CN115469609B - 一种基于自主可控的智能流体输送监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于自主可控的智能流体输送监控系统，属于流体监控领域。本发明组建工业流体输送监控系统，消除使用国外软硬件平台带来的安全隐患，建立适配国产自主可控的主流工业自动化控制软硬件产品的工业流体输送系统通用架构，实现工业流体输送系统核心功能与国产自主工控软硬件平台解耦。本发明增强系统的安全性，采用集成模块化方式，可配置的为工业流体输送系统提供数据综合分析、趋势预测、图像识别、语音识别、生物识别等手段，确保系统使用安全，提升系统无人值守能力，通过机器学习算法加强系统智能化水平，建立便于功能持续扩展的增量型系统，依托脚本编程，适配pyhton语言，为系统人员提供特定工业流体输送系统领域算法的编写环境。

Description

一种基于自主可控的智能流体输送监控系统

技术领域

本发明属于流体监控领域，具体涉及一种基于自主可控的智能流体输送监控系统。

背景技术

从技术水平、系统可靠性、软件易用性、功能丰富性出发，目前国内工业控制流体输送系统大多使用的是国外成熟的工业自动化控制软硬件产品，急需使用国产软硬件平台进行替换。但国产工控系统元器件因为起步较晚，技术发展还相对薄弱，且厂家众多，各厂家开发方式，应用技术也存在很大不同，这对其在工业流体输送系统中的有效应用造成了很大制约。

当前主流的国产工控系统硬件在性能参数、稳定性、安全性等方面已达到或部分优于国外品牌产品。但在配套的软件平台功能的完备性、易用性、美观性上还存在较大不足。导致应用于流体输送监控系统后，系统人员存在诸多使用不便，且展示效果不足。且各主流厂家开发的软件使用方式也不尽相同，基于一家软硬件平台开发的专用软件，很难快速移植到其他公司开发的软硬件平台上。这使得流体输送控制系统在后续改造过程中需面临如下困难，一是系统建设时使用某一家的工控产品后，在后续升级维护只能依托该厂家开展，不利于引入竞争。二是若更换其他厂家国产工控系统，则需要重新进行流体输送系统控制软件开发，造成成本增加。

同时随着人工智能领域的蓬勃发展，在各行各业已创造了很多的成功应用案例，为进一步提升液体输送系统智能化水平，急需构建一个基于国产自主可控的智能流体输送系统。

现有技术的问题在于：

1)现有工业流体输送系统广泛使用的控制系统硬件主要为国外主流品牌，其系统应用软件主要依托于硬件配套或指定的对应软件平台二次开发。因此系统可以设计和使用的功能受到软件平台的限制，且其软件平台属于黑盒产品，极易安插后门或其他破坏手段，不利于系统安全。

2)国内工控系统软硬件平台起步较晚，其发展及使用模式对标国外主流品牌，与国外产品相比，其可靠性和易用性还存在较大不足。且目前国内厂家蓬勃发展，产品迭代更新频繁，软硬件变化大，造成依托其开发的使用系统更新迭代频繁，研发成本增加，也对其在工业流体输送系统中的广泛应用带来一定的阻碍。

3)现有工业流体输送系统使用的软件均是基于一个厂家的软硬件平台开发，受到厂家提供的开发方式制约，只能应用于对应厂家的工控产品上。一旦更换工控产品品牌，则需要重新进行工业流体输送软件开发，增加了资金和人力成本。

4)当前工业流体输送系统主要注重于系统的监测和控制，依靠操作人员使用规定的工序流程、参数超限报警等方式，依托人工实现手动、半自动或自动控制。该控制逻辑均需在系统软件开发时，通过编码的方式在软件内部实现，随后下载到控制PLC或编译到上位机软件中。在后续设备改造和流程调整时，不可避免的需要进行系统软件修改，带来成本增加，且系统灵活性差。

5)目前基于大数据趋势预测和人工智能技术在工业流体输送系统中的应用还很有限，通常使用额外的系统开展数据分析工作，无法同步作用于控制系统中，生物识别、图像识别、语音识别等技术手段应用有限。

6)当前工业流体输送系统身份认证主要依托国产工控软件的功能实现，通常为“用户名”+“密码”的方式或采用加密狗的方式，避免系统误操作及非法操作的防护水平有限。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于自主可控的智能流体输送监控系统，以解决现有的流体输送系统不利于系统安全，可靠性和易用性不足，更换成本高、灵活性差、大数据和人工智能应用有限，以及防护水平有限等方面的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于自主可控的智能流体输送监控系统，该系统包括设备层、国产工控系统控制层、基础层和应用层；

