基于大數(shù)據(jù)智能裝備專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心設(shè)計

周劍　宋冰清

摘要：針對煤礦煤機設(shè)備在應(yīng)用的過程中由于復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境及長時間高強度的運作導(dǎo)致的煤機設(shè)備故障問題，采用智能裝備專家系統(tǒng)采集設(shè)備數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并得出的煤機設(shè)備故障診斷信息、預(yù)測分析結(jié)果、實時設(shè)備數(shù)據(jù)，為了煤礦信息管理人員能及時查收數(shù)據(jù)，并作出及時的處理，設(shè)計數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，對這些分析數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、直觀、實時的數(shù)據(jù)展示，讓煤礦調(diào)度等部門人員能實時掌握設(shè)備所有信息，及時進(jìn)行維護(hù)、排查、維修等，實現(xiàn)對煤礦煤機設(shè)備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)分析展示，有效保障煤機設(shè)備的穩(wěn)定運行，提高煤礦的生產(chǎn)效率，并且數(shù)據(jù)處理中心集成了煤礦基礎(chǔ)信息的管理，可以對煤礦的所有基本信息進(jìn)行查找管理，實現(xiàn)煤礦整體信息化。

關(guān)鍵詞：故障在線診斷;大數(shù)據(jù);遠(yuǎn)程監(jiān)控;煤機設(shè)備;實時展示

一、引言

煤機設(shè)備是煤礦企業(yè)進(jìn)行正常生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。煤機設(shè)備的可靠穩(wěn)定運行以及后續(xù)的維護(hù)效果都是保障煤炭企業(yè)生存的必備條件。煤機設(shè)備運行健康狀態(tài)、運行實時監(jiān)測、故障的診斷、故障的預(yù)測、以及維護(hù)都能直接影響煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效益。由于復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境以及長時間的使用，生產(chǎn)設(shè)備，例如采煤機、液壓支架、皮帶等都會有一定的損耗，但傳統(tǒng)意義上的故障診斷及維護(hù)，依賴于人工技術(shù)人員的經(jīng)驗及特定設(shè)備的監(jiān)測，并且還需要進(jìn)行周期性的監(jiān)測及預(yù)測，這樣會造成時間上的損耗及高昂的成本。而且如果在煤機設(shè)備生產(chǎn)使用的過程中，未能及時對其運行的健康狀態(tài)進(jìn)行有效的設(shè)備診斷，則可能突發(fā)的煤機設(shè)備故障可能會帶來很大的安全隱患及經(jīng)濟損失。

隨著煤礦智能化礦山的建設(shè)及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)發(fā)展普及，信息化與工業(yè)化進(jìn)行深度的融合，通過傳感器等設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)日益豐富，而移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的高速發(fā)展，為設(shè)備健康狀態(tài)傳感感知、高速數(shù)據(jù)傳輸、分布式計算分析、故障在線診斷等技術(shù)提供了技術(shù)支持。

基于大數(shù)據(jù)開發(fā)的智能裝備專家系統(tǒng)就是對煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中涉及的煤機設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測。通過安裝在煤機設(shè)備元件中或者各個關(guān)鍵部位的傳感器收集不同的數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、轉(zhuǎn)速、溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)中，通過模型算法對收集到的信息進(jìn)行處理、分析，進(jìn)而對煤機設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行分析，還可以通過相關(guān)數(shù)據(jù)對煤機設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)測分析，保證煤機設(shè)備進(jìn)行正常生產(chǎn)活動，從而保證煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效益和人員安全。而這些實時數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)都需要一個數(shù)據(jù)處理中心平臺進(jìn)行展示，讓煤礦企業(yè)可以隨時便捷地進(jìn)行查看，并且可以對煤礦企業(yè)基本信息管理，做到礦山信息化及智能化。

二、系統(tǒng)總體框架

大數(shù)據(jù)成套裝備專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心體系結(jié)構(gòu)，由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)展示組成。系統(tǒng)總體功能框架如下圖所示：

系統(tǒng)通過在現(xiàn)場煤礦煤機設(shè)備上安裝傳感器，例如在采煤機、液壓支架等設(shè)備上安裝溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等，實時采集煤機設(shè)備運行狀態(tài)信息，然后通過模型算法對原始采集實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，計算出來的數(shù)據(jù)結(jié)果存入Mysql傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。接著使用大數(shù)據(jù)工具Streamsets，通過配置Kafka等采集流式數(shù)據(jù)，存入大數(shù)據(jù)集群中，實時數(shù)據(jù)存放Hive，分析性數(shù)據(jù)存放Hbase。大數(shù)據(jù)處理展示中心還會對煤礦基礎(chǔ)信息進(jìn)行展示管理，例如部門，人員、狀態(tài)信息的管理等。最后，大數(shù)據(jù)展示頁面根據(jù)需求，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，達(dá)到實時對煤礦煤機設(shè)備的運行狀況進(jìn)行監(jiān)測，并可以對煤礦基礎(chǔ)信息進(jìn)行管理。

