大型破碎篩分設備遠程智能監控系統設計與應用

劉躍慶，陶勇政，何志敏

（南昌礦山機械有限公司，江西 南昌 330004）

近年來我國經濟發展速度越來越快，公路鐵路等基礎建設、城鄉建設、水電樞紐工程等領域中對于砂石骨料的需求明顯增加，隨著國家環保力度的加強，天然河砂禁止開采，因此需要大量的機制砂，因此破碎篩分設備的應用市場非常巨大。但是在此類機械設備的使用過程中遠程智能監控水平低，大多需要人為監控的手段和形式，消耗了大量人力和物力。本文針對破碎篩分設備的遠程智能監控進行分析，旨在進一步提高礦山現場各類機械設備的運行效率和安全性。

1 大型破碎篩分設備建設遠程智能監控系統的作用

在我國以往的礦山現場作業過程中，有時會選擇小型破碎設備，并搭配相應產能的振動篩分設備進行工藝流程設計，但是隨著我國城市化進程的加快，各類水利、道路、建筑等基礎建設領域對于砂石骨料需求的急劇增加，同時國家環保力度的加強，小型破碎設備難以滿足現有需求，因此各類大型礦山破碎篩分機械設備被廣泛應用，如旋回破碎機、大型顎式破碎機、圓錐破碎機、大型振動篩等。另一方面我國礦山處于地廣人稀相對偏遠的地方，再加上大型破碎篩分機械體量較大，在應用過程中通常會采取人工監控的方式，需要以人力檢查機械設備的運行狀態并估算預計產量等等。此類人工監控方式不利于生產效率的提高，同時設備在破碎篩分工藝流程中分布比較分散，對生產管理要求較高，不利于管理，因此在作業和監控過程中容易出現各類風險隱患問題，也無法及時獲得大型破碎篩分設備的運行數據等等。此外在礦山破碎篩分進行作業時，往往需要各類設備進行協同作業，而單一機械的智能化程度相對較低[1]。因此，在大型破碎篩分設備方面實施遠程智能監控有重要的意義和價值，能夠保障破碎篩分設備的有效運營，轉變以往信息化、智能化水平較低的問題，與此同時也可以對大型破碎篩分機械的運行數據等實現精準有效監控，避免在故障來臨時耗費大量的檢修時間。

2 大型破碎篩分設備的遠程智能監控設計

2.1 系統設計架構

如圖1所示，大型破碎篩分機械設備遠程智能監控系統在架構組成方面主要有四個層次，分別為智能設備、數據傳輸和通訊、數據分析與計算、數據應用與展示等[2]。大型破碎篩分設備的遠程智能監控系統需要在作業現場設置傳感器、數據采集儀以及控制機柜，以進一步實現對礦山作業現場各類設備運行狀況以及周邊環境信息的及時采集，隨后通過智能嵌入式設備實現將各類數據進行轉碼并傳送給遠程智能監控工控機或云平臺，期間需要應用5G或工業以太通信網絡進行傳輸，實現數據的及時輸送和統一處理。

圖1 監控系統結構圖

2.2 具體設計細節及應用

2.2.1 智能監控系統傳感器

在以往礦山作業過程中，主要采取相對粗放的設備管理方式，通過經驗豐富的技術工人進行設備、生產線的全面管理，此類技術工人能夠根據機械設備運行的相關特征和指標對其運行狀態進行主觀判斷和檢查，也能用自己豐富的經驗及時定位機械設備的故障發生點位置，提高檢修作業效率，及時更換各類容易發生故障的設備部件，避免因設備故障引發停機問題。

在現代化技術革新背景之下，大型破碎篩分設備的遠程智能監控能夠滿足機械設備的監控需求，在礦山作業現場對各類機械設備加裝傳感器并確保機械設備運轉中各類數據，如振動、轉速、油溫、流量、壓力等能夠及時獲得，此類傳感數據同樣也能夠通過網絡通訊傳輸到遠程智能監控平臺服務器中，進行數據的分析與整理、診斷，幫助操作人員及時判斷機械設備運行的狀態，識別是否已經發生故障等。為了更好的實現遠程智能監控系統傳感器的良好運作，可以采取統一類型的傳感器，特別是在數據存儲格式方面直接進行自定義化控制，并根據礦山現場的實際作業情況判斷傳感器的從機數。

2.2.2 智能嵌入式設備

大型破碎篩分機械設備的遠程智能監控系統中，智能嵌入式設備至關重要，其主要硬件構成為具有微機電系統集成的NEMS傳感器。該NEMS傳感器具有數據預處理、自動診斷、自適應、雙向通信、智能組態、信息存儲和記憶，以及自學習。NEMS傳感器具有體積小、重量輕，功耗低、可靠性高，靈敏度高、易于集成的優勢。在數據處理、信息交互的過程中有效的提高網絡數據的傳輸效率，提高分析計算的運算速度。

