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机电设备物联网监测平台设计

作者:未知

  摘要:机电设备是煤矿企业安全生产的基本保障,与操作人员的生命息息相关,同时也是影响企业效益的关键因素。因此科学的管理方法可以有效的提高设备运行的安全性以及高效性。针对煤矿企业机电设备管理工作,依据物联网架构理论,设计一套采用物联网和云计算技术的矿山机电设备远程在线实时监测和故障诊断平台, 实现了矿山机电设备的实时远程故障诊断和维护, 保证了机电设备管理工作的规范性以及数据的时效性,提高了设备管理的信息化水平,对煤矿企业的安全生产和国民经济的发展具有重大的现实意义。
  关键词:机电设备;物联网;监测平台;设计
  中图分类号:TN929.5   文献标识码:A   文章编号:1672-9129(2018)24-0021-02
  Abstract: electromechanical equipment is the basic guarantee of safe production of coal mine enterprises, which is closely related to the lives of operators and also the key factor that affects the efficiency of enterprises. Therefore, the scientific management method can effectively improve the safety and efficiency of equipment operation. According to the theory of Internet of things architecture, a real-time monitoring and fault diagnosis platform is designed for mine electromechanical equipment using Internet of things and cloud computing technology, which realizes the real-time remote fault diagnosis and maintenance of mine electromechanical equipment. It ensures the standardization of the management of mechanical and electrical equipment and the timeliness of the data, improves the level of informationization of equipment management, and has great practical significance for the safe production of coal mining enterprises and the development of the national economy.
  Key words: electromechanical equipment;Internet of Things;Monitoring platform;design
  機电设备是煤矿企业的核心,其运行状态的好坏直接影响煤矿整体的生产进程和经济效益。机电设备是煤矿企业生产力的重要组成部分和基本要素之一,是企业生存与发展的重要物质财富,生产设备无论从企业资产的占有率上,还是从管理工作的内容上都占据相当大的比重和十分重要的位置。同时机电设备的自动化水平也直接反映出矿山整体的智能化水平。因此,管好用好生产设备,提高设备管理水平对促进企业发展与进步有着十分重要的意义。然而目前,企业机电设备管理存在信息化水平低、实时性差、数据分析能力欠缺等问题。本文提出一种机电设备物联网状态监测系统,该系统的智能嵌入式终端能够实现对机电设备的运行参数的实时采集、定时传输和存储,系统监控中心有良好的人交互界面,能够查看和分析设备运行参数,实现管理人员对设备状态的实时掌握,监测矿山机电设备的运行状况、故障预测、诊断分析,充分利用远程网络优势实时远程故障诊断和维护,保障企业的安全生产,提高设备管理工作的效率和可靠性。
  1 机电设备物联网监测平台设计的背景与意义
  随着我国经济的飞速发展,对于能源企业,尤其是煤炭行业而言,其面临的挑战将更加严峻。近些年来,国家安全监察总局、国家煤矿安监局对煤安全重视程度越来越高,这也给煤矿企业的安全生产提出了更高的要求。煤矿企业在提高产量的同时,还要确保煤矿生产安全的可靠运行,如此一来,又给煤矿生产的各个环节提出了更高的要求,所以煤矿企业必须要不断提高矿山的整体机械化水平和自动化水平。而机电设备作为煤矿企业的核心,其机械化和智能化水平直接体现着整个矿山的自动化水平。同时,机电设备运行状态的好坏也直接影响到企业的整体效益,所以为了确保这些机电设备能够拥有良好的运行状况,更加高效的进行生产,就必须要提高对煤矿机电设备的管理和维护水平。近几年,出现了针对机电设备全寿命周期管理的信息化系统,以神东为代表,使用管理系统,对机电设备建立检修体系,并且对于不同工作环境和工作时间的设备制定对应的维修制度和建立故障管理系统,当设备出现故障时,查找故障原因,并在矿山设有的检测实验室对损坏的部件进行检测,重视设备从购买、安装、投入使用、维修、大修到报废的全寿命周期的管理,这些制度的建立都是在充分掌握设备运行状态的基础上制定的。所以,对设备进行在线监测是很重要的数据来源,未来机电设备管理还会向着更全面的方向发展。
