以BS结构和专家系统为基础设计带式输送机远程监测系统

摘要：针对带式输送机的故障巡检过程，设计了一套基于B/S模式的远程监控系统，以组态王作为本地组态软件，通过数据采集系统采集带式输送机运行数据，并以ODBC方式向远程MySQL数据库更新数据;建立基于专家系统的故障诊断数据库，在合理的时间段内与用户进行交互，处理具有挑战性的决策问题并提供解决方案;采用SSM框架搭建Web项目，实现了生产信息互联网发布及实时故障诊断。该系统可兼容各种移动设备。运行测试结果表明，该系统稳定性强，方便生产管理与运行维护。

关键词：B/S架构;专家系统;组态王;MySQL数据库;SSM框架;远程监控

引言

大型关键输送设备的安全可靠性和可维护性直接影响了企业的安全生产。带式输送机是煤炭生产线主要的运输设备，如果不能及时发现并处理故障，对生产会造成直接影响，甚至会造成安全事故，因此为保证对巡检过程的实时远程监测与诊断、确保企业及时了解带式输送机健康状态并进行有效的运维管理，本文进行了基于B/S架构的带式输送机远程监控系统的研究。通过Internet对远端的设备进行监控，可以对设备进行实时数据远程采集、远程监测和远程诊断。应用互联网Web技术将数据采集模块的数据上传至Web服务器的数据库，管理者可通过移动设备随时掌握现场信息，进一步提高信息化程度;同时，通过对上传数据进行分析处理，实现对带式输送机的监测、评价和诊断。

带式输送机远程监控系统总体结构

为满足带式输送机远程监控及故障诊断功能需求，本文设计基于B/S模式的远程监控系统。该监控系统突破了传统监控系统的时域限制，实现了真正意义上的实时监控，增强了数据的可利用性。远程监控系统分为现场监控层、网络服务层和远程访问用户层，如图1所示。

现场监控层设计

现场监控层主要是对设备现场进行巡检，通过上位机监控完成现场数据采集的全部过程。数据采集系统收集传感器的数据，按照定义好的通信协议传给上位机，上位机及时处理这些数据的同时根据控制算法向控制器发出控制信号，控制器经过A/D转化后控制系统动作。此外，现场监控层还负责将数据采集系统数据保存至组态王数据库内，并将其备份至数据库服务器中，进行实时数据更新。这些规则用来描述故障和征兆的关系，使系统可以对监测对象进行故障的识别、推理以及诊断。基于专家系统的数据库使用简单直接的知识表示方式，具有诊断推理速度快、对数据存储空间的要求低、易于编程及开发等优点。该专家数据库推理模型如图2所示。

远程访问用户层设计

远程访问用户层通过Internet访问Web服务器，显示人机交互界面，Web服务器传递请求同时访问数据库并回应数据刷新，实现远程实时监控与诊断。用户可以使用Internet网络上的任何一台计算机去浏览运行现场的实时画面，监控各种运行数据，及时发现带式输送机故障，极大地方便了管理调度与运行维护工作。

数据库的选择与建立

数据库作为Web服务器的数据存储部分，需要保证合理的性能和良好的安全机制，同时尽可能少地存储冗余数据。本文选用的MySQL数据库是最流行的关系型数据库管理系统之一。

在MySQL中建立运行状态表jk_device_state，数据表内容为固定监测参数实时状态。建立实时巡检数据表jk_device_data，表中内容为实时巡检数据，在系统运行过程中仅更新数据。同时设置历史数据表jk_history_data，表中记录各个巡检时段数数据库知识的形式化的目的是使知识的表述以及诊断的过程清晰准确。本文首先对带式输送机故障进行FTA分析，将结果进行加权之后为各个规则赋予优先级，然后通过框架和规则相结合的方法表示诊断知识。框架知识主要包括框架号、事实名称、判断条件、框架类别，间接框架用J表示，直接框架用Z表示。输送带打滑诊断可视化模型如图3所示。

据，并记录插入数据的时间节点，用户可通过后台服务程序查询指定时间段的数据。

数据更新与插入

带式输送机运行的过程数据由PLC采集，由组态王软件汇总，组态王的SQL访问功能通过ODBC数据源可以连接多种外部数据库。数据库中设备运行数据的更新和工艺数据的插入由组态王操作，因此组态王中需要建立与数据库对应的记录体。每个记录体中装载的变量是固定的。

专家数据库设计

根据带式输送机的故障诊断需求，建立基于专家系统的数据库。专家数据库是基于规则搭建的，网络服务层是系统的中间结构，数据处理、事务处理等全部集中在1个服务器中完成，客户机以浏览器作为客户端的应用程序实现数据显示，具有平台无关性、安全可扩展等优点。网络服务层除对数据进行操作外，数据的网络发布功能是核心内容，Web服务器建立相应的IP站点和网页，通过HTTP协议接入到网络，最终在网络上发布。

Web后台框架

该监控系统数据源较简单，用户量小，故降低应用开发的复杂度是需要解决的首要问题，SSM框架是首选。SSM整合框架集由Spring、SpringMVC、Mybatis这3个开源框架组成。Spring框架接管Web层、逻辑层、持久层的各个组件;SpringMVC保证选择视图展现输出和选择控制处理请求之间的松耦合;Mybatis完成对JDBC的封装，可以实现SQL语句的灵活配置。

Web服务功能模块

该监控系统主要任务为对传感器信息监控、汇总、记录、管理，使客户可在移动设备上查看机器实时运行信息和数据记录。

该系统具有三大功能：Ⓒ账户管理功能系统可登陆用户由管理员指定并分配数据权限和角色，登录后可自由更改登录密码，在权限范围内浏览生产状况及数据记录，此外还对用户管理表中的用户进行访问权限和其他基本信息的存储管理;Ⓒ状态实时监控功能监控系统将固定监测站和移动巡检的监测数据进行实时显示，同时还具有历史数据查询功能，用户可以获得30d内输送机运行数据，并可以下载数据报表，优化对输送机的管理;Ⓒ故障诊断功能以数据采集模块数据作为故障征兆，通过数据库触发器匹配专家数据库中的规则，结合巡检系统位置传感器，判断故障位置，根据故障征兆进行故障诊断，找出故障原因及维修策略，为用户提供了快速准确的诊断及维修建议。

Web服务功能流程如图4所示。

系统运行测试

集中监控测试

组态王集中监控系统界面如图5所示。其中输送监控画面用来展示输送机运行状态、故障状态，变量类型多为开关型I/O变量。巡检装置运行画面用来监测巡检装置状态及数据采集信息，变量类型为内存实数。趋势曲线主要展示输送机带速、温度等数据实时曲线和历史趋势曲线。监控信息传输及时准确，系统运行良好。

网络服务测试

该系统采用IDEA作为开发软件，系统的开发环境是JDK1.8，服务器采用Tomcat8。

Ⓒ用户管理与监控界面测试

系统管理员指定的用户登录系统后可操作系统菜单，用户可自行完善个人信息和修改登录密码。用户管理界面如图6所示。

巡检监控画面和实时监测数据展示画面如图7所示，可实时获取设备当前运行状态，远程进行运维管理。

实时记录曲线如图8所示，鼠标悬停于曲线图上可查看任意记录时段数据。

(2)网络服务层采用SSM框架搭建Web项目，降低各层开发耦合度且便于功能扩展，实现了输送机运行巡检数据的发布和查询下载功能。系统解除了用户的地区限制，进一步提高了企业信息化、自动化程度。

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