公司基于“感知+互聯(lián)+價(jià)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(cè)性維護(hù)云平臺(tái)”，是利用云原生技術(shù)、微服務(wù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫、數(shù)字信號(hào)處理、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、邊緣計(jì)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(jià)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(cè)、故障智能告警、智能故障診斷、故障趨勢(shì)預(yù)測(cè)、預(yù)測(cè)性維修、生產(chǎn)制程工藝改善、設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)、智能點(diǎn)巡檢等在線服務(wù)和端到端的完整解決方案。該平臺(tái)目前在煤炭行業(yè)的設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)領(lǐng)域市場(chǎng)占有率第一。

煤炭行業(yè)目前是我國(guó)最主要的能源來源，在所有能源組成中，占比60%左右，因此國(guó)家高度重視煤炭行業(yè)的健康發(fā)展。近年來隨著國(guó)家對(duì)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(tái)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(shí)施。

·       2020年12月，國(guó)家能源局、國(guó)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(guó)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(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于印發(fā)智能化示范煤礦驗(yàn)收管理辦法（試行）》的通知

·       《山東能源智能化驗(yàn)收評(píng)分辦法67號(hào)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(yàn)收辦法及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)》

·       《貴州省煤礦智能化發(fā)展實(shí)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(dòng)實(shí)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(píng)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(tái)”，基于“DHMS工業(yè)設(shè)備全生命周期管理與預(yù)測(cè)性維護(hù)云平臺(tái)”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(dòng)化控制系統(tǒng)DCS數(shù)據(jù)和視頻圖像監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并進(jìn)行深度融合，打通原本獨(dú)立的各個(gè)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的一站式智慧化管理。

一、項(xiàng)目概況

1. 項(xiàng)目背景

安徽省礦業(yè)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱：安徽礦機(jī))是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，國(guó)家煤機(jī)裝備制造業(yè)骨干企業(yè)、煤炭行業(yè)AAA級(jí)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(tái)，設(shè)有省級(jí)技術(shù)中心和國(guó)家乙級(jí)檢測(cè)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(guó)家對(duì)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(shí)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(tái)”系統(tǒng)開發(fā)要求。

2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

帶式輸送機(jī)又稱皮帶輸送機(jī)，是一種摩擦驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置等組成。輸送帶根據(jù)摩擦傳動(dòng)原理而運(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)及裝配形式可根據(jù)用戶要求確定，傳動(dòng)可用電滾筒，也可用帶驅(qū)動(dòng)架的驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單易于維護(hù)等特點(diǎn)，能方便地實(shí)行程序化控制和自動(dòng)化操作。運(yùn)用輸送帶的連續(xù)或間歇運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)系統(tǒng)完全相互獨(dú)立，需要分別進(jìn)行訪問與控制。

3. 項(xiàng)目目標(biāo)

采用高效傳動(dòng)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(tái)”軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)的智能驅(qū)動(dòng)、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(tái)需求如下：

·       主運(yùn)輸煤流線相關(guān)設(shè)備能通過現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通， 能夠與煤礦綜合管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)， 實(shí)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(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)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(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)裝置的聯(lián)動(dòng)保護(hù)控制；

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

·       給煤點(diǎn)設(shè)計(jì)合理， 實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)安全運(yùn)行， 裝載、 卸載位置實(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、 狀態(tài)監(jiān)測(cè)、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(cè)預(yù)警功能， 實(shí)現(xiàn)煙霧、 粉塵、 溫度等的智能監(jiān)測(cè)；

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

（2）  數(shù)據(jù)接入與融合：

平臺(tái)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(dòng)化控制系統(tǒng)等配套廠家達(dá)成接口對(duì)接，接入這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并在平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一展示與控制。

二、項(xiàng)目實(shí)施概況

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架平臺(tái)，平臺(tái)采用了云原生技術(shù)、微服務(wù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫、數(shù)字信號(hào)處理、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、邊緣計(jì)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(diǎn)。尤其是獨(dú)創(chuàng)的“0代碼動(dòng)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(duì)這種工業(yè)用戶的高度定制化需求時(shí)，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(xiàng)目從正式開發(fā)到交互，總共用了3個(gè)多月時(shí)間即系統(tǒng)靈活性和擴(kuò)展性的證明。

