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 公司基于“感知+互聯(lián)+價值挖掘管理”的服務(wù)理念自主開發(fā)的“DHMS工業(yè)設(shè)備全生命周期管理與預(yù)測性維護(hù)云平臺”，是利用云原生技術(shù)、微服務(wù)、時序數(shù)據(jù)庫、數(shù)字信號處理、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、邊緣計算等技術(shù)，為設(shè)備建立全生命周期的數(shù)據(jù)管理和價值發(fā)現(xiàn)，為用戶提供設(shè)備全生命周期管理、遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測、故障智能告警、智能故障診斷、故障趨勢預(yù)測、預(yù)測性維修、生產(chǎn)制程工藝改善、設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)、智能點巡檢等在線服務(wù)和端到端的完整解決方案。該平臺目前在煤炭行業(yè)的設(shè)備預(yù)測性維護(hù)領(lǐng)域市場占有率第一。

煤炭行業(yè)目前是我國最主要的能源來源，在所有能源組成中，占比60%左右，因此國家高度重視煤炭行業(yè)的健康發(fā)展。近年來隨著國家對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和兩化融合的重視，煤炭行業(yè)相關(guān)部門出臺了很多煤炭智能化改造的政策和指導(dǎo)文件：

·       2018年5月1日，《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范（GB/T34679-2017）》開始實施。

·       2020年12月，國家能源局、國家煤礦安監(jiān)局《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》

·       2020年12月，國家能源局《智能化示范煤礦建設(shè)管理暫行辦法》

·       2021年12月，國家能源局發(fā)布《關(guān)于印發(fā)智能化示范煤礦驗收管理辦法（試行）》的通知

·       《山東能源智能化驗收評分辦法67號文》

·       《山東能源集團(tuán)有限公司關(guān)于印發(fā)《煤礦智能化建設(shè)“十四五”規(guī)劃》的通知》

·       《陜西省煤礦智能化建設(shè)指南（試行）》

·       《安徽省煤礦智能化建設(shè)驗收辦法及評分標(biāo)準(zhǔn)》

·       《貴州省煤礦智能化發(fā)展實施方案》

·       《內(nèi)蒙古自治區(qū)推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)三年行動實施方案》

·       《山西省能源局煤炭洗選企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)范考核評定辦法（試行）》

本案例是蘇州德姆斯信息技術(shù)有限公司應(yīng)安徽省礦業(yè)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司的要求開發(fā)的“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”，基于“DHMS工業(yè)設(shè)備全生命周期管理與預(yù)測性維護(hù)云平臺”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，接入安徽礦機(jī)的自動化控制系統(tǒng)DCS數(shù)據(jù)和視頻圖像監(jiān)控數(shù)據(jù)并進(jìn)行深度融合，打通原本獨立的各個系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)對帶式輸送機(jī)的一站式智慧化管理。

一、項目概況

1. 項目背景

安徽省礦業(yè)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司(簡稱：安徽礦機(jī))是國家高新技術(shù)企業(yè)，國家煤機(jī)裝備制造業(yè)骨干企業(yè)、煤炭行業(yè)AAA級信用企業(yè)，占地面積近千畝，職工1100余人。擁有各類機(jī)床及高精設(shè)備1300余臺，設(shè)有省級技術(shù)中心和國家乙級檢測中心。安徽礦機(jī)專業(yè)從事煤礦綜采、綜掘、支護(hù)、運(yùn)輸裝備的制造、安裝及維修。主導(dǎo)產(chǎn)品有液壓支架、刮板輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)，新產(chǎn)品有單軌吊機(jī)車、設(shè)備列車、超前支護(hù)產(chǎn)品和綜采工作面拆除安裝設(shè)備等，并從事采掘設(shè)備大修、電器修理，以及鍛件、鑄件生產(chǎn)。

為響應(yīng)國家對煤炭行業(yè)智慧化礦山要求，為煤礦企業(yè)提供更加易用、安全的皮帶輸送機(jī)產(chǎn)品，實現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)和減人增效目的，安徽礦機(jī)提出了開發(fā)一套完整的“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”系統(tǒng)開發(fā)要求。

