CN113110985A - 一种用于防爆现场的设备诊断系统及操作终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于防爆现场的设备诊断系统及终端，部署在防爆现场的智能操作终端中，包括控制模块用于实现智能操作终端的控制电路按预定顺序通电并对系统进行自检；数据采集模块采集防爆生产现场设备的数据和通过内置解析协议解析和统一发布异构数据；数据库结构化存储数据；级连模块将数据库存储的数据上传到上级系统，并实现数据库与上级系统数据库的同步；故障预测与诊断模块通过内置的数据分析模型，对数据库存储的历史数据和实时数据进行在线分析和显示，软硬一体化集成，具备数据接入、采集、存储和分析的数据全流程处理功能，可有效实现防爆现场的数据应用。

Description

一种用于防爆现场的设备诊断系统及操作终端

技术领域

本发明涉及设备安全管理技术领域，具体涉及一种用于防爆现场的设备诊断系统及操作终端。

背景技术

国内军工及民爆企业生产产品是具有易燃易爆危险特征的特殊商品，由于其材料及生产工艺的特殊性，生产现场存在大量可燃性粉尘，从原料加工-装药-装配-装测等各制造环节面临着严峻的恶劣多变环境，并且各设备从启动-运行-切换等操作过程也充分暴露在危险环境中，随之聚集的大量粉尘一旦达到可燃浓度迫使制造设备及电气设备发生故障不受控，将会导致重大的人员伤亡及财产损失，传统对防爆生产现场设备的安全管控传统一般通过现场工作人员借助静电、光电等仪器仪表来就近目视作业情况，依赖直观做出决策判断，进行危险源清除；另外现有技术中如天津大学进行了危险场所电气防爆安全保障及监控软件开发，通过危险场所爆炸性粉尘及气体的在线式监测监控，实现危险场所远程断电控制；河北工业大学设计了一款基于Android平台的防爆设备故障诊断模糊专家系统，将原来的纸质巡检方式替换为更加方便快捷的移动终端巡检方式，提升了我国危险场所电气防爆的水平；桂海峰等人发明了一种具备检测简便、精度高、误差小的一体化防爆压力远程监控终端，包括独立测压单元和数据传输单元两个部分，可实现在同一时间段不同测压点的数据分析对比；李慧等人发明了一种防爆型移动安全生产监测终端，包括图像采集模块、太阳能供电、可升降的支撑机构、无线通信模块与专网服务器，通过采用防爆型图像采集和防爆接线箱密封，避免了在油气环境中产生电火花引起的燃爆。

当前军工及民爆产品制造过程防爆安全管理，传统的管控方式过于依赖人为主观性臆断，无形中增加了企业生产人员管理成本；另外目前的监管方式以事中控制为主，未能进行风险智能预测识别和安全预警；再则固定区域的远程监控存在信息反馈不及时和处理滞后等问题，且不能跟随产线设计和人员调整进行按需转移与配置，特别的对于军用生产车间等类似防火防爆等级较高场所，现有的管控方式已无法满足防爆和防护等级要求。

现有的基于防爆触摸屏、触摸屏隔爆处理的终端，在一定程度上保证了终端的安全性，以防爆触摸屏为例，由于防爆触摸屏本身的存储和计算能力有限，因此必须要通过接入现场工控网络，与工控机、服务器等进行联网，并部署一系列软件，才能实现预期功能，导致终端部署实施复杂度高、周期相对较长。

发明内容

本发明所要解决的问题是在防爆生产现场缺乏一套现场设备全流程安全管控的系统，目的在于提供一种用于防爆现场的设备诊断系统及操作终端，实现企业危险品生产现场设备的安全态势数字化、智能化管控。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于防爆现场的设备诊断系统，部署在防爆现场的操作终端中，包括数据采集模块、数据库、动态数据库、知识库模块和故障预测与诊断模块，其中，

数据采集模块用于采集防爆现场设备的运行数据，并通过内置解析协议解析和统一发布异构数据；采用OPC UA、MQTT、HTTP协议等进行发布；

数据库用于结构化存储防爆现场设备的运行数据；

动态数据库用于实时采集数据库中存储的防爆现场设备的运行数据，并对实时采集到的防爆现场设备的运行数据进行数据融合处理后进行分表存储；

知识库模块用于将动态数据库中分表存储后的数据按照构建的知识规则库进行分类存储；

故障预测与诊断模块用于对动态数据库中数据融合处理后的数据进行特征提取，得到待检测数据，并利用训练好的故障预测模型和知识规则库对待检测数据进行故障分析得到故障预测结果，结合知识规则库对故障预测结果进行诊断推理，得到诊断结果。