设备层包括该监控系统需控制的实际工业设备及信息采集设备，包括流体输送系统的硬件设备及传感器和通用信息采集设备，流体输送系统的硬件设备及传感器包括液体输送系统的阀门、贮罐、温度传感器、压力传感器、流量传感器、阀位传感器和电磁阀，通用信息采集设备包括摄像头、指纹识别和麦克风；

国产工控系统控制层包括国产自主可控工业控制系统硬件和国产自主可控工业控制系统软件，国产自主可控工业控制系统软件为国产工控系统软件，包括国产自主可控工业控制系统驱动；国产自主可控工业控制系统硬件连接到设备层的流体输送系统的硬件设备及传感器，国产工控系统软件连接国产自主可控工业控制系统硬件，国产工控系统控制层用于直接控制流体输送系统的硬件设备，采集传感器参数，并于基础层进行数据交互；

基础层用于接收国产工控系统控制层、设备层采集的信息，并对数据进行清洗和存储，为应用层提供智能分析、图形化控件和图像语音识别，并接收应用层的控制指令，传递到国产工控系统控制层和设备层；基础层包括通用通讯接口、通讯协议库、综合处理模块、数据库、图形化组件、智能数据分析模块、分析算法库、生物识别处理模块、图像识别处理模块、语音识别处理模块以及设备动作时序逻辑库；

应用层用于完成指纹及人脸识别身份认证，确保系统使用安全，处理系统报警信息，为操作人员提供控制功能，为操作人员提供了可视化的编辑环境，评估系统状态，提供远程服务，为操作人员提供编写算法文件功能，包括权限管理监测模块、故障报警模块、运行控制模块、可视化工艺编制模块、状态监测评估模块、WEB发布模块和脚本编程逻辑模块。

进一步地，通用通讯接口用于与国产工控系统软件进行通讯交互，接收国产工控系统控制层采集的传感器信息，并传递系统控制指令，是该监控系统实现工艺控制逻辑与工控系统软件解耦的基础，通用通讯接口连接通讯协议库和第三方系统，通过载入不同的通讯协议库中的协议文件，实现与不同品牌的国产工控系统软件的信息交互，且依靠不同协议文件与第三方系统数据交互；通用通讯接口具备双机冗余热备机制；通讯协议库用于存储该监控系统与国产工控系统软件交互协议及第三方系统通讯交互协议，通讯协议以独立文件方式存储，通讯协议库根据需要在线动态扩充和修改。

进一步地，综合处理模块是系统控制的核心，是该监控系统实现工艺控制逻辑与工控系统软件解耦的关键，连接图形化组件和数据库，用于将操作人员使用图形化组件生成的工艺控制指令转换为设备控制指令，提交通用通讯接口发送给国产工业控制系统控制设备动作，同时将通用通讯接口接收的设备状态数据及第三方系统交互数据发送给图形化组件进行可视化显示；对流经综合处理模块的数据，综合处理模块同步开展数据的清洗、整理和多重复杂标记后，提交数据库存储；数据库用于保存综合处理模块处理完成的标记数据，并为智能数据分析模块提供数据支撑，数据存储架构支持单机单数据库模式、双机热备数据存储模式及分布式存储模式。

进一步地，图形化组件是人机交互的基本单元，连接语音识别处理模块、应用层的故障报警模块、应用层的运行控制模块、应用层的状态监测评估模块、应用层的WEB发布模块、综合处理模块和智能数据分析模块，用于组成系统控制、状态监测及故障报警页面，包括按钮、文本框、进度条，以及折线图、饼图、热力图、柱状图及报警信息显示控件。

进一步地，智能数据分析模块连接图形化组件、数据库和分析算法库，用于对实时数据和历史数据开展大数据分析及趋势预测，包括主流的机器学习及人工智能算法，同时能调用分析算法库中操作人员自主编写的数据分析算法；智能数据分析模块采用的算法编写语言为python，算法的调用形式包括单次调用、定时调用、周期调用和条件调用；分析算法库连接应用层的脚本编程逻辑模块，用于存储系统人员依托该监控系统编写的专用的数据分析算法，各算法以单独文件编写，动态添加和删减，并支持在线修改。