2. 項目簡介

帶式輸送機(jī)又稱皮帶輸送機(jī)，是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械。主要由機(jī)架、輸送帶、托輥、滾筒、張緊裝置、傳動裝置等組成。輸送帶根據(jù)摩擦傳動原理而運(yùn)動，適用于輸送易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的低磨琢性物料及袋裝物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、糧食等。膠帶輸送機(jī)可在環(huán)境溫度-20℃至+40℃范圍內(nèi)使用，被送物料溫度小于60℃。其機(jī)長及裝配形式可根據(jù)用戶要求確定，傳動可用電滾筒，也可用帶驅(qū)動架的驅(qū)動裝置。

帶式輸送機(jī)式煤礦最重要的關(guān)鍵設(shè)備之一，具有輸送能力強(qiáng)，輸送距離遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單易于維護(hù)等特點，能方便地實行程序化控制和自動化操作。運(yùn)用輸送帶的連續(xù)或間歇運(yùn)動來輸送100KG以下的物品或粉狀、顆狀物品，其運(yùn)行高速、平穩(wěn)，噪音低，并可以上下坡傳送。

圖1 帶式輸送機(jī)示意圖

安徽礦機(jī)已有自己開發(fā)的帶式輸送機(jī)自動化控制系統(tǒng)，以及第三方開發(fā)的“智能巡檢機(jī)器人”和“AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)”，但三個系統(tǒng)完全相互獨立，需要分別進(jìn)行訪問與控制。

3. 項目目標(biāo)

采用高效傳動技術(shù)、智能傳感技術(shù)、AI視頻圖像處理技術(shù)、人工智能分析、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸技術(shù)，開發(fā)“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”軟件，實現(xiàn)對輸送機(jī)的智能驅(qū)動、自主決策、故障診斷和分析，為設(shè)備使用維護(hù)人員提供數(shù)據(jù)支持和決策支持。

（1）  平臺需求如下：

·       主運(yùn)輸煤流線相關(guān)設(shè)備能通過現(xiàn)場工業(yè)總線實現(xiàn)互聯(lián)互通， 能夠與煤礦綜合管控平臺實現(xiàn)智能聯(lián)動， 實現(xiàn)無人值守作業(yè)；

·       單條帶式輸送機(jī)具備完善的傳感器、 執(zhí)行器及控制器， 實現(xiàn)單臺設(shè)備的自動控制；

·       具備防滑、 堆煤、 跑偏等綜合保護(hù)裝置， 能夠根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實現(xiàn)綜合保護(hù)裝置的聯(lián)動保護(hù)控制；

·       帶式輸送機(jī)采用變頻軟啟動、CST 軟啟動等軟啟動方式；

·       給煤點設(shè)計合理， 實現(xiàn)膠帶輸送機(jī)安全運(yùn)行， 裝載、 卸載位置實現(xiàn)視頻監(jiān)控全覆蓋；

·       具備煤流平衡功能，多條皮帶搭接， 則實現(xiàn)多條輸送帶的集中協(xié)同控制， 具備語音預(yù)警功能， 具備集中控制、 就地控制具備基于 AI 實現(xiàn)皮帶空載、 跑偏、 大塊煤、 堆煤、 異物， 以及人員違規(guī)穿越皮帶等功能；

·       集控系統(tǒng)具備電流、 溫度、 振動等參數(shù)的實時采集、 狀態(tài)監(jiān)測、故障在線診斷與預(yù)警、 運(yùn)行效率分析等功能；

·       具備主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警功能， 實現(xiàn)煙霧、 粉塵、 溫度等的智能監(jiān)測；

·       膠帶輸送機(jī)具備煤量、 帶速、 溫度等智能監(jiān)測功能， 具有異物檢測和帶速智能調(diào)節(jié)功能；

（2）  數(shù)據(jù)接入與融合：

平臺需要與第三方的智能巡檢機(jī)器人、AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)、輸送機(jī)自動化控制系統(tǒng)等配套廠家達(dá)成接口對接，接入這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并在平臺進(jìn)行統(tǒng)一展示與控制。

二、項目實施概況

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架平臺，平臺采用了云原生技術(shù)、微服務(wù)、時序數(shù)據(jù)庫、數(shù)字信號處理、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、邊緣計算等技術(shù)，具有靈活性好、擴(kuò)展性好、易于維護(hù)和定制化等特點。尤其是獨創(chuàng)的“0代碼動態(tài)配置數(shù)據(jù)接入”技術(shù)，支持多種數(shù)據(jù)接入?yún)f(xié)議，以及完全基于微服務(wù)等前后端開發(fā)技術(shù)，在面對這種工業(yè)用戶的高度定制化需求時，只需要極少的投入就可以快速滿足客戶的定制化需求，本項目從正式開發(fā)到交互，總共用了3個多月時間即系統(tǒng)靈活性和擴(kuò)展性的證明。