进一步地，构建的知识规则库包括参数规则库、诊断规则库和案例库，动态数据库中分表存储后的数据按照参数规则库对应规则存储为参数表和参数规则表，按照诊断规则库对应规则存储为诊断规则表，按照案例库对应规则存储为案例表和故障信息表，其中，参数表用于存储关于设备故障诊断的参数，参数规则表用于存储参数相应状态对应的设备运行状态，诊断规则表用于存储诊断结果对应的设备运行状态，案例表用于存储设备的历史故障信息，故障信息表用于储存设备的常见故障。

进一步地，所述故障预测与诊断模块包括故障分析预测模块，故障分析预测模块包括模型训练模块、故障识别模块、故障检测模块和更新模块，其中，

模型训练模块根据深度置信网络构建故障预测模型，并利用数据库中存储的防爆现场设备的历史运行数据训练构建的故障预测模型；

故障识别模块用于在知识规则库中查找设备对应的历史故障信息得到设备可能出现的故障类型，同时将待检测数据输入到训练好的故障预测模型中，得到设备各种故障出现的概率，同时，融合设备各种故障出现的概率和设备可能出现的故障类型，得到设备可能出现的故障类型及其概率，生成故障树；

故障检测模块利用故障树分析设备故障类型以及原因，得到设备具体的故障部位和故障类型，并与设备对应的历史故障信息进行拟合，得到故障预测结果；

更新模块利用故障树分析设备故障类型以及原因，得到设备故障类型以及原因的置信率，将置信率超过预设阈值的故障类型以及原因更新到知识规则库中相应的数据表中。

进一步地，所述故障预测与诊断模块还包括诊断推理模块，诊断推理模块包括数据获取模块、参数匹配模块和诊断匹配模块，数据获取模块用于获取设备故障预测结果和读取设备运行状态参数；

参数匹配模块用于将读取的设备运行状态参数按照参数规则库的对应规则进行编码得到编码数据，并在参数规则库中查找对应设备下是否存在编码数据，若不存在该编码数据，则将编码数据存入参数规则库中，若存在则得到对应的诊断结果；

诊断匹配模块根据获得的设备故障预测结果与诊断规则库中的数据进行匹配，将匹配到的数据输出作为诊断结果。

进一步地，还包括终端控制模块、级连模块、效能分析模块和界面交互模块，所述终端控制模块用于实现操作终端的控制电路按预定顺序通电并对系统进行自检；

级连模块用于将数据库的数据上传到上级系统，并实现数据库与上级系统数据库的同步；

效能分析模块按设定频率查询动态数据库中的数据，并根据设置的参数对查询到的数据进行统计分析，得到效能分析结果，效能分析结果包括设备开机率、设备平均故障间隔时间和平均恢复时间；

界面交互模块通过管理和切换当前界面控制变量的方式控制显示内容，用于显示诊断结果和效能分析结果。

目前对于危险品生产现场安全的管控方式以事中监测和远程监控为主，现有技术中基于防爆触摸屏、触摸屏隔爆处理的终端，由于存储和计算能力有限无法实现数据接入、采集、存储和分析的数据全流程处理功能，实现生产线生产要素全覆盖，本方案通过对生产现场的数据实时感知、数据采集和存储、关键部位监控和预警，满足枪弹装配、含能材料制备和民爆生产等危险品生产现场数据感知、存储、分析和应用的数据全生命周期管理需求，同时，数据采集模块可作为制造管理系统、MES系统等系统的现场录入模块，为车间数字化提升、生产智能化运维提供基础支撑。同时，本发明系统可单独进行部署，也可以联网与其他系统集成部署。通过系统对现场生产设备的采集、处理和分析预警能避免人工巡检判断造成的偶然性，采用一种基于深度置信网络(DBN)的深度学习数据驱动故障诊断方法构建故障预测模型，以适应复杂数据背景下多样性、非线性、高维健康监测数据的复杂系统故障诊断需求；由于深度学习具有强大的特征提取能力，能从大量数据中自动提取特征，降低了传统方法中由于人工参与导致特征提取和故障诊断的不确定性；通过建立深层模型，能够很好的表征监测数据与设备故障状况之间复杂的映射关系，非常适合于复杂数据背景下多样性、非线性、高维健康监测数据诊断分析需求，因此系统适应多类型生产环境，满足生产现场安全态势数字化和智能化管控需求。本发明系统是一套通用的故障诊断系统，不针对任何具体对象与模型进行设计，可以应用于几乎所有复杂系统的故障诊断和趋势预报。对于不同的设备，只需按照要求，输入必要的关于不同诊断对象的内容，就可以方便的使用。因此本发明不仅考虑系统的结构与层次具有通用性，从而不与任何特殊的对象有所关联；同时又能够对新对象有效地进行故障诊断。操作人员根据诊断的正确与否选择是否更新诊断模型、预测模型、诊断模型等。对于诊断推理模块，若结果正确，则只需要将样本数据记录下来即可，若诊断结果错误，则需要重新训练诊断模型。

