CN116389517A - 一种建材行业物联网管理方法及管理系统 - Google Patents

一种建材行业物联网管理方法及管理系统 Download PDF

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刘涛
胡亚东
孙利波
段然
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张明
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梁胜松
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Abstract

本发明公开了一种建材行业物联网管理方法及管理系统，属于建材行业工业互联网技术领域，特征在于，建材行业物联网管理方法包括：S1、建立统一的设备类别模板和系统模板；S2、建立建材行业统一数据编码标准；S3、建立企业、工厂、产线标准结构；S4、建立产线并接入工厂设备数据；S5、数据监控，并通过图表可视化展示数据波动；S6、利用合适的机理模型对设备数据进行分析；S7、设备控制：通过物联网对设备进行控制。本发明用于对建材行业生产数据及相关设备运行数据进行有效的管理。基于一个数字化管理平台而非特定的产品来管理物联网数据，可以实现远程监控、实时预警、工厂生产指标对比等功能，以达到提高工厂及设备的管控水平及效率的目的。

Description

一种建材行业物联网管理方法及管理系统
技术领域：
本发明属于建材行业工业互联网技术领域，特别是涉及一种建材行业物联网管理方法及管理系统。
背景技术：
建材行业是我国重要的基础性行业。中国是世界上最大的建材产品生产国，水泥、玻璃、石材等产量多年居世界第一位。在整个社会倡导节能减排，绿色发展的大背景下，建材行业正在通过技术创新，向自动化、数字化、智能化方向发展，而工业互联网正是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体。
当前，建材企业多种信息应用系统正在逐步投用，但各应用系统缺乏数据融通和治理，现场实时数据构成多个信息孤岛，海量历史信息未能共享和数据资产未盘活，还处于“自动化+人工”的初级阶段；大多数企业在生存和转型升级的十字路口面对行业对标、环保达标、清洁生产增收、系统稳定运行多重矛盾需要尽早化解的巨大挑战！而如何构建材行业工业互联网，对大多数建材企业来说却是“一头雾水”，它们对建材工业互联网的认识不足，互联装备升级改造进展缓慢、行业平台产业创新生态尚未形成等问题阻碍着本产业互联网的发展。基于此，建材企业急需信息化的核心支撑，打造基于“互联网+”的工业互联网平台，充分利用数据整合优势，积累有效数据，通过对数据进行挖掘和分析，打通各个环节、各个部门，从建材企业的底层进行数字化改造，帮助企业降低成本，省心省力。
发明内容：
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种建材行业物联网管理方法及管理系统，解决当前工厂数据采集不及时、数据分析和监控不准确等实际问题，且可有效做到对工程设备运行的修正。
本发明的第一目的是提供一种建材行业物联网管理方法；包括以下步骤：
S1、建立统一的设备类别模板和系统模板；其中设备模板覆盖设备档案信息、运行参数信息、工艺信息、生产运行信息等；系统模板覆盖数据编码、名称、数据类型、子设备等。
S2、建立建材行业统一数据编码标准，为数据分析和治理提供基础支撑。
S3、建立面向建材行业企业、工厂、产线的标准结构：根据建材行业特点，以产线为单位接入工厂设备数据，以企业、工厂、产线的层级结构管理和统计数据；在产线内部细分成若干生产系统，每个生产系统中包括若干生产设备，形成产线、系统、设备的层级结构；
S4、建立产线并接入数据：在系统中按照企业、工厂、产线的结构建立产线，通过物联网系统解析建材行业设备通信协议，并按产线指定特定topic，通过mqtt协议将数据从边缘端发送至平台，平台服务端接收到数据；
S5、数据监控，在系统上实时监控接收到的不同topic数据，并通过图表可视化展示数据波动。
S6、数据分析：利用建材行业工艺专家、装备专家经验知识，建立专家系统，结合建材行业实际场景，对设备所发送到服务端的数据建立查找合适的机理模型，包括决策树、故障诊断、模糊算法等，进行快速分析，并给出参数相关优化场景；
S7、设备控制：建立权限认证及数据加密方法，通过物联网系统对设备进行控制。