  机电设备作为煤矿企业生产的核心,无论对于煤炭的开采和运输部分,还是提升部分都显得至关重要。随着煤矿机械化和现代化的快速推进,针对井下特殊的生产环境,对机电设备运行状态的实时掌控,提出了更为严格的要求。近几年煤矿企业都陆续引进了井下人员跟踪定位系统、井下环境实时监测和报警系统、设备监测监控系统等,这些系统都随着新技术的出现和应用也在不断的改进和完善。   目前,煤矿的机电设备监测系统是基于工业以太环网以增强通信的冗余性,从而提供了实时可靠的传输结构。但是由于煤矿作业环境复杂,传统的有线通信无法到达一些区域,而且具有布线复杂和投资大的缺点本课题使用物联网技术就解决了这一难题,所以将矿井机电设备的实时状态监测融入物联网中是新一代设备状态监测与故障诊断技术发展的必然趋势,为物联网的广泛应用奠定了基础。
  2 物联网概述及其应用场景
  物联网(Internet of Things,IOT)是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,利用WSN、无线数据通信等接入技术,把任何物品与互联网连接起来,构造一个覆盖世界上万事万物的巨大信息网络。
  随着物联网接入技术的发展,越来越多的应用场景在实现这种接入。在矿山机电行业人们希望可以实时监测到关键生产机电设备的运行状态,智能化的远程生产指挥,预测生产机电设备的健康状况,以发挥机电设备的最大效率。
  目前国内外对机电设备远程在线监测和诊断的研究比较多,但针对矿山机电设备如:采煤机、掘进机等利用先进的物联网和云计算技术搭建监测和故障诊断平台还存在很大不足。
  本文结合物联网和云计算技术,在矿山机电行业构架一个分布式远程实时在线监测和故障诊断平台,使得现场的生产技术人员、主管领导、设备提供商的技术人员、售后人员、各层领导、矿山机电设备的专家学者通过这一平台对矿山机电设备实时在线监测、故障诊断和专家分析。
  3 矿山机电设备监测平台构建方案
  根据矿山生產企业的特点,一般生产企业都组建工业网络和办公网络,工业网络主要连接各生产系统、安全监测系统,办公网络运行企业相关的管理应用系统,办公网络和工业网络之间用安全设备进行隔离。根据这样一个特点,本文在构建矿山机电设备在线监测与故障诊断平台时划分为四个层次。
  3.1数据采集前端
  数据采集前端为矿山机电设备上面安装的各种感应器、射频标签等智能信息传感设备,负责矿山机电设备各种信息的采集、预处理、简要分析,并具备一定的信息传输和处理能力。
  3.2设备接入层。
  在此设计方案中设备接入层统一指定为数据采集前端通过各种传输接入技术接入到工业网络,通过安全设备再接入到企业办公网络,从而接入到广域承载网络的各种接入技术。此部分包含:
  (1)数据采集前端接入到工业网络:采用各种总线、无线等接入技术;
  (2)工业网络与办公网络:采用防火墙、安全隔离网关等安全隔离设备;
  (3)企业办公网络接入广域承载网络:采用各种无线和有线接入技术,如WIFI、ZigBee等。
  3.3广域承载网络。
  广域承载网络是数据在广域进行传输过程中借助公共网络进行传输,公共网络可以是IPv4/IPv6、NGN、2G/3G/4G等移动或固定网络。
  3.4上层应用平台。
  该方案采用分布式应用平台设计,分为两部分:
  (1)在矿山机电设备使用现场,部署现场级的应用平台,该平台进行矿山机电设备的运行状态监测、故障预报、设备管理等功能,以供矿山机电设备使用企业的使用人员和主管观测设备信息;
  (2)在矿山机电设备生产企业部署基于企业私有云计算模式的在线实时监测与故障诊断平台即SAAS服务,技术支持及售后人员可以根据此平台实时动态观测远端设备的运行状态、对设备的运行预期故障做出预处理;学者专家远程实时对设备的故障进行判断处理,对设备的健康状况做出评价;同时该平台提供插件式的工作方式,实时加入专家的知识和设备的处理知识形成知识库和专家库。
  4 矿山机电设备监测平台功能设计
  平台功能的设计根据信息来源的标识、感知—接入、传递—处理、控制—应用、交互等四个部分,结合物联网技术和云计算方式(SAAS服务),本平台功能设计分以下五个子系统。
  4.1前端采集子系统。
  PLC、单片机、ARM、DSP等前置到矿山机电设备中的智能处理设备根据挂接上面的各种标签、传感设备、智能芯片采集各种信息,传送至服务端,并根据服务端处理反馈信息控制矿山机电设备的状况,因此本部分功能设计为:基础信息配置、前端设备管理、传输接口管理、控制功能管理。
  4.2数据传输子系统。
  数据传输子系统包含数据从数据采集前端经过各种总线、串口等传输到工业网络,从工业网络传输到企业办公网络再到远程设备制造商数据中心等三段的传输子系统,为此该部分根据需求功能设计为:基础信息配置、传输协议配置、数据分组管理、通信端管理。
  4.3本地服务子系统。
  为满足矿山机电设备的可视化、简易化管理,本地服务子系统采用组态+列表的形式进行展示,为此本系统功能设计为基础信息配置、权限管理、组态管理、数据查询、报警模块、图形显示、报表管理、故障诊断管理。
  结语:根据实际项目需求,利用物联网技术,设计了一套矿山机电设备远程在线实时监测和故障诊断平台,充分发挥前端智能数据采集设备、宽带传输网络等高新技术优势,采用专家库、知识库、推理机等实时监测矿山机电设备的运行状况、故障预测、诊断分析,充分利用远程网络优势实时远程故障诊断和维护,保障企业的安全生产,同时对矿山机电设备制造企业提高自身营销能力、快速处理异常事务能力、完善产品研发具有一定意义。
  参考文献:
  [1]郑学召.矿井救援可视化指挥装置研究[D],西安科技大学,2015,(09).
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