1. 項目總體架構(gòu)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺、工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、DCS自動化控制系統(tǒng)、“智能巡檢機(jī)器人與”、“AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)”等組成。平臺充分考慮了系統(tǒng)設(shè)計的高可靠性、高擴(kuò)展性、高安全性等要求，采用云原生技術(shù)開發(fā)微服務(wù)組件，保證了系統(tǒng)可長時間穩(wěn)定工作，可無縫升級。

平臺采用分層結(jié)構(gòu)，主要由邊緣層、基礎(chǔ)平臺層、公共平臺層（PaaS）層、應(yīng)用層（SaaS）等組成。系統(tǒng)包括狀態(tài)傳感器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、PLC、DCS控制器、遠(yuǎn)程智能傳輸單元（邊緣網(wǎng)關(guān)）、遠(yuǎn)程服務(wù)器、服務(wù)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程PC客戶端及移動客戶端。

圖2  “帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”系統(tǒng)架構(gòu)

·       邊緣層：邊緣層位于皮帶輸送機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場，由數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)通信和邊緣計算等模塊組成，用于皮帶機(jī)健康狀態(tài)監(jiān)測的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測器和工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)具有邊緣計算能力，可以把采集到的數(shù)據(jù)在本地進(jìn)行實時解析和計算，并把計算結(jié)果通過MQTT協(xié)議上傳到平臺服務(wù)器。來自PLC的自動化數(shù)據(jù)以Modbus RTU通過工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)接入到云平臺，DCS數(shù)據(jù)可通過Modbus TCP或OPC UA接入到工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，或直接接入到私有部署的云平臺。

·       基礎(chǔ)平臺層（IaaS）：基礎(chǔ)平臺層由云基礎(chǔ)設(shè)施和云基礎(chǔ)系統(tǒng)兩部分組成。由于云平臺采用了Docker+Kubernetes云原生技術(shù)，云基礎(chǔ)設(shè)施可以是公有云虛擬機(jī)、私有部署服務(wù)器、運(yùn)營商公網(wǎng)服務(wù)器、私有部署服務(wù)器甚至PC機(jī)組成，為保證系統(tǒng)等可靠運(yùn)行，云基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)包含3個以上節(jié)點，以使得任一節(jié)點出現(xiàn)故障后系統(tǒng)具有自愈能力。云基礎(chǔ)系統(tǒng)包含Docker和Kubernetes基礎(chǔ)框架，以及時序數(shù)據(jù)庫、對象存儲數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫和圖像數(shù)據(jù)庫等存儲系統(tǒng)，針對不同的數(shù)據(jù)類型采用不同的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，使得云平臺具有最好的數(shù)據(jù)存取能力和極高的數(shù)據(jù)存取效率。Kubernetes分布式式框架具有功能無限增加和容量無限擴(kuò)展的能力，新的需求、診斷模型等新功能可以以新服務(wù)形式發(fā)布運(yùn)行，當(dāng)隨著接入的設(shè)備數(shù)量增加使得系統(tǒng)的處理能力不足以支撐時，可以增加云基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行擴(kuò)容，部署新服務(wù)和云基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)容都可以通過簡單的操作遠(yuǎn)程完成，系統(tǒng)的所有服務(wù)不需要停止運(yùn)行。

·       公共平臺層（PaaS）：公共平臺層為“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”應(yīng)用提供所需的公共和基礎(chǔ)服務(wù)，包含數(shù)據(jù)中臺、數(shù)據(jù)建模與分析、和資源管理等公共模塊。其中數(shù)據(jù)中臺提供數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存取、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)聚合等服務(wù)；數(shù)據(jù)建模與分析部分提供數(shù)字信號處理、機(jī)器學(xué)習(xí)框架、自動閾值計算、趨勢分析與預(yù)測、振動機(jī)理模型、圖像處理分析等功能；資源管理部分提供設(shè)備管理、智能告警、消息推送、組織與用戶、服務(wù)發(fā)現(xiàn)與封裝等功能；這些公共平臺服務(wù)為應(yīng)用層的服務(wù)提供數(shù)據(jù)獲取、分析和處理的接口，使應(yīng)用開發(fā)只用關(guān)心業(yè)務(wù)邏輯，加快業(yè)務(wù)開發(fā)速度。

