基于工業(yè)互聯(lián)網的設備遠程監(jiān)測診斷測試床

1、基于工業(yè)互聯(lián)網平臺的設備遠程監(jiān)測診斷測試床引言：企業(yè)概況朗坤智慧成立于 1999 年，總部位于江蘇省南京市，是國內領先的工業(yè)領域信息化整體解決方案提供商。公司秉承“連接、共享、融合、生態(tài)”的經營理念，持續(xù)創(chuàng)新，開 放合作，在“智慧工廠、智慧園區(qū)、智慧城市”領域構建起“管理咨詢、解決方案與產品、IT 運維服務、IT 監(jiān)理服務”的全流程全壽期服務體系。一、關鍵詞遠程診斷、邊緣計算、數(shù)據(jù)網關、工業(yè)大數(shù)據(jù)、設備感知、專家診斷系統(tǒng)四、測試床項目目標和概述本測試床項目針對當前工業(yè)設備管理、運維檢修領域存在的問題，提出一種基于工 業(yè)互聯(lián)網的設備遠程監(jiān)測與故障診斷解決方案，廣泛采集各種大型工業(yè)設備運行和狀態(tài)監(jiān)

2、 測數(shù)據(jù)，建立設備大數(shù)據(jù)平臺，采用專業(yè)的信號分析技術，將遠程技術專家人工診斷與智 能診斷相結合，解決目前工業(yè)設備故障診斷面臨的故障樣本少、專業(yè)技術人員缺乏等矛盾， 為工業(yè)企業(yè)提供遠程監(jiān)測、故障診斷等專業(yè)的運維服務。五、測試床解決方案架構(一)測試床應用場景建立車間、部門、工廠、集團、云平臺五級應用，主要應用場景如下：車間數(shù)據(jù)檢測、設備檢查，接收平臺設備診斷報告及運維檢修改善建議。部門設備監(jiān)視、預警信息處理，輔助分析設備狀態(tài)，調度車間運行方式。工廠全廠綜合監(jiān)視，處理關鍵設備狀態(tài)異常事件，執(zhí)行集團設備管理及生產調度指令。集團全集團設備狀態(tài)評估、統(tǒng)計對標分析、異常監(jiān)控、檢修運維策略優(yōu)化。云平臺專家遠

3、程診斷服務、設備故障預警審查、設備數(shù)據(jù)建模維護配置。(二)測試床重點技術數(shù)據(jù)采集技術設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷面向的對象復雜，數(shù)據(jù)源多種多樣，有離散控制系統(tǒng)（DCS）、管理信息系統(tǒng)（MIS）、廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）等，以及設備設計、試驗、維修等相關數(shù)據(jù)的 EAM 系統(tǒng)等。測試床需要具備對不同設備的監(jiān)測儀表、終端、控制系統(tǒng)等數(shù)據(jù)源的海量實時/非實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一采集、處理、傳輸、存儲和管理的能力。工業(yè)網關平臺設備互聯(lián)是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)智慧化轉型的第一步；朗坤從提升設備連接能力與設備智能化兩方面入手，通過智能化的網關軟件與完善的設備組網方案，打造一個智能工業(yè)物聯(lián)網平臺，幫助

4、用戶解決設備接入難、設備自主功能弱的難題。朗坤從設備接入場景、設備接入網關、設備接入網絡與安全、設備接入平臺服務幾個方面入手，設計了一套完整的工業(yè)設備物聯(lián)網解決方案，目前解決方案已經開發(fā)落地，主要由設備端的網關軟件、平臺側的設備接入管理系統(tǒng)以及完善網絡接入硬件方案組成，朗坤工業(yè)物聯(lián)網平臺以其無處不在的智能化設備感知能力，能夠為企業(yè)智慧化轉型打下堅實的基礎。（工業(yè)物聯(lián)網技術方案）網關軟件功能介紹工業(yè)網關平臺是朗坤工業(yè)物聯(lián)網平臺邊緣側解決方案的核心組件，朗坤基于 19 年的設備端數(shù)據(jù)采集處理經驗，通過整合平臺化思想、邊緣計算概念以及互聯(lián)網思維， 打造了一個通用的工業(yè)設備智能連接平臺。網關軟件主要功