本发明还提供一种用于防爆现场的操作终端，在所述操作终端内部署有上述智能操作系统，包括设于防爆壳体内部的工控机、PLC、控制电路和交换机，

所述PLC通过交换机与工控机连接，控制电路与PLC连接；

所述控制电路包括防爆按钮S2、防爆旋钮S1、空开断路器QF1、中间继电器KA1和中间继电器KA2，防爆旋钮S1、空开断路器QF1、防爆按钮S2、中间继电器KA2的常闭触点和中间继电器KA1的线圈依次串联，防爆旋钮S1连接电源火线，中间继电器KA1的线圈连接电源零线，中间继电器KA1的常开触点并联在防爆按钮S2的两端；PLC的火线端接入中间继电器KA2的常闭触点和中间继电器KA1的常开触点之间，PLC的零线端与零线连接；中间继电器KA2的线圈接线端子A1与PLC的输出端串联，中间继电器KA2的线圈接线端子A2与PLC的直流负极M端连接。

进一步地，还包括内嵌入防爆壳体中的显示器、以及设于防爆壳体外部的防爆键盘、防爆安灯和防爆扫码枪；防爆键盘、防爆安灯和防爆扫码枪均具备粉尘2区及以上的防爆等级；

所述防爆键盘、防爆安灯和防爆扫码分别通过外露G3/4接头，采用防爆线缆与工控机连接，所述显示器采用VGA或HDMI线与工控机连接，防爆键盘用于操作智能操作终端；

防爆安灯用于完成智能操作终端处于运行、空闲和报警不同状态时的显示；

防爆扫码枪用于扫描纸质、电子单据的条码和二维码。

进一步地，还包括RFID读卡器，所述RFID读卡器内嵌防爆壳体中，通过USB线缆与工控机USB口连接，用于实现工作人员打卡。

进一步地，所述工控机设有第一网口、第二网口和光口模块，所述光口模块外置于第二网口外，所述第一网口用于接入数据源，第二网口用于接入工控主干网络，所述光口模块用于从光口接入工控主干网络。

进一步地，所述防爆壳体采用304不锈钢材质，包括依次焊接在一起的底座、支撑机构和操作台面，所述底座四角分别装有能锁紧的万向轮，防爆壳体采用旋转式开门，防爆壳体外露有G3/4接头用于接入电源线和网线，防爆壳体整体防爆等级可达到DⅡBT4隔爆型。

对于生产危险品的生产车间，需要采用一些必要的防火防爆措施，以实现生产现场的安全管控，传统的管控方式依赖于人为的判断，耗费人力物力，对于采用远程监控的设备又会存在信息反馈不及时和处理滞后的问题，且不易转移与配置，本发明以防爆壳体为基础，所有外置于防爆壳体外的器件均具备粉尘2区及以上的防爆等级，工控机和PLC等控制器件均内置于防爆外壳内，根据PLC与控制电路实现智能操作终端内部硬件的连锁控制，按顺序启动，保证整个智能操作终端的安全性；在工控机内置有数据接入、采集、存储和分析的系统软件，能实现对采集到生产现场数据进行全流程处理，实现防爆现场的数据应用，智能操作终端支持采用一对一方式与生产现场设备进行组网连接，也可以采用一对多的方式与设备进行组网连接，可实现对多个设备的管控。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种用于防爆现场的设备诊断系统及终端，可以独立部署于生产现场，也可以与远端服务器进行联网部署，智能操作终端可作为MES、ERP等信息化系统在防爆生产现场的客户机，完成开完工、工单扫描、信息录入等功能；

