CN111200663A - 一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统及方法。该系统包括环境信息采集与处理系统、云端平台和用户移动终端，其中环境信息采集与处理系统由各个企业节点组成，每个企业节点包括工控机、通信模块、监测模块、执行机构、显示屏和报警装置；云端平台包括云服务器、云数据库和云对象存储服务。方法为：监测模块监测转炉炼钢生产过程中的各个参数值，通信模块将监测数据上传至云端平台；云服务器进行数据分析处理后将监控参数存储至云数据库，用户通过终端设备访问网站进行在线监控；若有参数出现异常则网站进行报警，若无人对报警情况进行处理，则自动关闭相应生产设备。本发明降低了事故发生几率，提高了企业科学智能管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及转炉炼钢及远程在线监控技术领域，特别是一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统及方法。
背景技术
由于云平台具备稳定性好、安全性高、实时性强等特点，而被广泛应用于各类工业场合。云平台是基于物联网的新兴模式，物联网的应用离不开云平台提供的技术与资源支持，云平台技术与物联网技术经常同时出现，互相交融。云平台技术在实际应用中具有大规模、虚拟化、成本低、可扩展性、提供按需服务的优点，物联网又有高度的实时性、自动化、能够提供良好的用户体验的优点。
在整合云平台技术与物联网技术之后，远程监控系统就兼有两者的优点，在使用云平台技术提供的大量低成本的公共资源基础服务上，对比传统的监控系统，基于云平台和物联网技术的监控系统拥有能提供良好的用户服务、柔性化设计、成本低、可拓展的特点。
转炉炼钢是近年来新兴的炼钢技术，与平炉炼钢相比，转炉炼钢速度更快，更节约能源，成本更低，因此从被提出以来就被人们广泛接受并普遍使用，其中重要的环节为终点碳含量和温度的判断和预报。目前大部分方法采用神经网络来建立预测模型，但基于神经网络的模型的主要问题是建模求解过程中容易陷入局部最小，导致模型精度不高。一种新兴模型是孪生支持向量回归机(TSVR)算法，该方法能够利用实际的工业数据建立系统的预测模型。同时，转炉炼钢过程也存在各种各样的安全隐患，容易发生安全事故，能够对生产过程进行有效实时监控是十分有必要的。
目前，大部分企业转炉炼钢生产过程缺乏科学、系统的实时监控系统，在安监局集中监管和管理方面更是没有成型的系统，当前的监管方式已落后其他行业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升行业的智能管理水平、减小事故发生几率、保证安全生产的基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统，包括用户移动终端、云端平台和环境信息采集与处理系统；
所述用户移动终端包括移动终端和PC；
所述云端平台包括云服务器ECS、云数据库和云对象存储；
所述环境信息采集与处理系统由多个企业节点组成，每个企业节点包括工控机，与工控机相连的通信模块、执行机构、显示屏、报警装置，以及与工控机和通信模块相连的监测模块。
进一步地，所述云服务器ECS中运行的程序包括与各企业节点进行数据交互的数据交互程序、Web站点后台程序和数据库数据维护程序；
所述数据交互程序，用于与各企业节点的数据交互以及进行数据分析处理；
所述Web站点后台程序，用于用户在Web浏览器中对系统进行远程访问以及对各企业节点进行管理；
所述数据库数据维护程序，用于对云数据库中存储的历史监测数据进行维护，包括数据备份和删除设定期限外的数据。
进一步地，所述监测模块包括控制器、视频监控摄像头和传感器组；所述通信模块包括网关和4G无线通信模块，其中网关用于传输视频监控摄像头的视频信息，4G无线通信模块用于传输传感器组监测的环境数据。
进一步地，所述传感器组包括与控制器相连的副枪检测探头、流量传感器、压力传感器、温度传感器和湿度传感器。
进一步地，所述4G无线通信模快包括MCU处理器、进行参数配置的RS-232接口电路、进行数据传输的RS-485接口电路、SIM卡电路、SMA天线插座。
进一步地，所述执行机构包括云台和电磁阀。
一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警方法，包括以下步骤：
步骤1、云端平台和环境信息采集与处理系统进行系统初始化；
步骤2、Web站点后台程序检测登录用户属性：若为安监局用户，则网页显示所有企业的监控信息；若为企业用户，则只显示相应单个企业的监控信息；
步骤3、数据交互程序等待网络I/O事件：如果是连接事件，则建立新的连接，返回继续等待网络I/O事件；如果不是连接事件，则进入步骤4；
步骤4、判断是否为数据读取事件；如果不是则返回步骤3；如果是则接收并分析处理数据，并将数据存到云数据库和云对象存储；