·       應(yīng)用層（SaaS）：應(yīng)用層是完成“帶式輸送機(jī)智慧化管理”的業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)分析、和分析結(jié)果最終呈現(xiàn)的軟件實現(xiàn)，主要包含帶式輸送機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測、自動化數(shù)據(jù)監(jiān)測、視頻監(jiān)控和煤流監(jiān)測、故障智能診斷、故障遠(yuǎn)程診斷等服務(wù)。應(yīng)用層還包含皮帶輸送機(jī)的Web云組態(tài)和手持終端呈現(xiàn)功能。

2. 技術(shù)平臺

（1）  數(shù)據(jù)中臺架構(gòu)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”采用數(shù)據(jù)中臺架構(gòu)設(shè)計，把帶式輸送機(jī)的數(shù)據(jù)處理從原來的煙囪式多個獨立系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)集中的大數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、存儲、和分析處理中心，整合大數(shù)據(jù)處理、計算、分析能力，降低數(shù)據(jù)使用成本，從根本上解決數(shù)據(jù)孤島問題，從而可以開發(fā)出更多基于數(shù)據(jù)分析的功能和業(yè)務(wù)，如根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和或視頻監(jiān)控情況連接DCS系統(tǒng)直接對帶式輸送機(jī)進(jìn)行控制；可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和自動化控制系統(tǒng)的生產(chǎn)參數(shù)融合來判斷設(shè)備的健康狀況，提高設(shè)備狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性等。

數(shù)據(jù)中臺提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入接口、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理服務(wù)等，以帶式輸送機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測器采集的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、自動化控制系統(tǒng)采集的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的實時圖像數(shù)據(jù)、巡檢機(jī)器人采集的皮帶狀態(tài)數(shù)據(jù)等，并以數(shù)據(jù)聚合應(yīng)用為出發(fā)點進(jìn)行應(yīng)用層業(yè)務(wù)邏輯的設(shè)計，達(dá)到一套數(shù)據(jù)無限擴(kuò)展的數(shù)據(jù)應(yīng)用的目的。

圖3  “帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”的數(shù)據(jù)中臺架構(gòu)

（2）云原生基礎(chǔ)平臺

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”包含近100個各種功能的微服務(wù)，需要對這些微服務(wù)的部署、運(yùn)行和升級進(jìn)行管理，同時為滿足各煤礦集團(tuán)分布于全國各地的煤礦進(jìn)行管理，軟件支撐平臺需要支持動態(tài)擴(kuò)容和功能擴(kuò)展能力，云平臺的基礎(chǔ)平臺（IaaS）采用了Docker+Kubernetes云原生技術(shù)。

基于Docker+Kubernetes云原生技術(shù)的基礎(chǔ)平臺架構(gòu)，平臺根據(jù)客戶的需要可支持公有云、私有云和混合云的部署方式，其中使用最廣的私有部署系統(tǒng)拓?fù)淙缦滤尽?/span>

3. 主要功能實現(xiàn)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”主要包含第三方數(shù)據(jù)接入、綜合在線監(jiān)測、設(shè)備故障診斷與告警、智能巡檢機(jī)器人、AI視頻監(jiān)控、啟停控制、綜合保護(hù)、煤流自適應(yīng)等功能模塊。

（1）  第三方數(shù)據(jù)接入

平臺利用蘇州德姆斯獨有的動態(tài)腳本解析技術(shù)接入“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”主要包含第三方數(shù)據(jù)接入帶式輸送機(jī)自動化控制系統(tǒng)、AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)、和智能巡檢機(jī)器人的數(shù)據(jù)。除AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)外，其他所有數(shù)據(jù)無需進(jìn)行額外開發(fā)即可接入到管理平臺進(jìn)行存儲、分析處理和展示。

·       帶式輸送機(jī)自動化控制系統(tǒng)(PLC與DCS)與管理平臺之間采用Modbus RTU和Modbus TCP進(jìn)行通信，采集的數(shù)據(jù)全部上傳至“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”，同時接受來自帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺的狀態(tài)信號；

·       智能巡檢機(jī)器人采用MQTT協(xié)議上傳數(shù)據(jù)到管理平臺；

·       管理平臺通過HTTP接口獲取AI視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)的實時視頻數(shù)據(jù)，為節(jié)約存儲空間，管理平臺并不存儲和管理視頻數(shù)據(jù)，而是根據(jù)需要通過接口訪問AI視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)；獲取視頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行展示；