2、本发明一种用于防爆现场的设备诊断系统及终端，非防爆元器件均安装在防爆壳体内，外部结构均采用防爆设计，具备粉尘2区及以上的防爆等级；具备启动连锁控制回路，可实现终端内部硬件顺序启动，以保证整个终端硬件部分的安全性；

3、本发明一种用于防爆现场的设备诊断系统及终端，软硬一体化集成，具备数据接入、采集、存储和分析的数据全流程处理功能，采用一种基于深度置信网络(DBN)的深度学习数据驱动故障诊断方法构建故障预测模型，很好的表征监测数据与设备故障状况之间复杂的映射关系，可有效实现防爆现场的数据应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明操作系统功能结构图；

图2为具体实施中故障预测与诊断模块处理流程示意图；

图3为本发明操作终端整体结构示意图；

图4为本发明控制电路连接图；

图5为一种实施例中智能操作终端网络部署连接图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，一种用于防爆现场的设备诊断系统，部署在防爆现场的操作终端中，包括数据采集模块、数据库、动态数据库、知识库模块和故障预测与诊断模块，其中，

数据采集模块用于采集防爆现场设备的运行数据，并通过内置解析协议解析和统一发布异构数据；采用OPC UA、MQTT、HTTP协议等进行发布；

数据库用于结构化存储防爆现场设备的运行数据；

动态数据库用于实时采集数据库中存储的防爆现场设备的运行数据，并对实时采集到的防爆现场设备的运行数据进行数据融合处理后进行分表存储；

知识库模块用于将动态数据库中分表存储后的数据按照构建的知识规则库进行分类存储；

故障预测与诊断模块用于对动态数据库中数据融合处理后的数据进行特征提取，得到待检测数据，并利用训练好的故障预测模型和知识规则库对待检测数据进行故障分析得到故障预测结果，结合知识规则库对故障预测结果进行诊断推理，得到诊断结果。

诊断系统还包括终端控制模块、级连模块、效能分析模块和界面交互模块，所述终端控制模块用于实现操作终端的控制电路按预定顺序通电并对系统进行自检；

级连模块用于将数据库的数据上传到上级系统，并实现数据库与上级系统数据库的同步；

效能分析模块按设定频率查询动态数据库中的数据，并根据设置的参数对查询到的数据进行统计分析，得到效能分析结果，效能分析结果包括设备开机率、设备平均故障间隔时间和平均恢复时间；

界面交互模块通过管理和切换当前界面控制变量的方式控制显示内容，用于显示诊断结果和效能分析结果，界面交互模块的显示界面切换主要由用户控制，但同时也可由底层的其他模块主动发起，例如初始状态显示登录界面，登录后用户可通过菜单工具栏等方式在多个界面之间手工切换，查看不同信息或完成不同功能，当故障发生时，由底层的故障诊断预警模块进行切换，自动显示出故障信息页，用户优先处理故障信息，当界面交互模块当前页不是效能分析相关页时，效能分析模块暂停工作。

具体地，如图2所示，故障预测与诊断模块包括故障分析预测模块，故障分析预测模块包括模型训练模块、故障识别模块、故障检测模块和更新模块，其中，

模型训练模块根据深度置信网络构建故障预测模型，并利用数据库中存储的防爆现场设备的历史运行数据训练构建的故障预测模型；

故障识别模块用于在知识规则库中查找设备对应的历史故障信息得到设备可能出现的故障类型，同时将待检测数据输入到训练好的故障预测模型中，得到设备各种故障出现的概率，同时，融合设备各种故障出现的概率和设备可能出现的故障类型，得到设备可能出现的故障类型及其概率，生成故障树；

故障检测模块利用故障树分析设备故障类型以及原因，得到设备具体的故障部位和故障类型，并与设备对应的历史故障信息进行拟合，得到故障预测结果；

更新模块利用故障树分析设备故障类型以及原因，得到设备故障类型以及原因的置信率，将置信率超过预设阈值的故障类型以及原因更新到知识规则库中相应的数据表中。

故障预测与诊断模块还包括诊断推理模块，诊断推理模块包括数据获取模块、参数匹配模块和诊断匹配模块，数据获取模块用于获取设备故障预测结果和读取设备运行状态参数；

参数匹配模块用于将读取的设备运行状态参数按照参数规则库的对应规则进行编码得到编码数据，并在参数规则库中查找对应设备下是否存在编码数据，若不存在该编码数据，则将编码数据存入参数规则库中，若存在则得到对应的诊断结果；