优选地，S1具体为：
搜集建材行业常用设备的类型，建立统一的设备类别模板，每一类设备统一确定M个第一技术指标项，M为大于0的自然数，所述第一技术指标项包括设备开停机状态、主电机电流、主减速机轴承温度；
搜集建材行业常用工艺系统类型，建立统一的系统模板，为每一种工艺系统确定N个第二技术指标项，N为大于0的自然数，所述第二技术指标项系统日产量、系统日耗电量、系统综合电耗。
优选地，S2具体为：用数字和字母表示每一种设备、系统以及相关的技术参数信息，同时，根据编码信息从数据库中检索到构件对应的属性值。
优选地，S6包括：
a、行业指标：通过已接入工厂的生产数据计算出各项生产指标；
b、开工指数：通过监控行业内主机设备的运行状态，获取不同区域内工厂的开工率；
C、设备地图：通过地图展示行业内各类主机设备所在的地理位置。
优选地，S7具体为：通过无线网络、有限网络，实现云端与建材装备或系统上的智能上网装置或芯片进行加密信息通讯，通过云平台发送相关指令，控制边缘端设备的PLC或OPC系统运行。
本发明的第二目的是提供一种建材行业物联网管理系统，用于实现上述的建材行业物联网管理方法，建材行业物联网管理系统包括设备端、N个客户终端、一应用服务器、一个关系型数据库、一套时序库，N为大于0的自然数；其中：
每一个客户端计算机包括用户操作界面，供技术人员执行物联网管理的相关操作，显示采集数据、做控制指令操作；
应用服务器包括物联网管理的功能模块，用于对生产线、工厂数据进行采集、算法分析、数据可视化展示；
关系型数据库用于存储物联网系统标准数据；
时序库用于存储生产线及设备实时传递数据。
优选地，所述建材行业物联网管理系统还包括：
基础信息模块，用于对数据类型、单位，建材行业设备数据分类、特征，建材行业指标模板进行管理；
系统监控模块，用于对采集点、设备、子系统、报警灯信息进行监控和预警；
设备接入模块，用于对设备各协议接入，所述协议包括mqtt协议、Modbus协议、http协议、S7协议；
设备监控模块，用于通过可视化大屏和数字孪生模型展示采集数据指标和分析指标；
数据分析模块，利用建材行业工艺专家、装备设计专家经验知识，建立专家系统，结合建材行业实际场景，对设备所发送到服务端的数据建立查找合适的机理模型进行快速分析，并给出参数等相关优化场景；
设备控制模块，用于对设备指令、代码调试等管理，通过物联网系统对设备进行控制。
本发明的有益效果：
物联网管理系统是一个云平台，能够开箱即用，有效降低成本。物联网管理方法具有行业特性，是一个数字化平台，而非对特定的产品进行管理，业务标准化、数据标准化方面能够为用户提供成熟的解决方案。数据分析和控制集成了建材行业工业机理模型能够为建材行业企业带来真正效益。
附图说明：
图1为本优选实施例中建材行业物联网管理分析流程图；
图2为本优选实施例中建材装备数字孪生监控图；
图3为本优选实施例中行业指标图；
图4为本优选实施例中开工指数图；
图5为本优选实施例中设备地图图；
图6为本优选实施例中设备控制图；
图7为本优选实施例中硬件架构图；
图8为本优选实施例中功能模块图。
具体实施方式：
下面结合附图、实施实例对本发明做进一步的解释说明。
在本实例中，一种基于建材行业物联网管理管理方法；用于设备类别模板、系统模板、数据编码标准、企业、工厂、产线标准结构、数据接入、采集点监控、数据分析及设备远程控制进行管理。
一种建材行业物联网管理方法及管理系统，包括以下步骤：
S1、建立统一的设备类别模板、系统模板
总结建材行业常用设备的类型，建立统一的设备类别模板，每一类设备统一确定若干技术指标项，例如设备开停机状态、主电机电流、主减速机轴承温度等；总结建材行业常用工艺系统类型，建立统一的系统模板，为每一种工艺系统确定若干技术指标项，例如系统日产量、系统日耗电量、系统综合电耗等。
S2、建立统一数据编码标准
建立统一数据编码标准，用数字和字母表示每一种设备、系统以及其相关的技术参数信息，例如设备开停机状态、主电机电流、主减速机轴承温度、电机转速、水平振动、垂直振动等；同时，根据编码信息能够从数据库中快速检索到构件对应的属性值。
S3、建立企业、工厂、产线标准结构
根据建材行业特点，以产线为单位接入数据，以企业、工厂、产线的层级结构管理和统计数据；在产线内部再细分成若干生产系统，各生产系统中又包含若干生产设备，形成产线、系统、设备的层级结构。
S4、建立产线并接入数据
在系统中按照企业、工厂、产线的结构建立产线，导入该产线准备接入的数据列表，包含数据标签和数据名称，为该产线指定topic，通过mqtt等协议将数据从边缘段发送至平台，平台服务端解析后存储至数据库。
