基于工业互联的仪器仪表健康状态在线监测技术研究

发布时间：2020-11-06 05:54

　　 在如今互联网、物联网及人工智能快速发展的背景下,计量行业也在发生革命性的改变。在对国内计量行业的调查中发现,越来越多的行业对计量装置的检测状态及仪器仪表自身的健康状态要求极其苛刻,由此仪器仪表全天不间断的感知自校系统显得极为重要和必要。本文以疫苗车间制水设备的仪器仪表作为研究背景,建立基于工业互联的监测系统,实现对生产过程中的仪器仪表进行实时监测,对生产设备参数及相关检测仪器仪表的健康状态通过智能算法处理得到相应数据分析结果,解放计量人员针对相应仪器仪表定期的检测工作,能够方便实时的了解现场仪器仪表健康状态。此篇论文主要研究点如下:(1)基于工业互联的计量仪表数据感知与传输系统研究设计。在不同的应用场景下,所需的感知模块与传输模块将会不同,对于感知方式可以概括为直接获取数据与间接采集两种方式,而传输方式也可分为有线与无线。本文中主要针对生物研究所制水车间内的相关仪器仪表进行数据感知与传输,根据实地情况,采用其相应的感知方式与传输方式。本文中将采用的是针对PLC的智能感知模块与GPRS智能传输模块。(2)基于大数据以及人工智能的计量仪表混合诊断算法模型。工业计量仪表故障特征形式多样特征复杂,为确保对仪器仪表健康状态诊断的准确性,采用不同的人工智能诊断方式进行混合诊断。其中以专家系统为基础的诊断方式,是将车间内相应工人与管理员的知识与经验进行汇总与存库,建立相应的专家知识库进行直接诊断。同时可以针对车间现场的数据进行实时采集与长时间的积累,在这些大量数据的基础上,采用人工神经网络等人工智能模型对相应数据进行训练得出对照的诊断模型。最后将两种方式的诊断模型进行混合诊断,搭建最终的混合诊断模型,实现对相应仪器仪表健康状态的实时监测。(3)可视化实时预警软件云平台。在云服务器上部署相应的监测系统,可通过Web端或APP端访问,实现对实时数据的可视化,对实时诊断效果的可视化,同时具备异常状态的推送预警功能。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH707
【部分图文】：

主要包含工业互联网架构，仪器仪表健康状态监测相关技术及混合诊断模型三部分。工业互联网架构是整个工业互联系统的核心技术，也是仪器仪表健康状态监测系统的基础。对仪器仪表相关技术的研究则是为具体实施准备，混合诊断模型的理论准备为此系统的诊断模型提供相关算法基础。2.1 工业互联网架构2.1.1 工业互联网主要内容工业互联网生态系统由运行的机器、运行的数据和人这三者共同构建而成。在工业运行中，不同的机器、装置的组合，以及通过各种智能化的传感器采集数据和网络连接将这些仪器设备联合组成一个新型的复杂系统。在整个系统的运行期间，各式各样的实时数据不断的涌现，并进行正确的传递。通过实时数据采集、正确的传递、最后在后台进行实时的数据处理与分析，将生产状态转换成信息化数字化资源[7]。人力要素囊括了整个生产环节内所有的一线员工、工程师、管理人员和远程技术服务人员，甚至包括此环节之外的其他相关人员，通过网络将不同人员连接，构成研发、运营、维护一整套的服务工作系统[22]，如图 2-1 所示。

整个网络系统中的核心是大数据，从最开始没有规律杂乱无章的数据到最后形成具有准确的价值信息，在整个网络中，不断的进行着基础数据的产生、实时数据的收集、数据与数据之间的传递影响、综合分析、形成最终信息。不断的运用新技术新思想及新工具，实现在错综复杂的环境下对生产数据的实时采集、挖掘、分析，通过智能算法和后台处理得到相应数据信息[23]。综上，工业互联网将生产过程中不同的数据集成体现出相应的价值出来。在生产使用方面，工业互联网构建了一个巨大的网络化的生产体系，提供智能化、可视化的服务，对生产数据进行实时采集并分析，将不同数据信息和生产要素相互交换和集成，凸显大数据的价值。最终推动整个生产在产品研发、管理、生产、运营及维护等各个方面实现突破，形成整个生产系统的智能化发展[24]。2.1.2 工业互联网体系架构工业互联网主要组成部分为数据感知层、数据汇聚层、车间层、应用交互层，通过对数据采集传输和分析处理的完整流程，实现数据存储、云端业务、产品服务和可视化操作的完美结合[25]。该体系各组成部分图和功能介绍如图 2-2 所示：

第二章 工业互联下仪器仪表健康状态监测相关技术与理论网络具有无中心、分布式、节点灵活和自组织的特点，广泛应用于军事与民用市场。工业互联网是无线传感器网络一个重要的应用场合，有效的提升了工业互联网中数据实时采集与传输的问题。2.2.2 工业互联网数据传输网络技术工业互联网数据传输网络有无线和有线两种模式。因此需要根据在不同的工业应用场景下选用适合自身传输要求的传输模式[30]。以下针对工业传输网络常用技术进行相应概述。现场总线网络：主要针对应用场景下不同设备之间的双向通信。在其传输过程中主要采用了数字通信方式，而不是以往的开关量信号或 4-20mA 的模拟通信。现场总线技术可以实现将多设备同时挂接在一对双绞线上，这种简单有效的方式可以减少一定的安装与维护成本，并且大大提高了系统整体的可靠性[31]。现场总线网络如图 2-3。
【参考文献】

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本文编号：2872742