基于大数据智能装备专家系统的数据处理中心设计

周剑　宋冰清

摘要：针对煤矿煤机设备在应用的过程中由于复杂的生产环境及长时间高强度的运作导致的煤机设备故障问题，采用智能装备专家系统采集设备数据并进行数据分析并得出的煤机设备故障诊断信息、预测分析结果、实时设备数据，为了煤矿信息管理人员能及时查收数据，并作出及时的处理，设计数据处理中心系统，对这些分析数据进行全面、直观、实时的数据展示，让煤矿调度等部门人员能实时掌握设备所有信息，及时进行维护、排查、维修等，实现对煤矿煤机设备的实时监测数据分析展示，有效保障煤机设备的稳定运行，提高煤矿的生产效率，并且数据处理中心集成了煤矿基础信息的管理，可以对煤矿的所有基本信息进行查找管理，实现煤矿整体信息化。

关键词：故障在线诊断;大数据;远程监控;煤机设备;实时展示

一、引言

煤机设备是煤矿企业进行正常生产的物质基础。煤机设备的可靠稳定运行以及后续的维护效果都是保障煤炭企业生存的必备条件。煤机设备运行健康状态、运行实时监测、故障的诊断、故障的预测、以及维护都能直接影响煤炭企业的生产效益。由于复杂的生产环境以及长时间的使用，生产设备，例如采煤机、液压支架、皮带等都会有一定的损耗，但传统意义上的故障诊断及维护，依赖于人工技术人员的经验及特定设备的监测，并且还需要进行周期性的监测及预测，这样会造成时间上的损耗及高昂的成本。而且如果在煤机设备生产使用的过程中，未能及时对其运行的健康状态进行有效的设备诊断，则可能突发的煤机設备故障可能会带来很大的安全隐患及经济损失。

随着煤矿智能化矿山的建设及互联网信息技术发展普及，信息化与工业化进行深度的融合，通过传感器等设备采集到的数据日益丰富，而移动互联网、物联网、大数据等先进技术的高速发展，为设备健康状态传感感知、高速数据传输、分布式计算分析、故障在线诊断等技术提供了技术支持。

基于大数据开发的智能装备专家系统就是对煤矿企业生产过程中涉及的煤机设备进行实时监测。通过安装在煤机设备元件中或者各个关键部位的传感器收集不同的数据，包括电流、电压、转速、温度等关键数据，传输到大数据中，通过模型算法对收集到的信息进行处理、分析，进而对煤机设备的健康状态进行分析，还可以通过相关数据对煤机设备故障进行预测分析，保证煤机设备进行正常生产活动，从而保证煤炭企业的生产效益和人员安全。而这些实时数据和分析数据都需要一个数据处理中心平台进行展示，让煤矿企业可以随时便捷地进行查看，并且可以对煤矿企业基本信息管理，做到矿山信息化及智能化。

二、系统总体框架

大数据成套装备专家系统的数据处理中心体系结构，由数据采集、数据存储、数据展示组成。系统总体功能框架如下图所示：

系统通过在现场煤矿煤机设备上安装传感器，例如在采煤机、液压支架等设备上安装温度传感器、电流传感器、电压传感器等，实时采集煤机设备运行状态信息，然后通过模型算法对原始采集实时数据进行分析计算，计算出来的数据结果存入Mysql传统数据库中。接着使用大数据工具Streamsets，通过配置Kafka等采集流式数据，存入大数据集群中，实时数据存放Hive，分析性数据存放Hbase。大数据处理展示中心还会对煤矿基础信息进行展示管理，例如部门，人员、状态信息的管理等。最后，大数据展示页面根据需求，对这些数据进行展示，达到实时对煤矿煤机设备的运行状况进行监测，并可以对煤矿基础信息进行管理。

三、数据中心管理模块结构

大数据成套装备专家系统数据展示页面的主要包括主页、系统管理、系统监控三个主要部分。

（一）系统管理

系统管理主要是对所有的数据进行后台编辑管理，包括设备管理、测点管理、阈值管理、用户管理、角色管理、菜单管理、部门管理、岗位管理、字典管理、参数设置、通知公告、日志管理以及文件管理，所有的管理模块根据权限来划分对后台信息的管理权限，可以进行添加、修改、删除等基本功能，也可导出到本地作为本地文件进行存储，也可以对特定设备进行检索，总体结构如下图：

1.设备管理。设备管理主要是对煤机设备的基础信息，运行状态等信息进行展示。煤机设备管理内容主要包括煤机设备编号、设备名称、设备使用年限、设备运行状态、设备健康状态、设备出产日期等。

2.测点管理。测点管理主要是对煤机设备上装载的测点传感器进行管理监测。测点管理展示内容主要包括测点名称、设备编号、设备名称、测点位置、测点状态、测点类型。这个模块可以展示出测点相关联的设备，有利于对单独测点数据进行分析展示，也可以很直观地体现在煤机设备上，对煤机设备进行整体分析。