S5、数据监控
1)数据采集点监控
采集数据存储到时序库中后，通过前端用列表的方式实时展示采集点数据的实时值，动态数字孪生界面展示设备运行数据。
2)设备监控
根据所接入产线的实际情况，通过调用已有的设备类别模板创建设备实例，并将已接入的数据一对一对应到已配置统一编码的技术参数中。可通过数据列表及图形化界面查看各技术参数的实时值及历史数据曲线。
基于平台行业数据优势，可分地区、按行业、按主机设备类别统计分析整个行业设备保有量、设备开机率，通过大数据反映整个行业的生产热度；通过不同地区不同企业集团间的数据对标，反映出不同技术水平间的差异，树立先进典型，促进行业整体技术进步。
3)系统监控
根据所接入产线的实际情况，通过调用已有的工艺系统模板创建系统实例，并将已接入的数据一对一对应到已配置统一编码的技术参数中。可通过数据列表及图形化界面查看各技术参数的实时值及历史数据曲线。
采集点监控和设备监控需要考虑是否影响正常生产运行：
S51、监控数据正常
数据正常时，可通过数据列表或者图形化的界面实时展示。
S52、监控数据异常处理
数据异常以至触发预先设置好的报警规则时，系统自动判定并记录异常等级，异常持续时长等，自动发送报警信息。将异常数据报警与自动控制程序相关联，满足条件时系统自动调节相关参数，使异常数据回归正常范围。
S6、数据分析
利用建材行业工艺专家、装备设计专家经验知识，建立专家系统，结合建材行业实际场景，对设备所发送到服务端的数据建立查找合适的机理模型进行快速分析，并给出参数等相关优化场景。
1)行业指标
通过已接入工厂的生产数据可以计算出其各项生产指标，同一行业接入工厂数量足够多时，可以反映该行业的平均指标，方便各工厂间进行横向对标，促进整个行业整体生产水平的提高。
2)开工指数
通过监控行业内主机设备的运行状态，实时反映出不同区域内工厂的开工率，间接反映出该区域该行业的生产热度，可作为政府部门生产调控的数据依据。
3)设备地图
通过地图展示行业内各类主机设备所在的地理位置，可体现某类设备按规格、能力、生产厂家的分布情况，结合设备实时运行数据，可为设备提供精准售后运维服务。
S7、设备控制
通过无线(4G、网络)或者有线网络的方式(加上一定的安全措施，例如单向网闸等)，实现云端与建材装备或系统上的智能上网装置或芯片进行加密信息通讯，通过云平台做相关指令，控制边缘端设备的PLC或OPC系统运行，从而达到设备控制效果。在系统中加入生产控制逻辑及大数据计算后，可实现设备、系统的智能化控制。
优选地，
一种建材行业物联网管理方法及管理系统包括设备端、多个客户终端、一应用服务器及一个关系型数据库、一套时序库。每一个客户端计算机具有用户操作界面，供技术人员执行物联网管理的相关操作，显示采集数据、做控制指令操作等。应用服务器包含了物联网管理的多个功能模块，用于对生产线、工厂数据进行采集、算法分析、数据可视化展示等。关系型数据库用于存储物联网系统标准数据，时序库用于存储生产线及设备实时传递数据。所述管理系统还包括：
基础信息，用于对数据类型、单位，建材行业设备数据分类、特征，建材行业指标模板等进行管理。
系统监控，用于对采集点、设备、子系统、报警灯信息进行监控和预警。
设备接入，用于对设备各协议接入，包括了mqtt协议、Modbus协议、http协议、S7协议等。
设备监控，用于通过可视化大屏和数字孪生模型展示采集数据指标和分析指标。
数据分析，利用建材行业工艺专家、装备设计专家经验知识，建立专家系统，结合建材行业实际场景，对设备所发送到服务端的数据建立查找合适的机理模型进行快速分析，并给出参数等相关优化场景。
设备控制，用于对设备指令、代码调试等管理，通过物联网系统对设备进行控制。
参见图1，S1、建立设备类别数据模板；
参见表1，将设备分类并按类别建立模板，包括了设备档案、运行参数、工艺参数、生产数据等信息。
表1设备类别数据模板
Figure SMS_1
对于某辊式立磨主电机油站压力，其数据编码可以表示为：XXX.OP.LU01_YP01。
S2、建立数据编码标准
1)建立数据组合码
参见表2，数据组合码格式包括了名称和编码等信息。
表2数据组合码格式
Figure SMS_2
2)确定数据码格式
参加表3，数据码格式包括了名称和编码等信息。
表3数据码格式
Figure SMS_3
应用举例如下：
CM.SCCL.HKNF.01.216PR05.OP.MR01_YV01(槐坎南方一线原料辊压机动辊振动值1)。
S3、数据接入