诊断匹配模块根据获得的设备故障预测结果与诊断规则库中的数据进行匹配，将匹配到的数据输出作为诊断结果。

具体地，上述构建的知识规则库包括参数规则库、诊断规则库和案例库，动态数据库中分表存储后的数据按照参数规则库对应规则存储为参数表和参数规则表，按照诊断规则库对应规则存储为诊断规则表，按照案例库对应规则存储为案例表和故障信息表，其中，参数表用于存储关于设备故障诊断的参数；参数规则表用于存储参数相应状态对应的设备运行状态，该表主要包含诊断设备、参数状态编码，状态说明等内容，其中参数状态编码是对参数是否在正常范围内的反映，小于下限对应位置编码为“0”，大于上限对应位置编码为“2”，在正常范围内对应位置编码为“1”。例如：某诊断设备有电流、电压、转速、温度这四个参数，当电流小于参数范围中的下限，其它参数均在正常范围时，对应编码为“0111”；当电流大于参数范围的上限，其它参数正常时，对应编码为“2111”。状态描述是对对应参数编码所表示的状态的一种说明；诊断规则表用于存储诊断结果对应的设备运行状态，其包含诊断设备、诊断结果以及诊断结果描述这几方面信息；其中，诊断结果为诊断推理模块输出结果的对应值，为具体的数值，不同的数值，对应不同的设备运行状态；例如：用BP神经网络对电机进行设备故障诊断时，诊断结果输出值是数值型的，当结果为0.5时，假设此时电机状态为转子断条，当结果为2时，假设电机状态为匝间短路，以此来存储诊断结果与设备运行状态之间的对应关系；案例表用于存储设备的历史故障信息，故障信息表用于储存设备的常见故障。

其中知识规则库是系统进行故障诊断必备的模块，主要用于存储诊断对象各子系统相关故障类型、故障案例、故障解决方案以及一些故障识别规则等。本系统知识规则库中的知识分为两类；一类已有知识，是预先储存到知识库中作为故障诊断的知识储备；一类未知知识，该类知识主要在案例库中储备，可以通过手动添加的方式储存到知识库中，也是系统每次故障诊断储存的案例。

本实施例中的智能操作系统可联网部署或者独立部署，针对现场操作人员，采用独立部署用于监控防爆生产现场设备的健康状态和故障显示；针对设备管理人员，采用联网部署用于集中监控防爆生产单元内现场设备的健康状态和故障显示。

实施例2

如图3所示，本实施例2一种用于防爆现场的操作终端，在所述智能操作终端内部署有上述智能操作系统，包括设于防爆壳体内部的工控机、PLC、控制电路和交换机，所述PLC通过交换机与工控机连接，控制电路与PLC连接；所述PLC用于实现控制电路的联锁控制；交换机用于工控机和PLC之间的联网数据交换；所述工控机设有第一网口、第二网口和光口模块，所述光口模块外置于第二网口外，所述第一网口用于接入数据源，第二网口用于接入工控主干网络，所述光口模块用于从光口接入工控主干网络；

终端还包括内嵌入防爆壳体中的显示器、内嵌防爆壳体中的RFID读卡器、以及设于防爆壳体外部的防爆键盘、防爆安灯和防爆扫码枪；防爆壳体采用304不锈钢材质，防爆键盘、防爆安灯和防爆扫码分别通过外露G3/4接头，采用防爆线缆与工控机连接，所述显示器采用VGA或HDMI线与工控机连接，防爆键盘用于操作智能操作终端；防爆安灯用于完成智能操作终端处于运行、空闲和报警不同状态时的显示；防爆扫码枪用于扫描纸质、电子单据的条码和二维码；防爆键盘、防爆安灯和防爆扫码枪均具备粉尘2区及以上的防爆等级；RFID读卡器通过USB线缆与工控机USB口连接，用于实现工作人员打卡。

防爆外壳包括依次焊接在一起的底座、支撑机构和操作台面，所述底座四角分别装有能锁紧的万向轮，防爆壳体采用旋转式开门，电源线和网线通过防爆壳体外露G3/4接头输入防爆壳体内部，防爆壳体整体防爆等级可达到DⅡBT4隔爆型。