进一步地，生物识别处理模块连接指纹采集设备和应用层的权限管理监测模块，用于处理设备层的指纹采集设备采集的操作人员指纹信息，供权限管理监测模块使用；图像识别处理模块连接设备层的图像采集设备和应用层的管理监测模块、故障报警模块，用于人脸识别监测、系统设备状态识别、系统泄漏可视化监测、系统安全管控监测，通过人脸识别，验证人员身份，通过系统设备状态监测，验证系统设备动作及信号传输是否正确，通过系统泄漏监测，及时发现系统风险，提高系统故障时的响应能力，同时减少危险区域人员部署，通过系统安全管控监测，对现场人员分布、着装、行为进行监控；语音识别处理模块连接设备层的音频采集设备和基础层的图形化组件，语音识别处理模块用于处理麦克风采集的音频信息，用于记录操作人员指挥口令，提供语音界面交互操作；设备动作时序逻辑库连接应用层的运行控制模块和可视化工艺编制模块，用于存储设备工艺流程时序控制文件，通过工艺编制模块由系统人员设置后自动生成，运行控制功能获取改文件，转换为设备控制时序指令，通过图形化组件传递，该库内的文件可动态扩展，在线添加、修改和删除。

进一步地，权限管理监测模块用于用户权限的设置，依靠生物识别处理、图像识别处理完成指纹及人脸识别身份认证，确保系统使用安全，同时对不同用户设置不同的操作权限，在用户使用过程中，通过摄像头及图像识别处理，对操作人员进行行为监测，确保人员行为符合管理要求；故障报警模块用于系统报警信息的处理，通过人为设定报警准则，指定不同的警报类别，报警信息在页面弹窗显示或闪烁显示，并通过设置后，对指定手机或邮箱进行定点推送。

进一步地，运行控制模块为操作人员控制系统的功能模块，操作人员在运行控制模块对系统设备进行单点控制操作、工序自动控制操作，即使用设备动作时序逻辑库中的工艺时序控制文件进行设备操作；可视化工艺编制模块用于设备动作时序逻辑库中的工艺时序控制文件的编写，为操作人员提供了可视化的编辑环境，将设备、动作、判断条件变化为可视化模块，操作人员通过拖拽连接，完成设备自动控制流程设计，生成工艺时序控制文件。

进一步地，状态监测评估模块用于系统设备状态显示、实时及历史数据分析、系统状态快速评估和系统综合态势评估，依托智能数据分析模块提供的结论，在图形化组件中对实时或历史数据进行可视化显示，或显示后续参数变化趋势预测；状态监测评估模块具备评估报表设计功能，能够根据使用需求设计制定数据显示报表，操作人员根据需要自主设计图表及数据显示样式；WEB发布模块具备WEB发布功能，通过系统注册指定的移动终端，对终端使用人员进行权限认证后，提供对应权限的远程使用服务；脚本编程逻辑模块用于系统操作人员编写分析算法库中的算法文件，支持python脚本编程，提供算法文件的新增、修改、查找和删除。

进一步地，国产自主可控冗余工业控制系统与流体输送系统硬件设备及传感器相连，通过交换机与后端国产工控机联通，国产自主可控工业控制系统上位机软件部署于独立的国产工控机上，国产主备工控机、国产计算服务器、国产存储服务器、指纹采集设备、音频设备和视频设备均通过以太网相连接，国产存储服务器部署国产数据库平台，国产计算服务器部署智能数据分析模块、分析算法库、生物识别处理模块、图像识别处理模块、语音识别处理模块和WEB 发布模块；国产工控机上部署权限监测模块、故障报警模块、运行控制模块、状态监测评估模块、脚本编辑逻辑模块、可视化工艺编制模块、设备动作时序逻辑库、综合处理模块、图形化组件模块、通用通讯接口模块和通讯协议库。

(三)有益效果

本发明提出一种基于自主可控的智能流体输送监控系统，本发明具有以下有益效果：

1)依托全国产自主可控的软硬件平台，组建工业流体输送监控系统，彻底消除使用国外软硬件平台带来的安全隐患，避免因国外高新技术限制出口后造成的系统维护保养困难。同时提升国产工控系统的易用性、美观性及智能化。

2)建立适配国产自主可控的主流工业自动化控制软硬件产品的工业流体输送系统通用架构，实现工业流体输送系统核心功能与国产自主工控软硬件平台解耦。建立通用的通讯协议库，以灵活配置的通讯协议文件的形式，建立与国产工控系统的数据连接，最大限度消除国产工控产品软硬件迭代及不同品牌系统更换对工业流体输送系统使用的影响。且能够根据需要，实现通讯协议的动态扩充。