5、能如下表。功能功能描述類別采集功能1、 按照配置定時執(zhí)行數(shù)據(jù)采集任務2、 接受控制指令，控制設備運行3、 提供常用設備通訊協(xié)議庫4、 提供協(xié)議二次開發(fā)標準模板計算功能1、 完成一次采集數(shù)據(jù)的二次計算2、支持計算腳本的編輯與測試工作模型發(fā)布1、 加載算法模型，通過分析設備原始數(shù)據(jù)給出決策指導2、 模型庫功能，支持自定義開發(fā)模型添加到模型庫本地緩存提供數(shù)據(jù)共享平臺，為邊緣計算等功能提供數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)轉發(fā)1、 按照配置上傳實時數(shù)據(jù)至云端2、 網絡異常數(shù)據(jù)緩存功能3、 接收并下發(fā)云端控制指令系統(tǒng)管理系統(tǒng)配置、系統(tǒng)監(jiān)控、日志管理、系統(tǒng)升級、遠程控制二次開發(fā)1、 通訊協(xié)議二次開發(fā)2、 設備模型二次開發(fā)設備接

6、入管理系統(tǒng)介紹朗坤設備接入管理系統(tǒng)支持以租戶為單位的設備統(tǒng)一管理，用戶注冊開通即可使用，能夠實現(xiàn)對網關、設備的云端統(tǒng)一管理、監(jiān)控。模塊名稱功能描述設備接入提供企業(yè)設備接入監(jiān)控、配置、事件報警功能。規(guī)則引擎支持基于 JSON、二進制格式的設備數(shù)據(jù)實時分發(fā)、存儲。接入 SDK提供 Https、SDK（JAVA/C+等語言）等接口方便開發(fā)者基于平臺做數(shù)據(jù)設備接入二次開發(fā)數(shù)據(jù)存儲支持數(shù)據(jù)存儲至時序數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫、NOSQL 等租戶管理租戶的權限、授權信息，租戶下用戶賬戶信息安全保護從用戶認證、通訊加密、權限控制等方面嚴格控制通訊過程，用戶信息、數(shù)據(jù)的安全。時序數(shù)據(jù)庫技術TrendDB 是朗坤自主研

7、發(fā)的一套大型通用分布式時序數(shù)據(jù)庫管理軟件，包含完整的實時歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，及應用開發(fā)所需要的套裝軟件：管理工具、開發(fā)工具、分析應用和對外接口。TrendDB 提供全方位處理實時數(shù)據(jù)的功能，同時對開發(fā)應用提供了全面支撐。在壓縮效率、分布式、吞吐量、實時歷史緩存等關鍵指標方面都處于領先地位，關鍵技術指標如下：指標值備注單服務數(shù)據(jù)庫標簽點容量支持 100 萬點支持無限擴展分布式支持支持支持分散部署，及無限標簽點容量的平滑升級吞吐量100 萬事件/秒具備時序數(shù)據(jù)庫高事件并發(fā)處理能力，響應高并發(fā)訪問需求時間精度1 毫秒數(shù)據(jù)標簽測點時間存儲精度達到毫秒級最小數(shù)據(jù)刷新周期100 毫秒平均壓縮比30:1支持有損

8、和無損壓縮混合壓縮，數(shù)據(jù)擬合還原精度無影響數(shù)據(jù)采集率100%通過數(shù)據(jù)鏈接診斷和斷點續(xù)傳實現(xiàn)數(shù)據(jù)完整采集用戶并發(fā)訪問數(shù)量不限備份與恢復支持在線備份與恢復支持在線增量備份自定義在線計算功能支持高效的在線實時計算引擎計算功能支持腳本VBScript、C#語言高級語言動態(tài)語義解析專業(yè)計算庫支持熱力計算庫、水蒸氣庫等專業(yè)計算庫云部署支持支持云端部署數(shù)字信號處理技術采用數(shù)字濾波、計算階比跟蹤、包絡解調及重采樣等技術，用于工業(yè)設備振動監(jiān)測信號降噪、變速變工況下振動信號分析、軸承部件故障微弱沖擊信號提取等，實現(xiàn)設備故障特征提取，方便遠程監(jiān)測專家對設備故障進行分析診斷，或者通過機器學習算法實現(xiàn)設備故障智能診斷。

