大型破碎筛分设备远程智能监控系统设计与应用

刘跃庆，陶勇政，何志敏

（南昌矿山机械有限公司，江西 南昌 330004）

近年来我国经济发展速度越来越快，公路铁路等基础建设、城乡建设、水电枢纽工程等领域中对于砂石骨料的需求明显增加，随着国家环保力度的加强，天然河砂禁止开采，因此需要大量的机制砂，因此破碎筛分设备的应用市场非常巨大。但是在此类机械设备的使用过程中远程智能监控水平低，大多需要人为监控的手段和形式，消耗了大量人力和物力。本文针对破碎筛分设备的远程智能监控进行分析，旨在进一步提高矿山现场各类机械设备的运行效率和安全性。

1 大型破碎筛分设备建设远程智能监控系统的作用

在我国以往的矿山现场作业过程中，有时会选择小型破碎设备，并搭配相应产能的振动筛分设备进行工艺流程设计，但是随着我国城市化进程的加快，各类水利、道路、建筑等基础建设领域对于砂石骨料需求的急剧增加，同时国家环保力度的加强，小型破碎设备难以满足现有需求，因此各类大型矿山破碎筛分机械设备被广泛应用，如旋回破碎机、大型颚式破碎机、圆锥破碎机、大型振动筛等。另一方面我国矿山处于地广人稀相对偏远的地方，再加上大型破碎筛分机械体量较大，在应用过程中通常会采取人工监控的方式，需要以人力检查机械设备的运行状态并估算预计产量等等。此类人工监控方式不利于生产效率的提高，同时设备在破碎筛分工艺流程中分布比较分散，对生产管理要求较高，不利于管理，因此在作业和监控过程中容易出现各类风险隐患问题，也无法及时获得大型破碎筛分设备的运行数据等等。此外在矿山破碎筛分进行作业时，往往需要各类设备进行协同作业，而单一机械的智能化程度相对较低[1]。因此，在大型破碎筛分设备方面实施远程智能监控有重要的意义和价值，能够保障破碎筛分设备的有效运营，转变以往信息化、智能化水平较低的问题，与此同时也可以对大型破碎筛分机械的运行数据等实现精准有效监控，避免在故障来临时耗费大量的检修时间。

2 大型破碎筛分设备的远程智能监控设计

2.1 系统设计架构

如图1所示，大型破碎筛分机械设备远程智能监控系统在架构组成方面主要有四个层次，分别为智能设备、数据传输和通讯、数据分析与计算、数据应用与展示等[2]。大型破碎筛分设备的远程智能监控系统需要在作业现场设置传感器、数据采集仪以及控制机柜，以进一步实现对矿山作业现场各类设备运行状况以及周边环境信息的及时采集，随后通过智能嵌入式设备实现将各类数据进行转码并传送给远程智能监控工控机或云平台，期间需要应用5G或工业以太通信网络进行传输，实现数据的及时输送和统一处理。

图1 监控系统结构图

2.2 具体设计细节及应用

2.2.1 智能监控系统传感器

在以往矿山作业过程中，主要采取相对粗放的设备管理方式，通过经验丰富的技术工人进行设备、生产线的全面管理，此类技术工人能够根据机械设备运行的相关特征和指标对其运行状态进行主观判断和检查，也能用自己丰富的经验及时定位机械设备的故障发生点位置，提高检修作业效率，及时更换各类容易发生故障的设备部件，避免因设备故障引发停机问题。

在现代化技术革新背景之下，大型破碎筛分设备的远程智能监控能够满足机械设备的监控需求，在矿山作业现场对各类机械设备加装传感器并确保机械设备运转中各类数据，如振动、转速、油温、流量、压力等能够及时获得，此类传感数据同样也能够通过网络通讯传输到远程智能监控平台服务器中，进行数据的分析与整理、诊断，帮助操作人员及时判断机械设备运行的状态，识别是否已经发生故障等。为了更好的实现远程智能监控系统传感器的良好运作，可以采取统一类型的传感器，特别是在数据存储格式方面直接进行自定义化控制，并根据矿山现场的实际作业情况判断传感器的从机数。