·       智慧運(yùn)輸管理平臺與礦方調(diào)度室上級平臺之間采用 OPC UA 協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程信號的傳輸。

圖4  數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)架構(gòu)

（2）   帶式輸送機(jī)綜合在線監(jiān)測

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”接收帶式輸送機(jī)自動化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)如電流、帶速、振動、溫度、轉(zhuǎn)速、煤量以及其他傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測，實時顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，能夠在 Web 和 APP 端查看實時運(yùn)行數(shù)據(jù)。

當(dāng)通過機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析出設(shè)備有故障，或自動化控制系統(tǒng)接入的綜合保護(hù)、電機(jī)運(yùn)行反饋等產(chǎn)生告警時，平臺實時推送告警到相關(guān)人員的Web和App客戶端，使得異常情況可以得到及時發(fā)現(xiàn)和處理。

圖5 皮帶輸送機(jī)在線監(jiān)測大屏界面

驅(qū)動部組件實時參數(shù)

減速永磁電機(jī)采用三電平變頻器進(jìn)行控制，多驅(qū)動間通過“一主多從”的方式實現(xiàn)速度跟隨或轉(zhuǎn)矩跟隨的多機(jī)功率平衡，帶式輸送機(jī)自動化控制系統(tǒng)對減速永磁電機(jī)、變頻器實現(xiàn)直接控制，并將減速永磁電機(jī)中所有的設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、冷卻系統(tǒng)的起停控制狀態(tài)等數(shù)據(jù)上傳到管理平臺。驅(qū)動部監(jiān)測參數(shù)主要如下：

·       實時電流；

·       實時功率；

·       實時輸出頻率；

·       電機(jī)繞組實時溫度；

·       前后軸承測實時溫度；

·       水溫、油溫、水壓等；

圖6 驅(qū)動部參數(shù)詳細(xì)展示界面

綜合保護(hù)八大保護(hù)狀態(tài)

實時采集與展示綜合保護(hù)裝置的實時綜合保護(hù)狀態(tài)。

圖7 皮帶輸送機(jī)8大保護(hù)狀態(tài)

制動與張緊數(shù)值實時顯示

實時采集與展示皮帶制動與張緊的油壓和張緊力數(shù)值。

圖8  制動與張緊監(jiān)測

（3）   設(shè)備故障診斷與告警

設(shè)備故障診斷與告警時“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”。利用無線機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測器采集帶式輸送機(jī)的振動與溫度數(shù)據(jù)，平臺的智能告警服務(wù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，判斷設(shè)備健康狀態(tài)是否有異常，如果有異常，則通過平臺的自動智能診斷服務(wù)自動分析判斷設(shè)備是否有故障及故障發(fā)生部位和原因，然后生成告警消息推送到設(shè)備管理人員的Web和App客戶端，使得設(shè)備故障可以及時得到發(fā)現(xiàn)和處理，避免故障惡化導(dǎo)致的資產(chǎn)損失和安全問題。

設(shè)備故障告警同時會推送給蘇州德姆斯信息技術(shù)有限公司的故障診斷專家，專家在接收到告警消息后可以遠(yuǎn)程登錄平臺，利用遠(yuǎn)程分析服務(wù)對設(shè)備進(jìn)行更詳細(xì)的分析，判斷設(shè)備是否有故障。

智能故障診斷和遠(yuǎn)程專家診斷服務(wù)后，都會自動生成完整的設(shè)備故障診斷報告，方便客戶進(jìn)行查閱。

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”可以接收輸送機(jī)自動化控制系統(tǒng)、智能巡檢機(jī)器人和AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)的告警消息并進(jìn)行實時推送。

管理平臺支持對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過對故障和告警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，列出熱點和高頻故障，以便于對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估。

（4）   AI視頻監(jiān)控與圖像處理

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”通過HTTP接口獲取AI視頻監(jiān)控的實時圖像數(shù)據(jù)，并用HTML5的視頻功能進(jìn)行實時播放。

AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)自帶圖像處理功能，能夠?qū)γ毫鬟M(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常后生成告警消息并發(fā)送到輸送機(jī)自動化控制系統(tǒng)，再通過自動化控制系統(tǒng)上傳到管理平臺。