9、人工智能機器學習技術建立設備故障診斷模型，采用卷積神經網絡等深度學習方法，對設備遠程監(jiān)測大數(shù) 據(jù)平臺收集的故障樣本進行訓練學習，不斷提高模型診斷精度，實現(xiàn)設備故障的智能診斷。(三)技術創(chuàng)新性及先進性采用基于 DSP+FPGA+ARM 結構的嵌入式信號采集技術，增加了信號采集的實時性、可靠性和穩(wěn)定性；采用邊緣計算技術，系統(tǒng)具備一定的智能化預警能力；采用了計算階比跟蹤和數(shù)字包絡分析等大量專業(yè)的信號分析技術；對振動數(shù)據(jù)的存儲采取了時間稀釋及工況標記相結合的優(yōu)化技術，在常規(guī)存儲硬件條件下同時滿足了實時分析的高密度數(shù)據(jù)存儲及異常數(shù)據(jù)的永久存儲要求；采用多維專業(yè)檢測綜合狀態(tài)評價技術，使診斷對象結果更加全面

10、可靠；平臺提供故障機理專家規(guī)則知識庫診斷和大數(shù)據(jù)機器學習預測兩種故障分析模式， 可以根據(jù)設備模型和數(shù)據(jù)的完整度選擇恰當?shù)姆治瞿Ｐ?，提高了故障分析的適用 性和準確性。(四)測試床解決方案架構本測試床通過在設備層采集大型工業(yè)設備運行時 DCS、SIS、DEH、PLC 及部分智能儀表數(shù)據(jù)，以及轉動設備運行時振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，遠程傳輸?shù)皆O備狀態(tài)監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺，經過專業(yè)的信號分析技術進行信號預處理和特征提取，形成設備故障特征數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)挖掘、技術專家人工分析、神經網絡機器學習方法，建立設備故障診斷模型，形成故障診斷知識庫，為工業(yè)設備運行提供基于工業(yè)互聯(lián)網的遠程監(jiān)測、故障診斷專業(yè)技術服務和遠程運維服務。工

11、業(yè)互聯(lián)網平臺架構圖六、預期成果搭建數(shù)據(jù)中心、專家診斷系統(tǒng)、遠程在線服務平臺，組成工業(yè)互聯(lián)網，將設備制造商、專業(yè)診斷專家服務團隊、工廠（設備擁有方及使用方）、軟件平臺數(shù)據(jù)服務團隊融入到一個平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、專業(yè)知識共享、專家資源共享，通過移動數(shù)據(jù)降低設備人員流動成本，利用大數(shù)據(jù)分析技術，預測設備狀態(tài)劣化趨勢，優(yōu)化設備運行維修策略，節(jié)約運維檢修費用，提高設備效能和利用率。具體包括以下三個層面的預期成果：(一)測試床的預期測試結果，針對測試項建設一個行業(yè)大數(shù)據(jù)中心以國信集團、臨礦集團為基點，搭建行業(yè)設備數(shù)據(jù)中心，實時采集電廠、礦井設備數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)遠程故障診斷提供數(shù)據(jù)支撐，使設備故障預測更精準、可

12、靠；建設一個礦業(yè)、能源行業(yè)設備故障預測與健康管理平臺基于大數(shù)據(jù)，建立設備故障樣本數(shù)據(jù)庫，采用專家診斷與人工智能診斷相結合，實現(xiàn)故障早期預測以及設備健康評估；開辟一套行業(yè)設備服務模式集聚專家資源，集中診斷；集中維修隊伍，人才資源合理利用。使用方、生產商、專家、政府合作，搭建重型設備的制造、運維、診斷、檢修生態(tài)圈，提供平臺化服務，并能進行產業(yè)推廣，推動礦山、能源等行業(yè)設備集聚。(二)商業(yè)價值基于工業(yè)互聯(lián)網平臺的設備遠程監(jiān)測診斷測試床為企業(yè)、高校、研究院所、制造商、工業(yè)服務商提供了一個共享的技術服務平臺，充分利用現(xiàn)有的高校、研究院、制造商、使 用方等單位的專家資源和工業(yè)互聯(lián)網平臺的大數(shù)據(jù)與 AI 技

13、術，為企業(yè)生產和運維服務提供遠程技術支持，這一技術服務模式和共享服務平臺具有廣闊的應用市場，商業(yè)價值巨大。(三)經濟效益基于工業(yè)互聯(lián)網平臺的設備遠程監(jiān)測診斷測試床可以實現(xiàn)對大型工業(yè)設備的遠程監(jiān)測和故障診斷，充分利用制造商、高校、研究院所的技術專家，為工業(yè)企業(yè)設備管理提供技術指導，大幅降低企業(yè)設備維修成本，解決當前企業(yè)設備運行維護中存在的維修不足導致的故障頻發(fā)以及過維修導致維修成本居高不下等問題，提高了企業(yè)設備管理效率、降低設備故障率和停產時間，提高了設備可用率，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的的經濟效益。(四)社會價值基于工業(yè)互聯(lián)網平臺的設備遠程監(jiān)測診斷測試床的應用推廣，有力的推動了設備運行維護體系的變革，改