如图4所示，所述控制电路包括防爆按钮S2、防爆旋钮S1、空开断路器QF1、中间继电器KA1和中间继电器KA2，防爆旋钮S1、空开断路器QF1、防爆按钮S2、中间继电器KA2的常闭触点和中间继电器KA1的线圈依次串联，防爆旋钮S1连接电源火线，中间继电器KA1的线圈连接电源零线，中间继电器KA1的常开触点并联在防爆按钮S2的两端；PLC的火线端接入中间继电器KA2的常闭触点和中间继电器KA1的常开触点之间，PLC的零线端与零线连接；中间继电器KA2的线圈接线端子A1与PLC的输出端串联，中间继电器KA2的线圈接线端子A2与PLC的直流负极M端连接。

控制电路采用主副两回路，工作时，主回路中的防爆旋钮S1将外部220V交流电源引入控制电路，以220V火线L端作为输入，首先通过关闭安装在防爆壳体左侧的防爆旋钮S1，空开断路器QF1用于防止电路发生短路或过载对控制电路进行保护，同时可用于频繁的控制电路的供电；当防爆旋钮S1打到启动位置，按下自复式防爆按钮S2，此时220V交流电为中间继电器KA1的线圈接线端子供电使得常开触点吸合，此时220V交流电通过L端传递到PLC中获得供电，整个控制电路获得电源；由于PLC的输出为24V直流电，将中间继电器KA2的线圈接线端子A1与PLC的输出端Q串联，线圈接线端子A2端与24V直流负极M端连接，构成副回路，当PLC输出关机信号时，中间继电器KA2的线圈接线端子A1与A2得到24V供电，促使中间继电器KA2常闭触点断开，则此时中间继电器KA1的线圈接线端子失去220V供电，中间继电器KA1中的已闭合的常开触点恢复到常开状态，则PLC与火线L端断开，失去供电，实现关机。

在实际使用时，如图5所示，智能操作终端支持采用一对一方式与生产现场设备进行组网连接，也可以采用一对多的方式与设备进行组网连接，可实现对多个设备的管控。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于防爆现场的设备诊断系统，其特征在于，部署在防爆现场的操作终端中，包括数据采集模块、数据库、动态数据库、知识库模块和故障预测与诊断模块，其中，

数据采集模块用于采集防爆现场设备的运行数据，并通过内置解析协议解析和统一发布异构数据；

数据库用于结构化存储防爆现场设备的运行数据；

动态数据库用于实时采集数据库中存储的防爆现场设备的运行数据，并对实时采集到的防爆现场设备的运行数据进行数据融合处理后进行分表存储；

知识库模块用于将动态数据库中分表存储后的数据按照构建的知识规则库进行分类存储；

故障预测与诊断模块用于对动态数据库中数据融合处理后的数据进行特征提取，得到待检测数据，并利用训练好的故障预测模型和知识规则库对待检测数据进行故障分析得到故障预测结果，结合知识规则库对故障预测结果进行诊断推理，得到诊断结果。

2.根据权利要求1所述的一种用于防爆现场的设备诊断系统，其特征在于，构建的知识规则库包括参数规则库、诊断规则库和案例库，动态数据库中分表存储后的数据按照参数规则库对应规则存储为参数表和参数规则表，按照诊断规则库对应规则存储为诊断规则表，按照案例库对应规则存储为案例表和故障信息表，其中，参数表用于存储关于设备故障诊断的参数，参数规则表用于存储参数相应状态对应的设备运行状态，诊断规则表用于存储诊断结果对应的设备运行状态，案例表用于存储设备的历史故障信息，故障信息表用于储存设备的常见故障。

3.根据权利要求1所述的一种用于防爆现场的设备诊断系统，其特征在于，所述故障预测与诊断模块包括故障分析预测模块，故障分析预测模块包括模型训练模块、故障识别模块、故障检测模块和更新模块，其中，

模型训练模块根据深度置信网络构建故障预测模型，并利用数据库中存储的防爆现场设备的历史运行数据训练构建的故障预测模型；

故障识别模块用于在知识规则库中查找设备对应的历史故障信息得到设备可能出现的故障类型，同时将待检测数据输入到训练好的故障预测模型中，得到设备各种故障出现的概率，同时，融合设备各种故障出现的概率和设备可能出现的故障类型，得到设备可能出现的故障类型及其概率，生成故障树；