圖10  AI視頻監(jiān)控

（5）   巡檢機(jī)器人

巡檢機(jī)器人24小時不間斷往返監(jiān)測帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并分析判斷是否有異常，如果發(fā)現(xiàn)有異常，通過MQTT接口把異常消息上傳到“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”， 管理平臺再實時推送到相關(guān)管理人員。

3. 系統(tǒng)部署方式

基于客戶要求，本項目采用私有部署方式，除手機(jī)App外，所有的應(yīng)用和代碼運(yùn)行在企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)私有云中心。出于安全考慮，采用圖示多個獨立局域網(wǎng)進(jìn)行部署，即把局域網(wǎng)分為公司生產(chǎn)局域網(wǎng)、公司辦公網(wǎng)、系統(tǒng)服務(wù)器集群網(wǎng)、車間辦公網(wǎng)等幾個子網(wǎng)。系統(tǒng)集群子網(wǎng)對其他子網(wǎng)只開放系統(tǒng)用到的端口，其他端口全部關(guān)閉。WEB瀏覽器和App從加密的 HTTPS (443) 端口通過防火墻訪問系統(tǒng)功能。通知信息可以在嚴(yán)格的審查、審計和防火墻保護(hù)下，發(fā)送到指定的地址的消息代理服務(wù)器，推送到關(guān)鍵人員的手機(jī)，以實現(xiàn)隨時隨地了解設(shè)備異常、生產(chǎn)異常等緊急情況。

圖11 平臺私有部署拓?fù)鋱D

4. 安全及可靠性

（1）   系統(tǒng)安全性

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”所有服務(wù)器及自動化控制系統(tǒng)、AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能巡檢機(jī)器人全部位于企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)，除前端對公網(wǎng)開放443端口供用戶登錄訪問外，所有服務(wù)器不對公網(wǎng)開放任何端口。

管理平臺與智能傳輸單元和智能巡檢機(jī)器人的接口為SSL且采用雙向證書認(rèn)證。

管理平臺采用嚴(yán)格的權(quán)限管理，權(quán)限粒度細(xì)化到采集參數(shù)維度，每個用戶都只能訪問自己權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。

（2）   系統(tǒng)可靠性

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”采用微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計與開發(fā)，每個功能模塊都以單獨的微服務(wù)進(jìn)行開發(fā)與發(fā)布，具有最小的耦合性，易于部署和排查問題。

管理平臺基于Docker+Kubernetes的云原生基礎(chǔ)框架，采用2（Master）+3（node）的形式組成Kubernetes簇群，平臺具有以下功能與特點：

·       自動化裝箱：在不犧牲可用性的條件下，基于容器對資源的要求和約束自動部署容器。同時，為了提高利用率和節(jié)省更多資源，將關(guān)鍵和最佳工作量結(jié)合在一起。

·       自愈能力：當(dāng)容器失敗時，會對容器進(jìn)行重啟；當(dāng)所部署的Node節(jié)點有故障時，會對容器進(jìn)行重新部署和重新調(diào)度，把故障節(jié)點上的服務(wù)全部部署到其他節(jié)點上；當(dāng)容器未通過監(jiān)控檢查時，會關(guān)閉此容器；直到容器正常運(yùn)行時，才會對外提供服務(wù)。

·       水平擴(kuò)容：通過簡單的命令、用戶界面或基于CPU的使用情況，能夠?qū)?yīng)用進(jìn)行擴(kuò)容和縮容。

·       服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡：開發(fā)者不需要使用額外的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制，就能夠基于Kubernetes進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡。

·       自動發(fā)布和回滾：Kubernetes能夠程序化的發(fā)布應(yīng)用和相關(guān)的配置。如果發(fā)布有問題，Kubernetes將能夠回歸發(fā)生的變更。

三、下一步實施計劃

1. 進(jìn)一步抽象數(shù)據(jù)接入接口

針對煤礦設(shè)備特點和功能，可以把通用的數(shù)據(jù)接口進(jìn)一步抽象封裝和定制化，做成標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接入接口，方便各種煤礦關(guān)鍵設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)和其他子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接入，提高數(shù)據(jù)接入的效率。

2. 擴(kuò)展到煤礦的另外幾大系統(tǒng)