14、變現(xiàn)有的設備預防性維護向預測性維護和狀態(tài)檢修方向發(fā)展，大大減輕預防性定期檢修帶來的社會資源的浪費（過維修）和人力成本的增加，同時遠程監(jiān)測診斷的推廣也提升了設備技術專家這一緊缺資源的價值和有效利用率，對社會進步和技術發(fā)展起到積極地推動作用。七、測試床技術可行性本測試床需要測試的技術包括物理平臺和軟件平臺兩部分，以軟件平臺為主。(一)物理平臺振動傳感器采集精度、信號類型、數(shù)據(jù)同步性等。網關設備支持設備通過以太網、串口物理通訊； 通過透傳方式采集數(shù)據(jù)；支持 4G、WIFI 兩種網絡通訊模塊，云端解析； 支持離線運行，通過移動 APP 配置。手持終端測溫、測振、存儲容量、電池容量、防護等級（防塵、防水

15、、防爆、跌落）、攝像、定位、通訊網絡等。移動設備操作系統(tǒng)、屏幕、通訊網絡、電池容量、防護等級等。(二)軟件平臺數(shù)據(jù)采集本地緩存、自動恢復、穩(wěn)定性、實時性、完整性、準確性、遠程配置等。數(shù)據(jù)存儲存儲測點容量、存儲精度、存儲數(shù)據(jù)容量等。數(shù)據(jù)服務響應速度、開放程度、接口方式、數(shù)據(jù)安全等。專家診斷自動診斷、人工診斷、遠程診斷、分析工具、分析模型等。在線監(jiān)視刷新頻率、監(jiān)測范圍、數(shù)據(jù)融合效果、用戶體驗等。狀態(tài)評估與預警實時性、準確性、可追溯性等。八、和AII 技術的關系(一)與 AII 總體架構的關系本測試床遵循并應用了 AII 總體架構中的網絡互聯(lián)、標識解析、平臺與支撐、工業(yè)互聯(lián)網數(shù)據(jù)、安全及應用中的一部

16、分標準。關鍵部分詳見下表：AII 總體架構標準AII 總體架構子標準本測試床應用說明網絡互聯(lián)標準工廠內網絡標準礦井側工業(yè)環(huán)網、OPC、Modbus、RS485 等標識解析標準編碼與存儲標準設備編碼、故障模式編碼、數(shù)據(jù)標簽編碼平臺與支撐標準邊緣計算標準開放平臺、網關、云計算協(xié)同工業(yè)互聯(lián)網數(shù)據(jù)標準工業(yè)互聯(lián)網數(shù)據(jù)管理標準存儲結構、數(shù)據(jù)字典、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質量工業(yè)互聯(lián)網數(shù)據(jù)標準工業(yè)互聯(lián)網數(shù)據(jù)建模標準靜態(tài)屬性、運行狀態(tài)、工況規(guī)則、診斷模型工業(yè)互聯(lián)網數(shù)據(jù)標準工業(yè)互聯(lián)網大數(shù)據(jù)服務大數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析服務、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)開放安全標準網絡安全標準電力行業(yè)安全防護應用標準個性化定制按專業(yè)、按設備分析主題，支持個性

17、化定制應用標準網絡化協(xié)同制造商、設備使用方、專家診斷團隊、檢修公司的業(yè)務協(xié)同(二)AII 安全遵循煤礦、電力行業(yè)安全防護規(guī)定，按照“安全分區(qū)、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的基本原則，采用在區(qū)與區(qū)之間配置物理隔離裝置的部署方式，確保電力實時閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)及調度數(shù)據(jù)網絡的安全，以抵御黑客、病毒、惡意代碼等通過各種形式對系統(tǒng)發(fā)起的惡意破壞和攻擊。(三)風險模型廠礦側部署工業(yè)環(huán)網及數(shù)據(jù)本地緩存、斷點續(xù)傳和自適應數(shù)據(jù)采集策略，以應對廠礦側與集團側或云端之間的通訊網絡環(huán)境比較脆弱的實際問題。(四)安全聯(lián)系人胡杰英，負責本測試床項目的數(shù)據(jù)隔離、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)授權等信息管理安全。(五)與已存在 AII 測試床