三、數(shù)據(jù)中心管理模塊結(jié)構(gòu)

大數(shù)據(jù)成套裝備專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示頁面的主要包括主頁、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)監(jiān)控三個主要部分。

（一）系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要是對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺編輯管理，包括設(shè)備管理、測點管理、閾值管理、用戶管理、角色管理、菜單管理、部門管理、崗位管理、字典管理、參數(shù)設(shè)置、通知公告、日志管理以及文件管理，所有的管理模塊根據(jù)權(quán)限來劃分對后臺信息的管理權(quán)限，可以進(jìn)行添加、修改、刪除等基本功能，也可導(dǎo)出到本地作為本地文件進(jìn)行存儲，也可以對特定設(shè)備進(jìn)行檢索，總體結(jié)構(gòu)如下圖：

1.設(shè)備管理。設(shè)備管理主要是對煤機設(shè)備的基礎(chǔ)信息，運行狀態(tài)等信息進(jìn)行展示。煤機設(shè)備管理內(nèi)容主要包括煤機設(shè)備編號、設(shè)備名稱、設(shè)備使用年限、設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備健康狀態(tài)、設(shè)備出產(chǎn)日期等。

2.測點管理。測點管理主要是對煤機設(shè)備上裝載的測點傳感器進(jìn)行管理監(jiān)測。測點管理展示內(nèi)容主要包括測點名稱、設(shè)備編號、設(shè)備名稱、測點位置、測點狀態(tài)、測點類型。這個模塊可以展示出測點相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，有利于對單獨測點數(shù)據(jù)進(jìn)行分析展示，也可以很直觀地體現(xiàn)在煤機設(shè)備上，對煤機設(shè)備進(jìn)行整體分析。

3.閾值管理。閾值管理主要是對煤機設(shè)備上閾值進(jìn)行實時在線監(jiān)測。閾值管理內(nèi)容主要包括設(shè)備編號、設(shè)備名稱、測點編號、測點名稱、上閾值、下閾值、動態(tài)閾值、當(dāng)前值。

4.用戶管理。用戶管理主要是當(dāng)前登錄該系統(tǒng)的所有用戶進(jìn)行實時在線狀態(tài)監(jiān)測。用戶管理展示內(nèi)容主要包括用戶ID、登錄名稱、用戶名稱、部門、手機、用戶狀態(tài)、登錄時間。 并且還有創(chuàng)建組織結(jié)構(gòu)，對整個煤礦系統(tǒng)，細(xì)致到部門、科室有一個詳細(xì)的組織分類，方便進(jìn)行部門細(xì)致查找人員。

5.角色管理。角色管理主要是所有創(chuàng)建過賬號的用戶進(jìn)行角色權(quán)限管理分配。角色管理展示內(nèi)容主要包括角色編號、角色名稱、權(quán)限字符、顯示順序、角色狀態(tài)。管理員還可以通過該管理模塊對所有的角色進(jìn)行數(shù)配用戶管理。

6.菜單管理。菜單管理主要是會顯示在擁有系統(tǒng)管理權(quán)限的賬戶上。菜單管理可以對整個展示系統(tǒng)的模塊進(jìn)行管理，能實時查看到各個模塊被請求的地址，也能對整個系統(tǒng)各個模塊進(jìn)行隱藏或者顯示，并且可以設(shè)置單獨模塊的用戶權(quán)限訪問等級。

7.部門管理。部門管理主要是對煤礦所有部門進(jìn)行管理。部門管理內(nèi)容主要包括部門名稱、部門下屬科室分類、部門狀態(tài)。管理員可以通過此模塊對部門在系統(tǒng)的展示進(jìn)行調(diào)整，增添或者刪除部門科室等。

8.崗位管理。崗位管理主要是對煤礦各級工作人員進(jìn)行崗位管理。崗位管理內(nèi)容主要包括崗位編號、崗位編碼、崗位名稱。管理員可以通過此模塊對煤礦所有人員的崗位進(jìn)行管理編輯。

9.字典管理。字典管理主要提供了整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)通用的字典管理，提供界面對字典進(jìn)行維護(hù)等功能，能快速查看，錄入系統(tǒng)模塊字典數(shù)據(jù)。界面主要包括字典主鍵、字典名稱、字典類型、狀態(tài)、備注功能。