故障检测模块利用故障树分析设备故障类型以及原因，得到设备具体的故障部位和故障类型，并与设备对应的历史故障信息进行拟合，得到故障预测结果；

更新模块利用故障树分析设备故障类型以及原因，得到设备故障类型以及原因的置信率，将置信率超过预设阈值的故障类型以及原因更新到知识规则库中相应的数据表中。

4.根据权利要求2所述的一种用于防爆现场的设备诊断系统，其特征在于，所述故障预测与诊断模块还包括诊断推理模块，诊断推理模块包括数据获取模块、参数匹配模块和诊断匹配模块，数据获取模块用于获取设备故障预测结果和读取设备运行状态参数；

参数匹配模块用于将读取的设备运行状态参数按照参数规则库的对应规则进行编码得到编码数据，并在参数规则库中查找对应设备下是否存在编码数据，若不存在该编码数据，则将编码数据存入参数规则库中，若存在则得到对应的诊断结果；

诊断匹配模块根据获得的设备故障预测结果与诊断规则库中的数据进行匹配，将匹配到的数据输出作为诊断结果。

5.根据权利要求1所述的一种用于防爆现场的设备诊断系统，其特征在于，还包括终端控制模块、级连模块、效能分析模块和界面交互模块，所述终端控制模块用于实现操作终端的控制电路按预定顺序通电并对系统进行自检；

级连模块用于将数据库的数据上传到上级系统，并实现数据库与上级系统数据库的同步；

效能分析模块按设定频率查询动态数据库中的数据，并根据设置的参数对查询到的数据进行统计分析，得到效能分析结果，效能分析结果包括设备开机率、设备平均故障间隔时间和平均恢复时间；

界面交互模块通过管理和切换当前界面控制变量的方式控制显示内容，用于显示诊断结果和效能分析结果。

6.一种用于防爆现场的操作终端，其特征在于，在所述智能操作终端内部署有如权利要求1所述的智能操作系统，包括设于防爆壳体内部的工控机、PLC、控制电路和交换机，

所述PLC通过交换机与工控机连接，控制电路与PLC连接；

所述控制电路包括防爆按钮S2、防爆旋钮S1、空开断路器QF1、中间继电器KA1和中间继电器KA2，防爆旋钮S1、空开断路器QF1、防爆按钮S2、中间继电器KA2的常闭触点和中间继电器KA1的线圈依次串联，防爆旋钮S1连接电源火线，中间继电器KA1的线圈连接电源零线，中间继电器KA1的常开触点并联在防爆按钮S2的两端；PLC的火线端接入中间继电器KA2的常闭触点和中间继电器KA1的常开触点之间，PLC的零线端与零线连接；中间继电器KA2的线圈接线端子A1与PLC的输出端串联，中间继电器KA2的线圈接线端子A2与PLC的直流负极M端连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于防爆现场的操作终端，其特征在于，还包括内嵌入防爆壳体中的显示器、以及设于防爆壳体外部的防爆键盘、防爆安灯和防爆扫码枪；

所述防爆键盘、防爆安灯和防爆扫码枪分别通过外露G3/4接头，采用防爆线缆与工控机连接，所述显示器采用VGA或HDMI线与工控机连接，防爆键盘用于操作智能操作终端；

防爆安灯用于完成智能操作终端处于运行、空闲和报警不同状态时的显示；

防爆扫码枪用于扫描纸质、电子单据的条码和二维码。

8.根据权利要求6所述的一种用于防爆现场的操作终端，其特征在于，还包括RFID读卡器，所述RFID读卡器内嵌防爆壳体中，通过USB线缆与工控机USB口连接，用于实现工作人员打卡。

9.根据权利要求6所述的一种用于防爆现场的操作终端，其特征在于，所述工控机设有第一网口、第二网口和光口模块，所述光口模块外置于第二网口外，所述第一网口用于接入数据源，第二网口用于接入工控主干网络，所述光口模块用于从光口接入工控主干网络。

10.根据权利要求6所述的一种用于防爆现场的操作终端，其特征在于，所述防爆壳体采用304不锈钢材质，包括依次焊接在一起的底座、支撑机构和操作台面，所述底座四角分别装有能锁紧的万向轮，防爆壳体采用旋转式开门，防爆壳体外露有G3/4接头用于接入电源线和网线。

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