18、的關系本測試床采用了時間稀釋、工況標記等振動數(shù)據(jù)的彈性存儲，振動、紅外、超聲、電流頻譜、油液等綜合檢測評估模型，遠程在線診斷服務模式等多種獨創(chuàng)實用技術，在平臺層面實現(xiàn)了數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)建模與數(shù)據(jù)訂閱的工業(yè)互聯(lián)網遠程專家診斷功能，與現(xiàn)有已存在 AII 測試床都存在巨大的差異。九、交付件第一階段：建立智能傳感器、設備網關、數(shù)據(jù)網關的數(shù)據(jù)傳輸通道，實現(xiàn)本地緩存、邊緣計算、數(shù)據(jù)采集上傳云端、遠程配置管理等功能，階段交付件為智能網關平臺。第二階段：建立遠程在線監(jiān)測與參數(shù)預警平臺，實現(xiàn)設備生產過程數(shù)據(jù)、振動檢測數(shù)據(jù)、紅外成像數(shù)據(jù)、油液化驗數(shù)據(jù)、超聲檢測數(shù)據(jù)、電流頻譜檢測數(shù)據(jù)等復雜類型數(shù)據(jù)的長期存儲、實時刷新

19、與歷史檢索、參數(shù)異常預警等高效數(shù)據(jù)服務，階段交付件為遠程在線監(jiān)測平臺與大數(shù)據(jù)存儲平臺。第三階段：建立專家診斷系統(tǒng)與設備遠程診斷平臺，實現(xiàn)設備狀態(tài)在線評估、遠程專家診斷等專家遠程診斷服務功能，階段交付物為設備故障建模工具及設備故障遠程診斷服務平臺。十、測試床使用者電力集團、煤礦集團的設備診斷專家、設備管理專家、運行人員、檢修人員都需要通過本系統(tǒng)監(jiān)視設備運行狀態(tài)，實現(xiàn)設備的運行優(yōu)化與優(yōu)化檢修決策。設備診斷專家熟悉設備結構、設備特性、故障模式，利用平臺專家系統(tǒng)及分析工具，實現(xiàn)設備狀態(tài)評估，為設備管理專家、運行人員、檢修人員提供遠程指導。設備管理專家熟悉設備結構、設備特性，精通設備管理方法，利用檢測數(shù)

20、據(jù)及專家診斷數(shù)據(jù)，檢查設備管理水平，制定設備運維、檢修方案。運行人員熟悉設備運行維護操作規(guī)程，接收平臺預警通知信息、輔助診斷專家確認故障現(xiàn)象、接收設備管理專家和診斷專家的遠程指導。檢修人員熟悉設備結構和檢修操作規(guī)程，根據(jù)專家診斷系統(tǒng)及設備管理專家、故障診斷專家的狀態(tài)評估結果、分析診斷結論及維修建議，接受遠程維修策略指導。十一、知識產權說明朗坤智慧科技股份有限公司對本測試床的建設、運營、使用擁有產權；江蘇省國信資產管理集團有限公司、山東能源臨沂礦業(yè)集團責任有限公司對本測試床在各自集團內部的使用擁有產權。十二、部署，操作和訪問使用本測試床采用集中部署、多級應用的架構模式，需要將分散在全國各地礦站的

21、 7 大業(yè)務系統(tǒng)的振動檢測數(shù)據(jù)、生產實時過程數(shù)據(jù)及運維業(yè)務數(shù)據(jù)的采集傳輸并實現(xiàn)業(yè)務協(xié)同處理，貫穿礦側工業(yè)環(huán)網、礦側辦公網絡及集團辦公網絡，然后利用集團網絡同步至工業(yè)互聯(lián)網設備遠程診斷云平臺。本測試床存在地理分布廣、網絡通訊鏈路節(jié)點多、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結構復雜、時效性要求高等特點，為實現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性、準確性、實時 性、全面性，擬采用以下網絡拓撲結構：十三、資金總投資：2500 萬元資金來源：自籌序號支出科目支出金額研發(fā)費用支出（萬元）1設備費3002測試化驗加工費2003材料費2454燃料動力費205會議費106差旅費2007合作與交流費758出版文獻信息傳播知識產權事務費409勞務費10010人員費120011專家咨詢費40運營管理費用12管理費2013其他支出5014合計2500十四、時間軸本