3)增强系统的安全性，使用指纹识别及人脸识别技术，辅助完成系统的身份认证，同时通过摄像头实时采集操作人员状态信息，依托机器学习算法对人员专注度进行智能判读，确保系统安全，操作人员有效履行监控职责。

4)加强系统智能化水平，采用集成模块化方式，可配置的为工业流体输送系统提供数据综合分析、趋势预测、图像识别、语音识别、生物识别等手段，确保系统使用安全，提升系统无人值守能力。通过机器学习算法，动态开展历史数据分析学习，完成各传感器参数变化趋势预测及图表显示，提升系统综合监测及数据判读、预测能力。通过摄像头及图像识别算法，对流体输送现场人员身份进行确认、对人员行为、着装进行智能识别，提升现场安全管理水平。通过语音识别等方式，为工业流体输送系统增加多元化的人机交互手段，提升系统使用的便利性。

5)建立便于功能持续扩展的增量型系统，依托脚本编程，适配pyhton语言，为系统人员提供特定工业流体输送系统领域算法的编写环境，系统领域专家可依托该监控系统开展工业流体输送系统专属算法研发，并实时应用到该监控系统中进行动态验证。

6)实现工业流体输送系统工序控制逻辑的灵活可配置，将工序控制逻辑通过动作时序逻辑文件的形式实现，不再需要编译到软件内部。提供可视化模块组合功能，将设备、判断条件等逻辑元素以图形组件的方式提供。系统操作人员可按照需要实时设计设备逻辑控制工序，并立刻应用于系统中，也可快速对原有逻辑控制工序进行调整，进一步实现系统的灵活性。

附图说明

图1为本发明的系统架构图；

图2为本发明的系统部署图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，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。

本发明的系统包括设备层、国产工控系统控制层、基础层和应用层四层架构，本发明的系统将工艺控制环节后移，国产PLC等工控系统负责底层设备驱动及基础安全控制，由上位机服务器负责工艺编制、指令下达、状态监控等功能，如图1所示：

1)设备层

设备层主要包含该监控需控制的实际工业设备及信息采集设备，主要包括流体输送系统的硬件设备及传感器和通用信息采集设备，流体输送系统的硬件设备及传感器包括液体输送系统的阀门、贮罐、温度传感器、压力传感器、流量传感器、阀位传感器和电磁阀，通用信息采集设备包括摄像头、指纹识别和麦克风。

2)国产工控系统控制层

国产工控系统控制层主要为当前主流的浙大中控、中电六所、南大傲拓等国产自主可控工业控制系统硬件和国产自主可控工业控制系统软件，国产自主可控工业控制系统软件为国产工控系统软件，包括国产自主可控工业控制系统驱动。国产自主可控工业控制系统硬件连接到设备层的流体输送系统的硬件设备及传感器，国产工控系统软件连接国产自主可控工业控制系统硬件。国产工控系统控制层用于直接控制流体输送系统的硬件设备，采集传感器参数，并于基础层进行数据交互。

3)基础层

基础层主要用于实现系统的基础功能，用于接收国产工控系统控制层、设备层采集的信息，并对数据进行清洗和存储，为应用层提供智能分析、图形化控件、图像语音识别等基础功能，并接收应用层的控制指令，传递到国产工控系统控制层和设备层。

基础层包括通用通讯接口、通讯协议库、综合处理模块、数据库、图形化组件、智能数据分析模块、分析算法库、生物识别处理模块、图像识别处理模块、语音识别处理模块以及设备动作时序逻辑库。

(1)通用通讯接口

通用通讯接口用于与国产工控系统软件进行通讯交互，接收国产工控系统控制层采集的传感器信息，并传递系统控制指令，是该监控系统实现工艺控制逻辑与工控系统软件解耦的基础。通用通讯接口连接通讯协议库和第三方系统，通过载入不同的通讯协议库中的协议文件，实现与不同品牌的国产工控系统软件的信息交互，且依靠不同协议文件与第三方系统数据交互。

通用通讯接口具备双机冗余热备机制，依靠心跳检测、定时查询等机制，确保系统可靠。

(2)通讯协议库

通讯协议库用于存储该监控系统与国产工控系统软件交互协议及第三方系统通讯交互协议，通讯协议以独立文件方式存储，主要包含源地址、目的地址、应用协议、帧格式、数据名称、类型等必要信息。通讯协议库可根据需要在线动态扩充和修改。