步骤5、Web站点后台程序采用长轮询的方式更新网页信息，用户在权限范围内进行在线监控；
步骤6、判断指标是否出现异常情况：若未出现，则直接返回步骤3；若出现异，则网站网页进行报警，同时向对应的企业节点发送报警指令，企业节点生产现场的报警装置报警，同时4G无线通信模块向指定用户移动终端发送报警短信；
步骤7、若设定时间内警报持续存在，则自动强制关闭相应生产设备，并返回步骤3；否则直接返回步骤3。
进一步地，步骤6中所述异常情况包括温度、流量、压力、副枪检测的指标超限。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)能够对转炉炼钢生产企业的生产过程实时监控，网络环境应用范围广、升级维护简便，提高了企业科学智能管理水平；(2)实现了安监局对众多炼钢企业的有效监管，提高了监管效率，对冶炼各个环节进行实时监控，降低了事故发生几率；(3)充分利用了云平台资源，在整体上节省了监控成本，而且基于云平台的在线监控系统的可拓展性更强。
附图说明
图1是本发明基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统的结构示意图。
图2是本发明中监测模块和通信模块的结构示意图。
图3是本发明中转炉炼钢终点预测模型的原理示意图。
图4是本发明基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
结合图1，本发明一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统，包括用户移动终端1、云端平台2和环境信息采集与处理系统3；
所述用户移动终端1包括移动终端5和PC6；
所述云端平台2包括云服务器ECS8、云数据库9和云对象存储7；
所述环境信息采集与处理系统3由多个企业节点4组成，每个企业节点4包括工控机10，与工控机10相连的通信模块11、执行机构13、显示屏14、报警装置15，以及与工控机10和通信模块11相连的监测模块12。
进一步地，所述云服务器ECS8中运行的程序包括与各企业节点4进行数据交互的数据交互程序28、Web站点后台程序29和数据库数据维护程序30；
所述数据交互程序28，用于与各企业节点4的数据交互以及进行数据分析处理；
所述Web站点后台程序29，用于用户在Web浏览器中对系统进行远程访问以及对各企业节点4进行管理；
所述数据库数据维护程序30，用于对云数据库9中存储的历史监测数据进行维护，包括数据备份和删除设定期限外的数据。
进一步地，所述通信模块11包括网关16和4G无线通信模块17。
结合图2，所述的监测模块12包括控制器18、视频监控摄像头19和传感器组20，所述通信模块11包括网关16和4G无线通信模块17，其中网关16用于传输视频监控摄像头19的视频信息，4G无线通信模块17用于传输传感器组20监测的环境数据。
所述传感器组20包括与控制器18相连的副枪检测探头21、流量传感器22、压力传感器23、温度传感器24和湿度传感器25。
控制器18用于控制传感器组20中各个传感器进行环境信息监测，并将数据发送给4G无线通信模块17；视频监控摄像头19将视频流发送给网关16，网关16将视频流上传至云服务器8。
进一步地，所述4G无线通信模快17包括MCU处理器、进行参数配置的RS-232接口电路、进行数据传输的RS-485接口电路、SIM卡电路、SMA天线插座。
所述执行机构13包括云台26和电磁阀27。
结合图3，为了预测终点温度和碳含量，利用孪生支持向量回归机算法建立如附图3所示的终点预测模型，模型输入变量有铁水量、废钢量、铁水温度、铁水碳含量、吸氧量、冷却剂量，输出变量为预测温度和碳含量。首先利用训练集数据对模型进行训练从而确定模型参数，然后利用测试集数据对预测模型进行测试，若命中率达到要求则将此模型应用到实际生产中，否则对模型进行重新训练，直到满足要求。
结合图4，一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警方法，包括以下步骤：
步骤1、云端平台2和环境信息采集与处理系统3进行系统初始化；
步骤2、Web站点后台程序29检测登录用户属性：若为安监局用户，则网页显示所有企业的监控信息；若为企业用户，则只显示相应单个企业的监控信息；
步骤3、数据交互程序28等待网络I/O事件：如果是连接事件，则建立新的连接，返回继续等待网络I/O事件；如果不是连接事件，则进入步骤4；
步骤4、判断是否为数据读取事件；如果不是则返回步骤3；如果是则接收并分析处理数据，并将数据存到云数据库9和云对象存储7；
步骤5、Web站点后台程序29采用长轮询的方式更新网页信息，用户在权限范围内进行在线监控；
步骤6、判断指标是否出现异常情况：若未出现，则直接返回步骤3；若出现异，则网站网页进行报警，同时向对应的企业节点4发送报警指令，企业节点4生产现场的报警装置15报警，同时4G无线通信模块17向指定用户移动终端发送报警短信；