10.參數(shù)設(shè)置。參數(shù)主要提供了整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)所有的參數(shù)管理，提供界面對參數(shù)進(jìn)行維護(hù)編輯修改等功能。界面主要包括參數(shù)主鍵、參數(shù)名稱、參數(shù)鍵名、備注功能。

11.通知公告。通知公告模塊主要提供了對整個煤礦系統(tǒng)發(fā)通知公告的功能，提供界面編輯修改通知公告并進(jìn)行發(fā)布。界面主要包括通知序號、公告標(biāo)題、公告類型。

12.日志管理。日志管理管理員賬戶主要包括操作日志及登錄日志。煤礦職員可以通過日志管理功能，記錄員工已執(zhí)行的工作任務(wù)及完成情況、近期計劃需要完成的工作任務(wù)，同時，員工可對自己的日志進(jìn)行修改、查詢、刪除。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶權(quán)限等級進(jìn)行日志權(quán)限管理劃分，例如權(quán)限為部門經(jīng)理，可對部門員工、部門科室等進(jìn)行日志查詢，但無法對其他部門進(jìn)行管理查詢。管理員可以對所有人的日志進(jìn)行查詢、導(dǎo)出，可查看所有人的操作日志及登錄日志。

13.文件管理。文件管理模塊主要提供了文件的上次及下載功能。煤礦員工可以上傳煤礦數(shù)據(jù)文件至服務(wù)器進(jìn)行保存和提供給其他人下載 ，可以使得部門與部門之間的業(yè)務(wù)交流和協(xié)作提供便利。

（二）系統(tǒng)監(jiān)控

系統(tǒng)監(jiān)控主要是通過在后臺對系統(tǒng)進(jìn)行管理監(jiān)視，主要包括在線用戶、定時任務(wù)、數(shù)據(jù)監(jiān)控及服務(wù)監(jiān)控。

1.在線用戶。在線用戶主要是可以在后臺監(jiān)控所有登入系統(tǒng)的用戶，會顯示登錄用戶的序號、會話編號、登錄名稱、部門名稱、主機IP、登陸地點、瀏覽器信息、操作系統(tǒng)、會話狀態(tài)?？梢詫λ械卿浻脩暨M(jìn)行管理，有利于系統(tǒng)的安全保護(hù)監(jiān)測。

2.定時任務(wù)。管理員可以通過定時任務(wù)模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行定時提取分析，進(jìn)行展示。包括任務(wù)編號、任務(wù)名稱、任務(wù)分組、調(diào)用目標(biāo)字符串、執(zhí)行表達(dá)式、任務(wù)狀態(tài)、創(chuàng)建時間，操作，可以對定時任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)定。

3.數(shù)據(jù)監(jiān)控。數(shù)據(jù)監(jiān)控包括數(shù)據(jù)源、SQL監(jiān)控、SQL防火墻、WEB應(yīng)用、URL監(jiān)控、Session監(jiān)控、Spring監(jiān)控、JSONAPI?？梢栽诤笈_對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并附有日志編寫功能，管理員可以編寫日志對其數(shù)據(jù)監(jiān)控進(jìn)行記錄。

4.服務(wù)監(jiān)控。服務(wù)監(jiān)控可以讓使用登錄者觀看自己登錄的電腦信息，包括CPU、內(nèi)存、服務(wù)器信息。

四、系統(tǒng)主頁數(shù)據(jù)展示

在主頁模塊上會顯示大數(shù)據(jù)成套專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)駕駛艙展示頁面，對系統(tǒng)分析的數(shù)據(jù)、測點的數(shù)據(jù)、預(yù)測的數(shù)據(jù)、報警信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的實時的展示。部分實際頁面如圖3。

五、結(jié)束語

本系統(tǒng)通過研究大數(shù)據(jù)技術(shù)，數(shù)據(jù)管理技術(shù)，設(shè)備智能診斷技術(shù)等，通過構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集模型，規(guī)范各類型設(shè)備數(shù)據(jù)接入方式而形成的工作面智能成套裝備系統(tǒng)上建立的大數(shù)據(jù)處理中心，通過對現(xiàn)場生產(chǎn)實際實時數(shù)據(jù)、預(yù)測數(shù)據(jù)、故障預(yù)測信息、設(shè)備測點等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的展示，實現(xiàn)對煤礦煤炭設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)測及故障診斷、預(yù)測等功能，并且通過系統(tǒng)集成各個煤礦基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)及管理模塊，做到煤礦企業(yè)數(shù)據(jù)信息化、智能化。

作者單位：周劍? ? 宋冰清? ? 中天合創(chuàng)能源有限公司? ? 中國煤礦機械裝備有限責(zé)任公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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