煤礦企業(yè)的通風(fēng)系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)等幾大關(guān)鍵設(shè)備中，運(yùn)輸系統(tǒng)是最復(fù)雜的，基于本項目的實施效果，下一步可以推廣擴(kuò)展到另外幾大系統(tǒng)的設(shè)備，實現(xiàn)煤礦所有設(shè)備的智慧化管理。

3. 作為標(biāo)準(zhǔn)解決方案推廣到其他煤礦企業(yè)

“DHMS工業(yè)設(shè)備全生命周期管理與預(yù)測性維護(hù)云平臺”大型煤炭集團(tuán)和煤礦企業(yè)中已經(jīng)具有一定影響力和客戶認(rèn)可，在進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)接入便利性和接入效率后，可以將完整的煤礦設(shè)備智慧化管理平臺推廣到各煤礦企業(yè)。

4. 挖掘第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)價值

本項目只是接入了第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、統(tǒng)計和告警推送，并沒有對接入的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。下一步可以考慮對第三方的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，利用平臺強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值，更好的為用戶服務(wù)。

四、項目創(chuàng)新點和實施效果

1. 項目先進(jìn)性及創(chuàng)新點

（1）  微服務(wù)與云原生架構(gòu)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”采用微服務(wù)與云原生的技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，微服務(wù)架構(gòu)具有模塊之間耦合小、易于發(fā)布與維護(hù)、服務(wù)可獨立升級、多種語言混合開發(fā)等特點。比傳統(tǒng)單體架構(gòu)具有更好的靈活性和擴(kuò)展性，可以根據(jù)行業(yè)特點和客戶需求快速開發(fā)新的功能和服務(wù)，或者快速修改某些微服務(wù)而不影響其他服務(wù)，因此特別適合與工業(yè)設(shè)備需求復(fù)雜和多變的情況。

（2）  0開發(fā)數(shù)據(jù)接入

工業(yè)數(shù)據(jù)的一個典型特點是數(shù)據(jù)采集的類型眾多并且缺乏統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，即使是同一種通訊協(xié)議，每種設(shè)備的數(shù)據(jù)解析方法業(yè)都不同，因此不同系統(tǒng)間要進(jìn)行數(shù)據(jù)對接非常困難。

針對工業(yè)自動化數(shù)據(jù)絕大部分都是時序數(shù)據(jù)的特點，蘇州德姆斯開發(fā)了獨有的專利技術(shù)的動態(tài)腳本數(shù)據(jù)解析方法，可以在不需要開發(fā)1行代碼的情況下接入幾乎所有類型等工業(yè)自動化數(shù)據(jù)，只需通過對接入設(shè)備和數(shù)據(jù)解析方法進(jìn)行配置，即可通過Modbus RTU、Modbus TCP、OPC UA等方式接入各種工業(yè)數(shù)據(jù)。

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”也是基于此技術(shù)接入帶式輸送機(jī)等各種自動化數(shù)據(jù)和巡檢機(jī)器人數(shù)據(jù)。

圖12 動態(tài)腳本數(shù)據(jù)解析流程

（3）  自動閾值計算

閾值告警是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中使用最多的告警方法，通過比較采集到的數(shù)值或分析計算后的數(shù)值是否超出閾值來決定是否告警，實現(xiàn)起來極其簡單。在“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”中，為減少系統(tǒng)的計算開銷，閾值告警常用作智能告警的第一判斷條件，即超出閾值后才繼續(xù)采用其他告警插件進(jìn)行判斷分析。

閾值設(shè)置得準(zhǔn)確與否是自動是閾值告警準(zhǔn)確率的最關(guān)鍵因素，由于每臺設(shè)備的實際工況和工作環(huán)境都不同，設(shè)置固定的閾值很難適用于所有的設(shè)備，因此常常需要根據(jù)每臺設(shè)備的情況自動對閾值進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。

另外在同一設(shè)備同一測點產(chǎn)生告警后，如果沒來得及對告警進(jìn)行處理，可能會連續(xù)收到重復(fù)的告警消息，這需要一套合理的告警處理邏輯來避免大量重復(fù)的告警，又要避免重要的告警消息不會忽略。

針對上述兩種情況，“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”實現(xiàn)了兩種不同的自動閾值計算方法。