本发明结合建材工业物联网特点，结合mqtt服务，采集上行数据实现数据的接入。
具体是：PLC或OPC Server通过工业协议例如Modbus将数据加密传输到云端mqttborker，mqtt client通过订阅对应mqtt主题，获取数据后，进行解密，并根据Modubs协议，解析出具体的参数值。
S4、数据监控
结合业务需要，对采集的主要数据进行监控，列表展示和数字孪生展示分别说明如下。
1)列表监控
表4为监控列表
Figure SMS_4
2)数字孪生动图页面监控
参见图2，建材装备数字孪生界面动态实时展示采集数据。
S5、数据分析
基于采集数据对，结合机器学习算法做数据分析。例如，采用BP神经网络算法分析辊压机的振动数据预测其使用寿命。
1)行业指标
参见图3，通过已接入工厂的生产数据可以计算出其各项生产指标，同一行业接入工厂数量足够多时，可以反映该行业的平均指标，方便各工厂间进行横向对标，促进整个行业整体生产水平的提高。
2)开工指数
参见图4，通过监控行业内主机设备的运行状态，实时反映出不同区域内工厂的开工率，间接反映出该区域该行业的生产热度，可作为政府部门生产调控的数据依据。
3)设备地图
参见图5，通过地图展示行业内各类主机设备所在的地理位置，可体现某类设备按规格、能力、生产厂家的分布情况，结合设备实时运行数据，可为设备提供精准售后运维服务。
S6、物联网控制
参见图6，结合建材工业物联网特点，结合mqtt服务，通过传递下行数据到设备实现数据的写入，从而实现物联网控制。设备订阅相对应的mqtt主题，得到下行数据后，解析指令，并进行相关操作。例如指令1或0下达到设备控制单元，PLC控制单元可以做启停设置。
请参阅图7和图8：一种建材行业物联网管理系统，其特征在于：包括多个客户终端、一应用服务器及一个关系型数据库、一套时序库。每一个客户端计算机具有用户操作界面，供技术人员执行物联网管理的相关操作，显示采集数据、做控制指令操作等。应用服务器包含了物联网管理的多个功能模块，用于对生产线、工厂数据进行采集、算法分析、数据可视化展示等。关系型数据库用于存储物联网系统标准数据，时序库用于存储生产线及设备实时传递数据。所述管理系统还包括：
基础信息810，用于对数据类型、单位，建材行业设备数据分类、特征，建材行业指标模板等进行管理。
系统监控820，用于对采集点、设备、子系统、报警灯信息进行监控和预警。
设备接入830，用于对设备各协议接入，包括了mqtt协议、Modbus协议、http协议、S7协议等。
设备监控840，用于通过可视化大屏和数字孪生模型展示采集数据指标和分析指标。
数据分析850，利用建材行业工艺专家、装备设计专家经验知识，建立专家系统，结合建材行业实际场景，对设备所发送到服务端的数据建立查找合适的机理模型进行快速分析，并给出参数等相关优化场景。
设备控制860，用于对设备指令、代码调试等管理，通过物联网系统对设备进行控制。
一种建材行业物联网管理系统，用于实现上述的建材行业物联网管理方法，建材行业物联网管理系统包括设备端、N个客户终端、一应用服务器、一个关系型数据库、一套时序库，N为大于0的自然数；其中：
每一个客户端计算机包括用户操作界面，供技术人员执行物联网管理的相关操作，显示采集数据、做控制指令操作；
应用服务器包括物联网管理的功能模块，用于对生产线、工厂数据进行采集、算法分析、数据可视化展示；
关系型数据库用于存储物联网系统标准数据；
时序库用于存储生产线及设备实时传递数据。
所述建材行业物联网管理系统还包括：
基础信息模块，用于对数据类型、单位，建材行业设备数据分类、特征，建材行业指标模板进行管理；
系统监控模块，用于对采集点、设备、子系统、报警灯信息进行监控和预警；
设备接入模块，用于对设备各协议接入，所述协议包括mqtt协议、Modbus协议、http协议、S7协议；
设备监控模块，用于通过可视化大屏和数字孪生模型展示采集数据指标和分析指标；
数据分析模块，利用建材行业工艺专家、装备设计专家经验知识，建立专家系统，结合建材行业实际场景，对设备所发送到服务端的数据建立查找合适的机理模型进行快速分析，并给出参数等相关优化场景；
设备控制模块，用于对设备指令、代码调试等管理，通过物联网系统对设备进行控制。
物联网管理系统是一个云平台，能够开箱即用，有效降低成本。物联网管理方法具有行业特性，是一个数字化平台，而非对特定的产品进行管理，业务标准化、数据标准化方面能够为用户提供成熟的解决方案。数据分析和控制集成了建材行业工业机理模型能够为建材行业企业带来真正效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种建材行业物联网管理方法，特征在于，包括以下步骤：