(3)综合处理模块

综合处理模块是系统控制的核心，是该监控系统实现工艺控制逻辑与工控系统软件解耦的关键，连接图形化组件和数据库，用于将操作人员使用图形化组件生成的工艺控制指令转换为设备控制指令，提交通用通讯接口发送给国产工业控制系统控制设备动作，同时将通用通讯接口接收的设备状态数据及第三方系统交互数据发送给图形化组件进行可视化显示。对流经综合处理模块的数据，综合处理模块同步开展数据的清洗、整理和多重复杂标记后，提交数据库存储。

(4)数据库

数据库用于保存综合处理模块处理完成的标记数据，并为智能数据分析模块提供数据支撑。数据库适配人大金仓、武汉达梦、神舟通用等国产数据库平台。数据存储架构可根据实际系统使用需求配置，支持单机单数据库模式、双机热备数据存储模式及分布式存储模式。

(5)图形化组件

图形化组件是人机交互的基本单元，连接语音识别处理模块、应用层的故障报警模块、应用层的运行控制模块、应用层的状态监测评估模块、应用层的 WEB发布模块、综合处理模块和智能数据分析模块，用于组成系统控制、状态监测及故障报警页面。主要包括按钮、文本框、进度条等控制显示元件，折线图、饼图、热力图、柱状图等显示元件及报警信息显示控件。

(6)智能数据分析模块

智能数据分析模块连接图形化组件、数据库和分析算法库，用于对实时数据和历史数据开展大数据分析及趋势预测等功能，其包括主流的机器学习及人工智能算法，如神经网络、随机森林、聚类等，同时也可调用分析算法库中操作人员自主编写的数据分析算法。目前支持的算法编写语言主要为python。算法的调用包含单次调用、定时调用、周期调用、条件调用的多种形式。

(7)分析算法库

分析算法库连接应用层的脚本编程逻辑模块，用于存储系统人员依托该监控系统编写的专用的数据分析算法，各算法以单独文件编写，可动态添加和删减，并支持在线修改。

(8)生物识别处理模块

生物识别处理模块连接指纹采集设备和应用层的权限管理监测模块，用于处理设备层的指纹采集设备采集的操作人员指纹信息，供权限管理监测模块使用。

(9)图像识别处理模块

图像识别处理模块连接设备层的图像采集设备和应用层的管理监测模块、故障报警模块，主要用于人脸识别监测、系统设备状态识别、系统泄漏可视化监测、系统安全管控监测等信息处理。通过人脸识别，验证人员身份。通过系统设备状态监测，验证系统设备动作及信号传输是否正确。通过系统泄漏监测，可及时发现系统风险，提高系统故障时的响应能力，同时可减少危险区域人员部署。通过系统安全管控监测，可对现场人员分布、着装、行为进行监控，消除风险隐患。

(10)语音识别处理模块

语音识别处理模块连接设备层的音频采集设备和基础层的图形化组件，语音识别处理模块主要用于处理麦克风采集的音频信息，用于记录操作人员指挥口令，提供语音界面交互操作。

(11)设备动作时序逻辑库

设备动作时序逻辑库连接应用层的运行控制模块和可视化工艺编制模块，用于存储设备工艺流程时序控制文件，其通过工艺编制模块由系统人员设置后自动生成，运行控制功能获取改文件，可转换为设备控制时序指令，通过图形化组件传递。该库内的文件可动态扩展，在线添加、修改和删除。

4)应用层

应用层用于完成指纹及人脸识别身份认证，确保系统使用安全，处理系统报警信息，为操作人员提供控制功能，为操作人员提供了可视化的编辑环境，评估系统状态，提供远程服务，为操作人员提供编写算法文件功能。

包括权限管理监测模块、故障报警模块、运行控制模块、可视化工艺编制模块、状态监测评估模块、WEB发布模块和脚本编程逻辑模块。

(1)权限管理监测模块

权限管理监测模块用于用户权限的设置，依靠生物识别处理、图像识别处理完成指纹及人脸识别身份认证，确保系统使用安全。同时对不同用户可设置不同的操作权限。在用户使用过程中，通过摄像头及图像识别处理，对操作人员进行行为监测，确保人员行为符合管理要求。

(2)故障报警模块

故障报警模块用于系统报警信息的处理，可人为设定报警准则，指定不同的警报类别。报警信息可在页面弹窗显示或闪烁显示，并通过设置后，可对指定手机或邮箱进行定点推送。

(3)运行控制模块

运行控制模块为操作人员控制系统的主要功能模块，操作人员可在运行控制模块对系统设备进行单点控制操作、工序自动控制操作，即使用设备动作时序逻辑库中的工艺时序控制文件进行设备操作。