·       自動計算告警閾值

自動計算告警閾值針對與正常數(shù)據(jù)成近似正太分布的參數(shù)，如振動數(shù)據(jù)的各種有量綱或無量綱參數(shù)、溫升溫度（測點溫度-環(huán)境溫度）、電流、相對穩(wěn)態(tài)的生產(chǎn)參數(shù)等，通過對過去一段時間歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，結(jié)合設(shè)備的實際情況，自動計算相關(guān)參數(shù)的告警閾值，并把告警閾值設(shè)為4個不同等級，對應(yīng)于參數(shù)的不同告警級別。

圖13  自動閾值計算

上圖為不同參數(shù)的自動閾值計算圖示，四條顏色的水平線即為通過圖中的樣本按照上面的算法自動計算出來的不同閾值。

·       自動閾值調(diào)整

當(dāng)閾值設(shè)定后，如果有真實的故障產(chǎn)生，在告警未被處理前，可能會有大量的數(shù)據(jù)超過告警閾值，產(chǎn)生重復(fù)的告警，這時需要對告警閾值進(jìn)行調(diào)整，避免重復(fù)的告警產(chǎn)生。

（4）  趨勢告警

由于環(huán)境干擾或閾值設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩兀瑔渭冮撝蹈婢€是可能會產(chǎn)生漏報或誤報，尤其用來判斷工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的振動和溫度參數(shù)，受環(huán)境或其他干擾因素比較大。而設(shè)備運(yùn)行故障常常是一個叫長期緩慢發(fā)展的過程，“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”開發(fā)的趨勢告警插件，結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢和閾值告警，可以大大提高告警的準(zhǔn)確率。

趨勢告警能更早的發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在故障，特別是對于漸發(fā)性故障，即使監(jiān)測參數(shù)沒有達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的告警閾值，但是監(jiān)測值也可能呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢，這時也要引起現(xiàn)場維護(hù)人員足夠的重視。

圖14  趨勢告警示例

2. 實施效果

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”項目上線后，打通了帶式輸送機(jī)的自動化控制系統(tǒng)、AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)和巡檢機(jī)器人三個獨立的系統(tǒng)，可以在管理平臺一個系統(tǒng)即可訪問三個系統(tǒng)。平臺的智能告警、故障智能診斷等功能使得設(shè)備管理人員可以及時了解設(shè)備的異常狀況和原因，更早發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行解決。

（1）  生產(chǎn)安全性提高50%以上

設(shè)備故障在早期即可發(fā)現(xiàn)，通過實施告警推送到設(shè)備管理人員的多個在線終端，可以在隨時隨地查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀態(tài)，可以有效避免設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致安全問題。

（2）  管理效率提高30%以上

無需登錄三個系統(tǒng)即可了解帶式輸送機(jī)的所有運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)，一個集團(tuán)只需要一套軟件即可對所有煤礦進(jìn)行管理，集團(tuán)可以遠(yuǎn)程了解礦上輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可以根據(jù)輸送機(jī)的狀態(tài)下達(dá)指令，大大提高管理決策效率。

來自自動化控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)告警在接入到管理平臺后，可以實時推送到管理人員的手持終端，無需24小時進(jìn)行監(jiān)控就可以實時收到異常告警并進(jìn)行處理。

每個煤礦可以節(jié)約至少6臺監(jiān)控電腦終端，節(jié)約管理管理成本。

（3）  故障停機(jī)率減少40%

 “帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”的智能診斷和智能告警技術(shù)，可以在設(shè)備故障早期就可以得到發(fā)現(xiàn)和精準(zhǔn)定位，尤其是軸系、軸承、減速箱故障，智能診斷的準(zhǔn)確率在80%。設(shè)備管理人員在收到平臺推送的告警消息后及時進(jìn)行檢查和處理，可以避免故障惡化造成意外停機(jī)，減少因意外停機(jī)造成的生產(chǎn)損失。

（4）  維保成本節(jié)約30%

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺”的智能診斷技術(shù)可以準(zhǔn)確判斷設(shè)備故障的位置和部件，以及完善的設(shè)備故障和告警統(tǒng)計，設(shè)備管理領(lǐng)導(dǎo)可以根據(jù)統(tǒng)計的和歷史的故障維修數(shù)據(jù)來制定和調(diào)整設(shè)備的檢查、維護(hù)、潤滑、和維修計劃，把根據(jù)經(jīng)驗的維護(hù)策略改為基于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)維護(hù)策略，在避免設(shè)備出現(xiàn)大的故障而節(jié)約修理成本的同時，還可以減少因過多維保造成的備件和材料浪費(fèi)，從而大大節(jié)約維保成本。