1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、DCS自動(dòng)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(tái)充分考慮了系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，可無縫升級(jí)。

平臺(tái)采用分層結(jié)構(gòu)，主要由邊緣層、基礎(chǔ)平臺(tái)層、公共平臺(tái)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(dòng)客戶端。

圖2  “帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”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(chǎng)，由數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)通信和邊緣計(jì)算等模塊組成，用于皮帶機(jī)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)器和工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)具有邊緣計(jì)算能力，可以把采集到的數(shù)據(jù)在本地進(jìn)行實(shí)時(shí)解析和計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果通過MQTT協(xié)議上傳到平臺(tái)服務(wù)器。來自PLC的自動(dòng)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(tái)，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(tái)。

·       基礎(chǔ)平臺(tái)層（IaaS）：基礎(chǔ)平臺(tái)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(tái)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(yíng)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(gè)以上節(jié)點(diǎn)，以使得任一節(jié)點(diǎn)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(shí)序數(shù)據(jù)庫、對(duì)象存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫和圖像數(shù)據(jù)庫等存儲(chǔ)系統(tǒng)，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型采用不同的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)，使得云平臺(tái)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(shí)，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(jiǎn)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(tái)層（PaaS）：公共平臺(tái)層為“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”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(tái)、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(tái)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(hào)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)框架、自動(dòng)閾值計(jì)算、趨勢(shì)分析與預(yù)測(cè)、振動(dòng)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(tái)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(shí)現(xiàn)，主要包含帶式輸送機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控和煤流監(jiān)測(cè)、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(tái)

（1）  數(shù)據(jù)中臺(tái)架構(gòu)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”采用數(shù)據(jù)中臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)，把帶式輸送機(jī)的數(shù)據(jù)處理從原來的煙囪式多個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)集中的大數(shù)據(jù)中臺(tái)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、和分析處理中心，整合大數(shù)據(jù)處理、計(jì)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(duì)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(dòng)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(tái)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入接口、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(cè)器采集的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)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(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用層業(yè)務(wù)邏輯的設(shè)計(jì)，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(tái)”的數(shù)據(jù)中臺(tái)架構(gòu)

（2）云原生基礎(chǔ)平臺(tái)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”包含近100個(gè)各種功能的微服務(wù)，需要對(duì)這些微服務(wù)的部署、運(yùn)行和升級(jí)進(jìn)行管理，同時(shí)為滿足各煤礦集團(tuán)分布于全國(guó)各地的煤礦進(jìn)行管理，軟件支撐平臺(tái)需要支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容和功能擴(kuò)展能力，云平臺(tái)的基礎(chǔ)平臺(tái)（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(tái)架構(gòu)，平臺(tái)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(shí)現(xiàn)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”主要包含第三方數(shù)據(jù)接入、綜合在線監(jiān)測(cè)、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(tái)利用蘇州德姆斯獨(dú)有的動(dòng)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(tái)”主要包含第三方數(shù)據(jù)接入帶式輸送機(jī)自動(dòng)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(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析處理和展示。

·       帶式輸送機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)(PLC與DCS)與管理平臺(tái)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(tái)”，同時(shí)接受來自帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)的狀態(tài)信號(hào)；

·       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(tái)；

·       管理平臺(tái)通過HTTP接口獲取AI視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)，為節(jié)約存儲(chǔ)空間，管理平臺(tái)并不存儲(chǔ)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(tái)與礦方調(diào)度室上級(jí)平臺(tái)之間采用 OPC UA 協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程信號(hào)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(cè)

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”接收帶式輸送機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)如電流、帶速、振動(dòng)、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(cè)，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，能夠在 Web 和 APP 端查看實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

當(dāng)通過機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析出設(shè)備有故障，或自動(dòng)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(shí)，平臺(tái)實(shí)時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。

圖5 皮帶輸送機(jī)在線監(jiān)測(cè)大屏界面

驅(qū)動(dòng)部組件實(shí)時(shí)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(dòng)間通過“一主多從”的方式實(shí)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(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)減速永磁電機(jī)、變頻器實(shí)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(tái)。驅(qū)動(dòng)部監(jiān)測(cè)參數(shù)主要如下：