(4)可视化工艺编制模块

可视化工艺编制模块主要用于设备动作时序逻辑库中的工艺时序控制文件的编写，其为操作人员提供了可视化的编辑环境，将设备、动作、判断条件等变化为可视化模块，操作人员通过拖拽连接，完成设备自动控制流程设计，生成工艺时序控制文件。

(5)状态监测评估模块

状态监测评估模块主要用于系统设备状态显示、实时及历史数据分析、系统状态快速评估、系统综合态势评估等。其依托智能数据分析模块提供的结论，在图形化组件中对实时或历史数据进行可视化显示，或显示后续参数变化趋势预测。状态监测评估模块具备评估报表设计功能，能够根据使用需求设计制定数据显示报表，操作人员可根据需要自主设计图表及数据显示样式。

(5)WEB发布模块

WEB发布模块具备WEB发布功能，可通过系统注册指定的移动终端，对终端使用人员进行权限认证后，提供对应权限的远程使用服务。

(6)脚本编程逻辑模块

脚本编程逻辑模块用于系统操作人员编写分析算法库中的算法文件，支持python脚本编程，提供算法文件的新增、修改、查找、删除等功能。

该监控系统可按如图2所示架构部署于国产工控机及国产服务器设备上。国产自主可控冗余工业控制系统与流体输送系统硬件设备及传感器相连，通过交换机与后端国产工控机联通。国产自主可控工业控制系统上位机软件可单独部署于独立的国产工控机上，也可与系统软件部署于同一台国产工控机上。国产主备工控机、国产计算服务器、国产存储服务器、指纹采集设备、音频设备、视频设备均通过以太网相连接。国产存储服务器部署国产数据库平台。国产计算服务器部署智能数据分析模块、分析算法库、生物识别处理模块、图像识别处理模块、语音识别处理模块、WEB发布模块。国产工控机上部署权限监测模块、故障报警模块、运行控制模块、状态监测评估模块、脚本编辑逻辑模块、可视化工艺编制模块、设备动作时序逻辑库、综合处理模块、图形化组件模块、通用通讯接口模块、通讯协议库。

本发明的系统软件使用QT、PYTHON等语言，基于国产操作系统采用模块式架构开发，部分功能可根据实际使用需求进行裁剪。具有较强的灵活性和可扩展性。在计算机、服务器方面，适配当前主流的国产芯片上位机及服务器。在操作系统方面适配银河麒麟、中标麒麟、优麒麟国产操作系统。在数据库方面，适配人大金仓、武汉达梦、神舟通用等国产数据库平台。在国产工控系统方面，适配浙大中控、中电六所、南大傲拓等国产冗余工业PLC控制系统软硬件。

本发明具有以下有益效果：

1)依托全国产自主可控的软硬件平台，组建工业流体输送监控系统，彻底消除使用国外软硬件平台带来的安全隐患，避免因国外高新技术限制出口后造成的系统维护保养困难。同时提升国产工控系统的易用性、美观性及智能化。

2)建立适配国产自主可控的主流工业自动化控制软硬件产品的工业流体输送系统通用架构，实现工业流体输送系统核心功能与国产自主工控软硬件平台解耦。建立通用的通讯协议库，以灵活配置的通讯协议文件的形式，建立与国产工控系统的数据连接，最大限度消除国产工控产品软硬件迭代及不同品牌系统更换对工业流体输送系统使用的影响。且能够根据需要，实现通讯协议的动态扩充。

3)增强系统的安全性，使用指纹识别及人脸识别技术，辅助完成系统的身份认证，同时通过摄像头实时采集操作人员状态信息，依托机器学习算法对人员专注度进行智能判读，确保系统安全，操作人员有效履行监控职责。

4)加强系统智能化水平，采用集成模块化方式，可配置的为工业流体输送系统提供数据综合分析、趋势预测、图像识别、语音识别、生物识别等手段，确保系统使用安全，提升系统无人值守能力。通过机器学习算法，动态开展历史数据分析学习，完成各传感器参数变化趋势预测及图表显示，提升系统综合监测及数据判读、预测能力。通过摄像头及图像识别算法，对流体输送现场人员身份进行确认、对人员行为、着装进行智能识别，提升现场安全管理水平。通过语音识别等方式，为工业流体输送系统增加多元化的人机交互手段，提升系统使用的便利性。

