基于工业物联网的设备运行异常的监测维护方法及系统

技术领域

本发明涉及设备监测维护技术领域，具体涉及基于工业物联网的设备运行异常的监测维护方法及系统。

背景技术

工业物联网是将物理设备与信息网络深度融合，实现对工业设备的实时监控和远程控制。然而，现有的工业物联网系统大多侧重于工业设备的远程监控，缺乏对工业设备运行异常的实时监测和维护。在工业生产中，工业设备的正常运行对于生产效率和产品质量具有重要意义。然而，设备在运行过程中可能会受到各种因素的影响，导致异常情况的发生。为了确保设备的正常运行，需要对设备运行异常进行监测和维护。传统的监测维护方法往往依赖于人工巡检和定期维护，这种方法不仅效率低下，而且容易因为人为因素导致误检或漏检。因此，有必要开发基于工业物联网的设备运行异常的监测维护方法及系统，以提高设备运行的可靠性和安全性。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供基于工业物联网的设备运行异常的监测维护方法及系统：通过设备运行模块启动工业设备，通过初次监测模块对工业设备进行初次监测，获得初监异常参数，通过信息处理模块根据初监异常参数获得初监异常系数，通过监控维护平台根据初监异常系数生成一级警报指令，通过安全警报模块接收到一级警报指令后响起一级维护警报，通过二次监测模块接收到二次监测指令对工业设备进行二次监测，获得二监异常参数，通过信息处理模块根据二监异常参数获得二监异常系数，通过监控维护平台根据初监异常系数、二监异常系数获得二级监察系数，并根据二级监察系数生成二级警报指令，通过安全警报模块接收到二级警报指令后响起二级维护警报，通过三次监测模块接收到三次监测指令对工业设备进行三次监测，获得三监异常参数，通过信息处理模块根据三监异常参数获得三监异常系数，通过监控维护平台根据初监异常系数、二级监察系数、三监异常系数获得三级监察系数，并根据三级监察系数生成三级警报指令，通过安全警报模块接收到三级警报指令后响起三级维护警报，解决了现有的工业设备监测维护方法往往依赖于人工巡检和定期维护，这种方法不仅效率低下，而且容易因为人为因素导致误检或漏检的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于工业物联网的设备运行异常的监测维护系统，包括：

设备运行模块，用于用户启动工业设备，工业设备完成启动后生成设备监测指令，并将设备监测指令发送至初次监测模块；

初次监测模块，用于接收到设备监测指令后对工业设备进行初次监测，获得初监异常参数，并将初监异常参数发送至信息处理模块；其中，初监异常参数包括异贝值YBi、振幅值ZFi、均贝值JB以及均幅值JF；

信息处理模块，用于根据初监异常参数获得初监异常系数CJx，并将初监异常系数CJx发送至监控维护平台；还用于根据二监异常参数获得二监异常系数RJ，并将二监异常系数RJ发送至监控维护平台；还用于根据三监异常参数获得三监异常系数SJ，并将三监异常系数SJ发送至监控维护平台；

监控维护平台，用于根据初监异常系数CJx生成一级警报指令或者二次监测指令，并将一级警报指令发送至安全警报模块，将二次监测指令发送至二次监测模块；还用于根据初监异常系数CJx、二监异常系数RJ获得二级监察系数RJx，并根据二级监察系数RJx生成二级警报指令或者三次监测指令，并将二级警报指令发送至安全警报模块，将三次监测指令发送至三次监测模块；还用于根据初监异常系数CJx、二级监察系数RJx、三监异常系数SJ获得三级监察系数SJx，并根据三级监察系数SJx生成三级警报指令，并将三级警报指令发送至安全警报模块；

二次监测模块，用于接收到二次监测指令对工业设备进行二次监测，获得二监异常参数，并将二监异常参数发送至信息处理模块；其中，二监异常参数包括量差值LC、速差值SC以及产比值CB；

三次监测模块，用于接收到三次监测指令对工业设备进行三次监测，获得三监异常参数，并将三监异常参数发送至信息处理模块；其中，三监异常参数包括时间值HJ、产品值CP以及故障值GZ；

安全警报模块，用于接收到警报指令后响起监测维护警报；其中，警报指令包括一级警报指令、二级警报指令以及三级警报指令后响起一级警报；监测维护警报包括一级维护警报、二级维护警报以及三级维护警报。

