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，其特征在于：数据采集模块还内置带有指示灯的检测模块，数据采集模块进行数据采集时，检测模块的指示灯持续亮起。
4.根据权利要求1所述的用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，其特征在于：所述数据处理模块还包括数据格式转换子模块，用以将处理后的数据转换为二进制形式送给数据存储模块进行数据存储。
5.根据权利要求1所述的用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，其特征在于：所述数据存储模块还包括格式转换子模块，用于将接收到的数据转换为.xls、.txt、.doc、.pdf或.csv格式进行保存。
6.根据权利要求1所述的用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，其特征在于：所述主控制模块和数据处理模块均采用CPU，所述数据存储模块采用随机存取存储器。
7.根据权利要求1所述的用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理装置，其特征在于：所述显示模块具体包括以下功能：
(1)显示氧化铝生产指标和变量的添加、修改、采样频率选择和删除功能；
(2)查看数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块以及数据传输模块的工作状态；
(3)显示数据存储模块中各生产指标和变量数据。
8.一种用于氧化铝生产过程的多尺度数据采集与处理方法，采用权利要求1所述装置进行数据采集与处理，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将数据采集模块通过有线数据端口和无线数据采集端口分别与氧化铝过程控制系统中的用于实时检测生产指标与变量的传感器和过程运行系统与实验室化验分析系统中用于采集数据的无线采集器相连；
步骤2：通过指标与变量配置模块选取需要采集的氧化铝生产指标和变量，并为不同的指标与变量设置不同的采样频率；
步骤3：主控模块向数据采集模块发送数据采集指令，数据采集模块持续响应数据采集指令，完成数据采集；同时在显示模块显示数据采集状态；
步骤4：数据采集模块完成数据采集，将数据采集完成信号传递给主控制模块，当主控制模块接收信号后，向数据处理模块发出数据处理指令，数据处理模块接收指令后进行数据尺度判别，基于不同尺度的数据运用不同规则进行数据处理，将多尺度数据根据现有的知识规则库对不同尺度的氧化铝生产指标与变量进行算法选择，以此进行多尺度数据的时间戳对齐与异常值滤波处理；同时在显示模块显示数据处理状态；
步骤5：数据处理模块将处理结果反馈给主控制模块，主控制模块接收反馈后对数据存储模块发出存储指令，数据存储模块接收数据处理模块的数据，进行数据存储；同时在显示模块显示数据存储状态；
步骤6：数据存储完成后将存储完成信息反馈给主控制模块，主控制模块接收信号后，每隔固定时间向数据存储模块与数据传输模块发送数据上传信号，将数据存储模块中的数据上传至云端服务器和其他需要氧化铝生产指标与变量数据的设备；上传过程中数据传输模块采用4G或wifi将数据存储模块中的数据进行打包上传，同时显示模块显示数据上传状态与数据上传信息。
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