·       實(shí)時(shí)電流；

·       實(shí)時(shí)功率；

·       實(shí)時(shí)輸出頻率；

·       電機(jī)繞組實(shí)時(shí)溫度；

·       前后軸承測(cè)實(shí)時(shí)溫度；

·       水溫、油溫、水壓等；

圖6 驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)采集與展示綜合保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)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(dòng)與張緊數(shù)值實(shí)時(shí)顯示

實(shí)時(shí)采集與展示皮帶制動(dòng)與張緊的油壓和張緊力數(shù)值。

圖8  制動(dòng)與張緊監(jiān)測(cè)

（3）   設(shè)備故障診斷與告警

設(shè)備故障診斷與告警時(shí)“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”。利用無線機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)器采集帶式輸送機(jī)的振動(dòng)與溫度數(shù)據(jù)，平臺(tái)的智能告警服務(wù)對(duì)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(tái)的自動(dòng)智能診斷服務(wù)自動(dòng)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(shí)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(shí)會(huì)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(tái)，利用遠(yuǎn)程分析服務(wù)對(duì)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(huì)自動(dòng)生成完整的設(shè)備故障診斷報(bào)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(tái)”可以接收輸送機(jī)自動(dòng)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(shí)時(shí)推送。

管理平臺(tái)支持對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過對(duì)故障和告警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，列出熱點(diǎn)和高頻故障，以便于對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)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(tái)”通過HTTP接口獲取AI視頻監(jiān)控的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)，并用HTML5的視頻功能進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)化控制系統(tǒng)，再通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)上傳到管理平臺(tái)。

圖10  AI視頻監(jiān)控

（5）   巡檢機(jī)器人

巡檢機(jī)器人24小時(shí)不間斷往返監(jiān)測(cè)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(tái)”， 管理平臺(tái)再實(shí)時(shí)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(xiàng)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(gè)獨(dú)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(gè)子網(wǎng)。系統(tǒng)集群子網(wǎng)對(duì)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(jì)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(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地了解設(shè)備異常、生產(chǎn)異常等緊急情況。

圖11 平臺(tái)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(tái)”所有服務(wù)器及自動(dòng)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(duì)公網(wǎng)開放443端口供用戶登錄訪問外，所有服務(wù)器不對(duì)公網(wǎng)開放任何端口。

管理平臺(tái)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(tái)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(gè)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(tái)”采用微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)，每個(gè)功能模塊都以單獨(dú)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(tái)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(tái)具有以下功能與特點(diǎn)：

·       自動(dòng)化裝箱：在不犧牲可用性的條件下，基于容器對(duì)資源的要求和約束自動(dòng)部署容器。同時(shí)，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(shí)，會(huì)對(duì)容器進(jìn)行重啟；當(dāng)所部署的Node節(jié)點(diǎn)有故障時(shí)，會(huì)對(duì)容器進(jìn)行重新部署和重新調(diào)度，把故障節(jié)點(diǎn)上的服務(wù)全部部署到其他節(jié)點(diǎn)上；當(dāng)容器未通過監(jiān)控檢查時(shí)，會(huì)關(guān)閉此容器；直到容器正常運(yùn)行時(shí)，才會(huì)對(duì)外提供服務(wù)。

·       水平擴(kuò)容：通過簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)施計(jì)劃

1. 進(jìn)一步抽象數(shù)據(jù)接入接口

針對(duì)煤礦設(shè)備特點(diǎn)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(dòng)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(xiàng)目的實(shí)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(shí)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(cè)性維護(hù)云平臺(tái)”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(tái)推廣到各煤礦企業(yè)。

4. 挖掘第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)價(jià)值

本項(xiàng)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(jì)和告警推送，并沒有對(duì)接入的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。下一步可以考慮對(duì)第三方的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，利用平臺(tái)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值，更好的為用戶服務(wù)。

四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果

1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)

（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(tái)”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(dú)立升級(jí)、多種語言混合開發(fā)等特點(diǎn)。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(diǎn)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(gè)典型特點(diǎn)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(duì)接非常困難。