3.阈值管理。阈值管理主要是对煤机设备上阈值进行实时在线监测。阈值管理内容主要包括设备编号、设备名称、测点编号、测点名称、上阈值、下阈值、动态阈值、当前值。

4.用户管理。用户管理主要是当前登录该系统的所有用户进行实时在线状态监测。用户管理展示内容主要包括用户ID、登录名称、用户名称、部门、手机、用户状态、登录时间。 并且还有创建组织结构，对整个煤矿系统，细致到部门、科室有一个详细的组织分类，方便进行部门细致查找人员。

5.角色管理。角色管理主要是所有创建过账号的用户进行角色权限管理分配。角色管理展示内容主要包括角色编号、角色名称、权限字符、显示顺序、角色状态。管理员还可以通过该管理模块对所有的角色进行数配用户管理。

6.菜单管理。菜单管理主要是会显示在拥有系统管理权限的账户上。菜单管理可以对整个展示系统的模块进行管理，能实时查看到各个模块被请求的地址，也能对整个系统各个模块进行隐藏或者显示，并且可以设置单独模块的用户权限访问等级。

7.部门管理。部门管理主要是对煤矿所有部门进行管理。部门管理内容主要包括部门名称、部门下属科室分类、部门状态。管理员可以通过此模块对部门在系统的展示进行调整，增添或者删除部门科室等。

8.岗位管理。岗位管理主要是对煤矿各级工作人员进行岗位管理。岗位管理内容主要包括岗位编号、岗位编码、岗位名称。管理员可以通过此模块对煤矿所有人员的岗位进行管理编辑。

9.字典管理。字典管理主要提供了整个业务系统通用的字典管理，提供界面对字典进行维护等功能，能快速查看，录入系统模块字典数据。界面主要包括字典主键、字典名称、字典类型、状态、备注功能。

10.参数设置。参数主要提供了整个业务系统所有的参数管理，提供界面对参数进行维护编辑修改等功能。界面主要包括参数主键、参数名称、参数键名、备注功能。

11.通知公告。通知公告模块主要提供了对整个煤矿系统发通知公告的功能，提供界面编辑修改通知公告并进行发布。界面主要包括通知序号、公告标题、公告类型。

12.日志管理。日志管理管理员账户主要包括操作日志及登录日志。煤矿职员可以通过日志管理功能，记录员工已执行的工作任务及完成情况、近期计划需要完成的工作任务，同时，员工可对自己的日志进行修改、查询、删除。系统可以根据用户权限等级进行日志权限管理划分，例如权限为部门经理，可对部门员工、部门科室等进行日志查询，但无法对其他部门进行管理查询。管理员可以对所有人的日志进行查询、导出，可查看所有人的操作日志及登录日志。

13.文件管理。文件管理模块主要提供了文件的上次及下载功能。煤矿员工可以上传煤矿数据文件至服务器进行保存和提供给其他人下载 ，可以使得部门与部门之间的业务交流和协作提供便利。

（二）系统监控

系统监控主要是通过在后台对系统进行管理监视，主要包括在线用户、定时任务、数据监控及服务监控。

1.在线用户。在线用户主要是可以在后台监控所有登入系统的用户，会显示登录用户的序号、会话编号、登录名称、部门名称、主机IP、登陆地点、浏览器信息、操作系统、会话状态。可以对所有登录用户进行管理，有利于系统的安全保护监测。

2.定时任务。管理员可以通过定时任务模块对数据进行定时提取分析，进行展示。包括任务编号、任务名称、任务分组、调用目标字符串、执行表达式、任务状态、创建时间，操作，可以对定时任务进行详细的设定。

3.数据监控。数据监控包括数据源、SQL监控、SQL防火墙、WEB应用、URL监控、Session监控、Spring监控、JSONAPI。可以在后台对系统数据进行监控，并附有日志编写功能，管理员可以编写日志对其数据监控进行记录。

4.服务监控。服务监控可以让使用登录者观看自己登录的电脑信息，包括CPU、内存、服务器信息。

四、系统主页数据展示

在主页模块上会显示大数据成套专家系统数据驾驶舱展示页面，对系统分析的数据、测点的数据、预测的数据、报警信息等数据进行直观的实时的展示。部分实际页面如图3。

五、结束语

本系统通过研究大数据技术，数据管理技术，设备智能诊断技术等，通过构建统一数据采集模型，规范各类型设备数据接入方式而形成的工作面智能成套装备系统上建立的大数据处理中心，通过对现场生产实际实时数据、预测数据、故障预测信息、设备测点等关键数据的展示，实现对煤矿煤炭设备的数据监测及故障诊断、预测等功能，并且通过系统集成各个煤矿基础设施数据及管理模块，做到煤矿企业数据信息化、智能化。

作者单位：周剑    宋冰清    中天合创能源有限公司    中国煤矿机械装备有限责任公司

参  考  文  献

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