5)建立便于功能持续扩展的增量型系统，依托脚本编程，适配pyhton语言，为系统人员提供特定工业流体输送系统领域算法的编写环境，系统领域专家可依托该监控系统开展工业流体输送系统专属算法研发，并实时应用到该监控系统中进行动态验证。

6)实现工业流体输送系统工序控制逻辑的灵活可配置，将工序控制逻辑通过动作时序逻辑文件的形式实现，不再需要编译到软件内部。提供可视化模块组合功能，将设备、判断条件等逻辑元素以图形组件的方式提供。系统操作人员可按照需要实时设计设备逻辑控制工序，并立刻应用于系统中，也可快速对原有逻辑控制工序进行调整，进一步实现系统的灵活性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，该系统包括设备层、国产工控系统控制层、基础层和应用层；

设备层包括该监控系统需控制的实际工业设备及信息采集设备，包括流体输送系统的硬件设备及传感器和通用信息采集设备，流体输送系统的硬件设备及传感器包括液体输送系统的阀门、贮罐、温度传感器、压力传感器、流量传感器、阀位传感器和电磁阀，通用信息采集设备包括摄像头、指纹识别和麦克风；

国产工控系统控制层包括国产自主可控工业控制系统硬件和国产自主可控工业控制系统软件，国产自主可控工业控制系统软件为国产工控系统软件，包括国产自主可控工业控制系统驱动；国产自主可控工业控制系统硬件连接到设备层的流体输送系统的硬件设备及传感器，国产工控系统软件连接国产自主可控工业控制系统硬件，国产工控系统控制层用于直接控制流体输送系统的硬件设备，采集传感器参数，并于基础层进行数据交互；

基础层用于接收国产工控系统控制层、设备层采集的信息，并对数据进行清洗和存储，为应用层提供智能分析、图形化控件和图像语音识别，并接收应用层的控制指令，传递到国产工控系统控制层和设备层；基础层包括通用通讯接口、通讯协议库、综合处理模块、数据库、图形化组件、智能数据分析模块、分析算法库、生物识别处理模块、图像识别处理模块、语音识别处理模块以及设备动作时序逻辑库；

应用层用于完成指纹及人脸识别身份认证，确保系统使用安全，处理系统报警信息，为操作人员提供控制功能，为操作人员提供了可视化的编辑环境，评估系统状态，提供远程服务，为操作人员提供编写算法文件功能，包括权限管理监测模块、故障报警模块、运行控制模块、可视化工艺编制模块、状态监测评估模块、WEB发布模块和脚本编程逻辑模块。

2.如权利要求1所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，通用通讯接口用于与国产工控系统软件进行通讯交互，接收国产工控系统控制层采集的传感器信息，并传递系统控制指令，是该监控系统实现工艺控制逻辑与工控系统软件解耦的基础，通用通讯接口连接通讯协议库和第三方系统，通过载入不同的通讯协议库中的协议文件，实现与不同品牌的国产工控系统软件的信息交互，且依靠不同协议文件与第三方系统数据交互；通用通讯接口具备双机冗余热备机制；通讯协议库用于存储该监控系统与国产工控系统软件交互协议及第三方系统通讯交互协议，通讯协议以独立文件方式存储，通讯协议库根据需要在线动态扩充和修改。

3.如权利要求2所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，综合处理模块是系统控制的核心，是该监控系统实现工艺控制逻辑与工控系统软件解耦的关键，连接图形化组件和数据库，用于将操作人员使用图形化组件生成的工艺控制指令转换为设备控制指令，提交通用通讯接口发送给国产工业控制系统控制设备动作，同时将通用通讯接口接收的设备状态数据及第三方系统交互数据发送给图形化组件进行可视化显示；对流经综合处理模块的数据，综合处理模块同步开展数据的清洗、整理和多重复杂标记后，提交数据库存储；数据库用于保存综合处理模块处理完成的标记数据，并为智能数据分析模块提供数据支撑，数据存储架构支持单机单数据库模式、双机热备数据存储模式及分布式存储模式。

4.如权利要求3所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，图形化组件是人机交互的基本单元，连接语音识别处理模块、应用层的故障报警模块、应用层的运行控制模块、应用层的状态监测评估模块、应用层的WEB发布模块、综合处理模块和智能数据分析模块，用于组成系统控制、状态监测及故障报警页面，包括按钮、文本框、进度条，以及折线图、饼图、热力图、柱状图及报警信息显示控件。