2.2.2 智能嵌入式设备

大型破碎筛分机械设备的远程智能监控系统中，智能嵌入式设备至关重要，其主要硬件构成为具有微机电系统集成的NEMS传感器。该NEMS传感器具有数据预处理、自动诊断、自适应、双向通信、智能组态、信息存储和记忆，以及自学习。NEMS传感器具有体积小、重量轻，功耗低、可靠性高，灵敏度高、易于集成的优势。在数据处理、信息交互的过程中有效的提高网络数据的传输效率，提高分析计算的运算速度。

2.2.3 监控平台服务器

在大型破碎筛分设备运行过程中，能够通过系统实现对历史运行数据的有效分析，如果破碎筛分设备在运行中已经出现了故障问题，能通过系统的形式第一时间识别现场设备运行状态，并及时定位故障发生的隐患点，避免出现因设备故障而导致的非计划停机问题，缩短非计划停机时间。在破碎筛分设备运行过程中，矿山作业相关技术人员可以通过浏览器等对用户的工作页面进行浏览和访问，随后经由交互组件进入用户平台中认证身份信息和权限后，可以直接进入监控平台服务器中，对机械设备的远程计量和运行情况进行管理与监控。因此在本次大型破碎筛分设备远程监控系统监控平台服务器的规划和设计中主要采取RABBITMQ消息队列进行数据读取,既能满足消息的存放需求，也能及时将相关消息存放至客户端并连接队列中。

3 大型破碎筛分设备的远程智能监控应用规划

3.1 软件流程

软件流程方面，主要应用FreeR-TOS操作系统，该操作系统能够实现嵌入式操作，并将破碎筛分设备的不同功能模块视作不同的工作任务，能够满足破碎筛分设备运行过程中的优先级处理要求，实现不同功能模块和任务的有效切换，也能在运行过程中确保相关功能和任务能够实现同步传递，在数据传播方面，最大程度上保证监控系统能够满足实时性的监控需求。

3.2 数据收集与处理分析

早在20世纪，很多外国科学家针对传感器与网络之间的连接问题进行深入研究和探索，并应用通用智能化传感器标准接口，满足传感器与网络连接的各类问题。例如应用TEDS表格进行网络适配，而在本文对智能嵌入式设备数据采集与分析处理方面的研究中同样也探索构建能够实现对不同格式或不同厂家的智能嵌入式终端实现兼容的系统。首先根据事先存入终端的校正表单以及各类校正参数，对智能嵌入式终端传感器数据进行初步的融合和交换，并由此得出负荷运行协议的各类传感数据。其次根据数据传输的具体标准校正引擎，大多数情况下需要沿用多项式对其进行表示，在输入量方面要满足其特性并保证校正系数的针对性，因此也可以应用多项式函数对各类数据进行有效的处理，此类数据处理和采集方式，特别是在数据校正领域能够进一步提高各类智能嵌入式传感器的测量精准度情况。

3.3 传感器建模

在传感器建模方面，主要采取建模语言SensorML作为通用模型，这一传感器建模语言能够基于OTC传感网框架的基础上，实现对各类传感器资源的有效描述并进一步满足大型破碎筛分设备运行过程中远程智能监控平台的展示需求。在矿山作业机械现场中大型破碎筛分设备类别较多，其主要数据和运行系统已经呈现出多样化的态势，导致了传感器得到的数据信息和测量结果各有不同，因此需要对不同的设备数据处理接口进行定义，避免在数据处理过程中出现内部更加复杂、难以有效区分的问题，因此需要定义测量和测量后数据转变的一般模型。

在建模方法方面，首先需要广泛收集矿山现场各类大型破碎筛分设备的传感器信息，明确传感器观测的特征以及必要的文档资料等。其次要根据机械设备运行现场精准度等进行明确，其中需要应用SensorML运行数据的模型记录。再次，收集各类传感器基础信息和数据之后，需要对传感器平台进行全面的建模和处理，其中需要针对传感器所涉及的各类数据处理流程，开展统一的建模编码，并将编码模型等组合成为处理链模型，满足数据处理、输入、参数等不同模块之间的连接关系。最后在验证模型方面应用语法和逻辑结构，确保传感器处理模型更加具有针对性和实用性。

4 总结

本文深入论述了大型破碎筛分设备的远程智能监控，首先分析实施远程智能监控的必要性所在，其次概括了远程智能监控系统设计图，最后针对监控系统的传感器、智能嵌入式设备以及监控平台服务器三个最主要核心部件，论述了大型破碎筛分机械设备的远程监控设计和作业情况，希望能够进一步推动我国机械设备领域的技术革新和进步。