步骤7、若设定时间内警报持续存在，则自动强制关闭相应生产设备，并返回步骤3；否则直接返回步骤3。
进一步地，步骤6中所述异常情况包括温度、流量、压力、副枪检测的指标超限。
综上所述，本发明能够对转炉炼钢生产企业的生产过程实时监控，网络环境应用范围广、升级维护简便，提高了企业科学智能管理水平；实现了安监局对众多炼钢企业的有效监管，提高了监管效率，对冶炼各个环节进行实时监控，降低了事故发生几率；充分利用了云平台资源，在整体上节省了监控成本，而且基于云平台的在线监控系统的可拓展性更强。
Claims (8)
1.一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统，其特征在于，包括用户移动终端(1)、云端平台(2)和环境信息采集与处理系统(3)；
所述用户移动终端(1)包括移动终端(5)和PC(6)；
所述云端平台(2)包括云服务器ECS(8)、云数据库(9)和云对象存储(7)；
所述环境信息采集与处理系统(3)由多个企业节点(4)组成，每个企业节点(4)包括工控机(10)，与工控机(10)相连的通信模块(11)、执行机构(13)、显示屏(14)、报警装置(15)，以及与工控机(10)和通信模块(11)相连的监测模块(12)。
2.根据权利要求1所述的基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统，其特征在于，所述云服务器ECS(8)中运行的程序包括与各企业节点(4)进行数据交互的数据交互程序(28)、Web站点后台程序(29)和数据库数据维护程序(30)；
所述数据交互程序(28)，用于与各企业节点(4)的数据交互以及进行数据分析处理；
所述Web站点后台程序(29)，用于用户在Web浏览器中对系统进行远程访问以及对各企业节点(4)进行管理；
所述数据库数据维护程序(30)，用于对云数据库(9)中存储的历史监测数据进行维护，包括数据备份和删除设定期限外的数据。
3.根据权利要求1所述的基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统，其特征在于，所述监测模块(12)包括控制器(18)、视频监控摄像头(19)和传感器组(20)；所述通信模块(11)包括网关(16)和4G无线通信模块(17)，其中网关(16)用于传输视频监控摄像头(19)的视频信息，4G无线通信模块(17)用于传输传感器组(20)监测的环境数据。
4.根据权利要求3所述的基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统，其特征在于，所述传感器组(20)包括与控制器(18)相连的副枪检测探头(21)、流量传感器(22)、压力传感器(23)、温度传感器(24)和湿度传感器(25)。
5.根据权利要求3所述的基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统，其特征在于，所述4G无线通信模快(17)包括MCU处理器、进行参数配置的RS-232接口电路、进行数据传输的RS-485接口电路、SIM卡电路、SMA天线插座。
6.根据权利要求1所述的基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警系统，其特征在于，所述执行机构(13)包括云台(26)和电磁阀(27)。
7.一种基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、云端平台(2)和环境信息采集与处理系统(3)进行系统初始化；
步骤2、Web站点后台程序(29)检测登录用户属性：若为安监局用户，则网页显示所有企业的监控信息；若为企业用户，则只显示相应单个企业的监控信息；
步骤3、数据交互程序(28)等待网络I/O事件：如果是连接事件，则建立新的连接，返回继续等待网络I/O事件；如果不是连接事件，则进入步骤4；
步骤4、判断是否为数据读取事件；如果不是则返回步骤3；如果是则接收并分析处理数据，并将数据存到云数据库(9)和云对象存储(7)；
步骤5、Web站点后台程序(29)采用长轮询的方式更新网页信息，用户在权限范围内进行在线监控；
步骤6、判断指标是否出现异常情况：若未出现，则直接返回步骤3；若出现异，则网站网页进行报警，同时向对应的企业节点(4)发送报警指令，企业节点(4)生产现场的报警装置(15)报警，同时4G无线通信模块(17)向指定用户移动终端发送报警短信；
步骤7、若设定时间内警报持续存在，则自动强制关闭相应生产设备，并返回步骤3；否则直接返回步骤3。
8.根据权利要求7所述的基于云平台的转炉炼钢在线监控和预警方法，其特征在于，步骤6中所述异常情况包括温度、流量、压力、副枪检测的指标超限。
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