針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)絕大部分都是時(shí)序數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，蘇州德姆斯開發(fā)了獨(dú)有的專利技術(shù)的動(dòng)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(dòng)化數(shù)據(jù)，只需通過對(duì)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(tái)”也是基于此技術(shù)接入帶式輸送機(jī)等各種自動(dòng)化數(shù)據(jù)和巡檢機(jī)器人數(shù)據(jù)。

圖12 動(dòng)態(tài)腳本數(shù)據(jù)解析流程

（3）  自動(dòng)閾值計(jì)算

閾值告警是工業(yè)自動(dòng)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(jì)算后的數(shù)值是否超出閾值來決定是否告警，實(shí)現(xiàn)起來極其簡(jiǎn)單。在“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”中，為減少系統(tǒng)的計(jì)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(dòng)是閾值告警準(zhǔn)確率的最關(guān)鍵因素，由于每臺(tái)設(shè)備的實(shí)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(tái)設(shè)備的情況自動(dòng)對(duì)閾值進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。

另外在同一設(shè)備同一測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生告警后，如果沒來得及對(duì)告警進(jìn)行處理，可能會(huì)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(huì)忽略。

針對(duì)上述兩種情況，“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”實(shí)現(xiàn)了兩種不同的自動(dòng)閾值計(jì)算方法。

·       自動(dòng)計(jì)算告警閾值

自動(dòng)計(jì)算告警閾值針對(duì)與正常數(shù)據(jù)成近似正太分布的參數(shù)，如振動(dòng)數(shù)據(jù)的各種有量綱或無量綱參數(shù)、溫升溫度（測(cè)點(diǎn)溫度-環(huán)境溫度）、電流、相對(duì)穩(wěn)態(tài)的生產(chǎn)參數(shù)等，通過對(duì)過去一段時(shí)間歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合設(shè)備的實(shí)際情況，自動(dòng)計(jì)算相關(guān)參數(shù)的告警閾值，并把告警閾值設(shè)為4個(gè)不同等級(jí)，對(duì)應(yīng)于參數(shù)的不同告警級(jí)別。

圖13  自動(dòng)閾值計(jì)算

上圖為不同參數(shù)的自動(dòng)閾值計(jì)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(dòng)計(jì)算出來的不同閾值。

·       自動(dòng)閾值調(diào)整

當(dāng)閾值設(shè)定后，如果有真實(shí)的故障產(chǎn)生，在告警未被處理前，可能會(huì)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(shí)需要對(duì)告警閾值進(jìn)行調(diào)整，避免重復(fù)的告警產(chǎn)生。

（4）  趨勢(shì)告警

由于環(huán)境干擾或閾值設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩?，單純閾值告警還是可能會(huì)產(chǎn)生漏報(bào)或誤報(bào)，尤其用來判斷工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的振動(dòng)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(gè)叫長(zhǎng)期緩慢發(fā)展的過程，“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”開發(fā)的趨勢(shì)告警插件，結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)和閾值告警，可以大大提高告警的準(zhǔn)確率。

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

圖14  趨勢(shì)告警示例

2. 實(shí)施效果

“帶式輸送機(jī)智慧運(yùn)輸管理平臺(tái)”項(xiàng)目上線后，打通了帶式輸送機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)和巡檢機(jī)器人三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，可以在管理平臺(tái)一個(gè)系統(tǒng)即可訪問三個(gè)系統(tǒng)。平臺(tái)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(shí)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(shí)施告警推送到設(shè)備管理人員的多個(gè)在線終端，可以在隨時(shí)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(gè)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(gè)集團(tuán)只需要一套軟件即可對(duì)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(dòng)化控制系統(tǒng)的綜合保護(hù)告警在接入到管理平臺(tái)后，可以實(shí)時(shí)推送到管理人員的手持終端，無需24小時(shí)進(jìn)行監(jiān)控就可以實(shí)時(shí)收到異常告警并進(jìn)行處理。

每個(gè)煤礦可以節(jié)約至少6臺(tái)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(tái)”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(tái)推送的告警消息后及時(shí)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(tái)”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(jì)，設(shè)備管理領(lǐng)導(dǎo)可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)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(rùn)滑、和維修計(jì)劃，把根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)，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。