2.2.3 監控平臺服務器

在大型破碎篩分設備運行過程中，能夠通過系統實現對歷史運行數據的有效分析，如果破碎篩分設備在運行中已經出現了故障問題，能通過系統的形式第一時間識別現場設備運行狀態，并及時定位故障發生的隱患點，避免出現因設備故障而導致的非計劃停機問題，縮短非計劃停機時間。在破碎篩分設備運行過程中，礦山作業相關技術人員可以通過瀏覽器等對用戶的工作頁面進行瀏覽和訪問，隨后經由交互組件進入用戶平臺中認證身份信息和權限后，可以直接進入監控平臺服務器中，對機械設備的遠程計量和運行情況進行管理與監控。因此在本次大型破碎篩分設備遠程監控系統監控平臺服務器的規劃和設計中主要采取RABBITMQ消息隊列進行數據讀取,既能滿足消息的存放需求，也能及時將相關消息存放至客戶端并連接隊列中。

3 大型破碎篩分設備的遠程智能監控應用規劃

3.1 軟件流程

軟件流程方面，主要應用FreeR-TOS操作系統，該操作系統能夠實現嵌入式操作，并將破碎篩分設備的不同功能模塊視作不同的工作任務，能夠滿足破碎篩分設備運行過程中的優先級處理要求，實現不同功能模塊和任務的有效切換，也能在運行過程中確保相關功能和任務能夠實現同步傳遞，在數據傳播方面，最大程度上保證監控系統能夠滿足實時性的監控需求。

3.2 數據收集與處理分析

早在20世紀，很多外國科學家針對傳感器與網絡之間的連接問題進行深入研究和探索，并應用通用智能化傳感器標準接口，滿足傳感器與網絡連接的各類問題。例如應用TEDS表格進行網絡適配，而在本文對智能嵌入式設備數據采集與分析處理方面的研究中同樣也探索構建能夠實現對不同格式或不同廠家的智能嵌入式終端實現兼容的系統。首先根據事先存入終端的校正表單以及各類校正參數，對智能嵌入式終端傳感器數據進行初步的融合和交換，并由此得出負荷運行協議的各類傳感數據。其次根據數據傳輸的具體標準校正引擎，大多數情況下需要沿用多項式對其進行表示，在輸入量方面要滿足其特性并保證校正系數的針對性，因此也可以應用多項式函數對各類數據進行有效的處理，此類數據處理和采集方式，特別是在數據校正領域能夠進一步提高各類智能嵌入式傳感器的測量精準度情況。

3.3 傳感器建模

在傳感器建模方面，主要采取建模語言SensorML作為通用模型，這一傳感器建模語言能夠基于OTC傳感網框架的基礎上，實現對各類傳感器資源的有效描述并進一步滿足大型破碎篩分設備運行過程中遠程智能監控平臺的展示需求。在礦山作業機械現場中大型破碎篩分設備類別較多，其主要數據和運行系統已經呈現出多樣化的態勢，導致了傳感器得到的數據信息和測量結果各有不同，因此需要對不同的設備數據處理接口進行定義，避免在數據處理過程中出現內部更加復雜、難以有效區分的問題，因此需要定義測量和測量后數據轉變的一般模型。

在建模方法方面，首先需要廣泛收集礦山現場各類大型破碎篩分設備的傳感器信息，明確傳感器觀測的特征以及必要的文檔資料等。其次要根據機械設備運行現場精準度等進行明確，其中需要應用SensorML運行數據的模型記錄。再次，收集各類傳感器基礎信息和數據之后，需要對傳感器平臺進行全面的建模和處理，其中需要針對傳感器所涉及的各類數據處理流程，開展統一的建模編碼，并將編碼模型等組合成為處理鏈模型，滿足數據處理、輸入、參數等不同模塊之間的連接關系。最后在驗證模型方面應用語法和邏輯結構，確保傳感器處理模型更加具有針對性和實用性。

4 總結

本文深入論述了大型破碎篩分設備的遠程智能監控，首先分析實施遠程智能監控的必要性所在，其次概括了遠程智能監控系統設計圖，最后針對監控系統的傳感器、智能嵌入式設備以及監控平臺服務器三個最主要核心部件，論述了大型破碎篩分機械設備的遠程監控設計和作業情況，希望能夠進一步推動我國機械設備領域的技術革新和進步。