5.如权利要求3所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，智能数据分析模块连接图形化组件、数据库和分析算法库，用于对实时数据和历史数据开展大数据分析及趋势预测，包括主流的机器学习及人工智能算法，同时能调用分析算法库中操作人员自主编写的数据分析算法；智能数据分析模块采用的算法编写语言为python，算法的调用形式包括单次调用、定时调用、周期调用和条件调用；分析算法库连接应用层的脚本编程逻辑模块，用于存储系统人员依托该监控系统编写的专用的数据分析算法，各算法以单独文件编写，动态添加和删减，并支持在线修改。

6.如权利要求3所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，生物识别处理模块连接指纹采集设备和应用层的权限管理监测模块，用于处理设备层的指纹采集设备采集的操作人员指纹信息，供权限管理监测模块使用；图像识别处理模块连接设备层的图像采集设备和应用层的管理监测模块、故障报警模块，用于人脸识别监测、系统设备状态识别、系统泄漏可视化监测、系统安全管控监测，通过人脸识别，验证人员身份，通过系统设备状态监测，验证系统设备动作及信号传输是否正确，通过系统泄漏监测，及时发现系统风险，提高系统故障时的响应能力，同时减少危险区域人员部署，通过系统安全管控监测，对现场人员分布、着装、行为进行监控；语音识别处理模块连接设备层的音频采集设备和基础层的图形化组件，语音识别处理模块用于处理麦克风采集的音频信息，用于记录操作人员指挥口令，提供语音界面交互操作；设备动作时序逻辑库连接应用层的运行控制模块和可视化工艺编制模块，用于存储设备工艺流程时序控制文件，通过工艺编制模块由系统人员设置后自动生成，运行控制功能获取改文件，转换为设备控制时序指令，通过图形化组件传递，该库内的文件可动态扩展，在线添加、修改和删除。

7.如权利要求2-6任一项所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，权限管理监测模块用于用户权限的设置，依靠生物识别处理、图像识别处理完成指纹及人脸识别身份认证，确保系统使用安全，同时对不同用户设置不同的操作权限，在用户使用过程中，通过摄像头及图像识别处理，对操作人员进行行为监测，确保人员行为符合管理要求；故障报警模块用于系统报警信息的处理，通过人为设定报警准则，指定不同的警报类别，报警信息在页面弹窗显示或闪烁显示，并通过设置后，对指定手机或邮箱进行定点推送。

8.如权利要求7所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，运行控制模块为操作人员控制系统的功能模块，操作人员在运行控制模块对系统设备进行单点控制操作、工序自动控制操作，即使用设备动作时序逻辑库中的工艺时序控制文件进行设备操作；可视化工艺编制模块用于设备动作时序逻辑库中的工艺时序控制文件的编写，为操作人员提供了可视化的编辑环境，将设备、动作、判断条件变化为可视化模块，操作人员通过拖拽连接，完成设备自动控制流程设计，生成工艺时序控制文件。

9.如权利要求8所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，状态监测评估模块用于系统设备状态显示、实时及历史数据分析、系统状态快速评估和系统综合态势评估，依托智能数据分析模块提供的结论，在图形化组件中对实时或历史数据进行可视化显示，或显示后续参数变化趋势预测；状态监测评估模块具备评估报表设计功能，能够根据使用需求设计制定数据显示报表，操作人员根据需要自主设计图表及数据显示样式；WEB发布模块具备WEB发布功能，通过系统注册指定的移动终端，对终端使用人员进行权限认证后，提供对应权限的远程使用服务；脚本编程逻辑模块用于系统操作人员编写分析算法库中的算法文件，支持python脚本编程，提供算法文件的新增、修改、查找和删除。

10.如权利要求9所述的基于自主可控的智能流体输送监控系统，其特征在于，国产自主可控冗余工业控制系统与流体输送系统硬件设备及传感器相连，通过交换机与后端国产工控机联通，国产自主可控工业控制系统上位机软件部署于独立的国产工控机上，国产主备工控机、国产计算服务器、国产存储服务器、指纹采集设备、音频设备和视频设备均通过以太网相连接，国产存储服务器部署国产数据库平台，国产计算服务器部署智能数据分析模块、分析算法库、生物识别处理模块、图像识别处理模块、语音识别处理模块和WEB发布模块；国产工控机上部署权限监测模块、故障报警模块、运行控制模块、状态监测评估模块、脚本编辑逻辑模块、可视化工艺编制模块、设备动作时序逻辑库、综合处理模块、图形化组件模块、通用通讯接口模块和通讯协议库。