S1、建立统一的设备类别模板和系统模板。其中设备模板覆盖设备档案信息、运行参数信息、工艺信息、生产运行信息等；系统模板覆盖数据编码、名称、数据类型、子设备等。
S2、建立建材行业统一数据编码标准，为数据分析和治理提供基础支撑。
S3、建立面向建材行业企业、工厂、产线的标准结构：根据建材行业特点，以产线为单位接入工厂设备数据，以企业、工厂、产线的层级结构管理和统计数据；在产线内部细分成若干生产系统，每个生产系统中包括若干生产设备，形成产线、系统、设备的层级结构；
S4、建立产线并接入数据：在系统中按照企业、工厂、产线的结构建立产线，通过物联网系统解析建材行业设备通信协议，并按产线指定特定topic，通过mqtt协议将数据从边缘端发送至平台，平台服务端接收到数据；
S5、数据监控，在系统上实时监控接收到的不同topic数据，并通过图表可视化展示数据波动。
S6、数据分析：利用建材行业工艺专家、装备专家经验知识，建立专家系统，结合建材行业实际场景，对设备所发送到服务端的数据建立查找合适的机理模型，包括决策树、故障诊断、模糊算法等，进行快速分析，并给出参数相关优化场景；
S7、设备控制：建立权限认证及数据加密方法，通过物联网系统对设备进行控制。
2.根据权利要求1所述的建材行业物联网管理方法，特征在于，S1具体为：
搜集建材行业常用设备的类型，建立统一的设备类别模板，每一类设备统一确定M个第一技术指标项，M为大于0的自然数，所述第一技术指标项包括设备开停机状态、主电机电流、主减速机轴承温度；
搜集建材行业常用工艺系统类型，建立统一的系统模板，为每一种工艺系统确定N个第二技术指标项，N为大于0的自然数，所述第二技术指标项系统日产量、系统日耗电量、系统综合电耗。
3.根据权利要求1所述的建材行业物联网管理方法，特征在于，S2具体为：用数字和字母表示每一种设备、系统以及相关的技术参数信息，同时，根据编码信息从数据库中检索到构件对应的属性值。
4.根据权利要求1所述的建材行业物联网管理方法，特征在于，S6包括：
a、行业指标：通过已接入工厂的生产数据计算出各项生产指标；
b、开工指数：通过监控行业内主机设备的运行状态，获取不同区域内工厂的开工率；
C、设备地图：通过地图展示行业内各类主机设备所在的地理位置。
5.根据权利要求1所述的建材行业物联网管理方法，特征在于，S7具体为：通过无线网络、有线网络，实现云端与建材装备或系统上的智能上网装置或芯片进行加密信息通讯，通过云平台发送相关指令，控制边缘端设备的PLC或OPC系统运行。
6.一种建材行业物联网管理系统，其特征在于：用于实现权利要求1-5任一项所述的建材行业物联网管理方法，建材行业物联网管理系统包括设备端、N个客户终端、一应用服务器、一个关系型数据库、一套时序库，N为大于0的自然数；其中：
每一个客户端计算机包括用户操作界面，供技术人员执行物联网管理的相关操作，显示采集数据、做控制指令操作；
应用服务器包括物联网管理的功能模块，用于对生产线、工厂数据进行采集、算法分析、数据可视化展示；
关系型数据库用于存储物联网系统标准数据；
时序库用于存储生产线及设备实时传递数据。
7.根据权利要求6所述的建材行业物联网管理系统，其特征在于：所述建材行业物联网管理系统还包括：
基础信息模块，用于对数据类型、单位，建材行业设备数据分类、特征，建材行业指标模板进行管理；
系统监控模块，用于对采集点、设备、子系统、报警灯信息进行监控和预警；
设备接入模块，用于对设备各协议接入，所述协议包括mqtt协议、Modbus协议、http协议、S7协议等；
设备监控模块，用于通过可视化大屏和数字孪生模型展示采集数据指标和分析指标；
数据分析模块，利用建材行业工艺专家、装备设计专家经验知识，建立专家系统，结合建材行业实际场景，对设备所发送到服务端的数据建立查找合适的机理模型进行快速分析，并给出参数等相关优化场景；
设备控制模块，用于对设备指令、代码调试等管理，通过物联网系统对设备进行控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117010598A (zh) * 2023-08-21 2023-11-07 慧众合(山东)科技创新发展有限公司 一种基于物联网的生产管理系统

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