作为本发明进一步的方案：所述初次监测模块获得初监异常参数的具体过程如下：

按照预设时间间隔获取若干个监测时刻i,i＝1、……、n，n为自然数；

接收到设备监测指令后按照监测时刻i获取工业设备的异响分贝值和振动幅度，并将其分别标记为异贝值YBi和振幅值ZFi；

从数据存储模块中获取工业设备首次运行时的平均异响分贝值和平均振动幅度，并将其分别标记为首贝值SB和首幅值SF，获取工业设备历史数据中运行时的平均异响分贝值和平均振动幅度，并将其分别标记为历贝值LB和历幅值LF；

将首贝值SB、历贝值LB代入公式JB＝SB×b1+LB×b2得到均贝值JB，其中，b1、b2分别为设定的首贝值SB、历贝值LB对应的预设比例因子，b1、b2满足b1+b2＝1，0＜b2＜b1＜1，取b1＝0.73，b2＝0.27，将首幅值SF、历幅值LF代入公式JF＝SF×f1+LF×f2得到均幅值JF，其中，f1、f2分别为设定的首幅值SF、历幅值LF对应的预设比例因子，f1、f2满足f1+f2＝1，0＜f2＜f1＜1，取f1＝0.68，f2＝0.32；

将异贝值YBi、振幅值ZFi、均贝值JB以及均幅值JF发送至信息处理模块。

作为本发明进一步的方案：所述二次监测模块获得二监异常参数的具体过程如下：

接收到二次监测指令获取工业设备单位时间内加工产品的数量，并将其标记为产量值CL，从数据存储模块中获取工业设备历史数据中所有的产量值CL的平均值，并将其标记为均量值JL，获得产量值CL、均量值JL两者之间的差值，并将其标记为量差值LC；

获取工业设备的产品加工速率，并将其标记为产速值CS，从数据存储模块中获取工业设备历史数据中所有的产速值CS的平均值，并将其标记为均速值JS，获得产速值CS、均速值JS两者之间的差值，并将其标记为速差值SC；

获取工业设备单位时间内加工完成的不合格产品的数量和合格产品的数量，获得两者之间的比值，并将其标记为产比值CB；

将量差值LC、速差值SC以及产比值CB发送至信息处理模块。

作为本发明进一步的方案：所述三次监测模块获得三监异常参数的具体过程如下：

接收到三次监测指令获取工业设备生产时间和当前时间，获得两者之间的时间差，并将其标记为产时长CC，获取工业设备累计运转时长，并将其标记为运时长YC，将产时长CC、运时长YC代入公式HJ＝CC×j1+YC×j2得到时间值HJ，其中，j1、j2分别为设定的产时长CC、运时长YC对应的预设比例因子，j1、j2满足j1+j2＝1，0＜j1＜j2＜1，取j1＝0.35，j2＝0.65；

获取工业设备累计加工产品的总数量和加工产品的总质量，并将其分别标记为累数值LS和累质值LZ，将累数值LS和累质值LZ代入公式CP＝LS×p1+LZ×p2得到产品值CP，其中，p1、p2分别为设定的累数值LS和累质值LZ对应的预设比例因子，p1、p2满足p1+p2＝1，0＜p2＜p1＜1，取p1＝0.57，p2＝0.43；

获取工业设备累计出现故障的次数，并将其标记为故障值GZ；

将时间值HJ、产品值CP以及故障值GZ发送至信息处理模块。

作为本发明进一步的方案：所述信息处理模块获得初监异常系数CJx的具体过程如下：

将异贝值YBi、振幅值ZFi、均贝值JB以及均幅值JF进行量化处理，提取异贝值YBi、振幅值ZFi、均贝值JB以及均幅值JF的数值，并将其代入公式中计算，依据公式

将初监异常系数CJx发送至监控维护平台。

作为本发明进一步的方案：所述信息处理模块获得二监异常系数RJ的具体过程如下：

将量差值LC、速差值SC以及产比值CB进行量化处理，提取量差值LC、速差值SC以及产比值CB的数值，并将其代入公式中计算，依据公式

将二监异常系数RJ发送至监控维护平台。

作为本发明进一步的方案：所述信息处理模块获得三监异常系数SJ的具体过程如下：

将时间值HJ、产品值CP以及故障值GZ进行量化处理，提取时间值SJ、产品值CP以及故障值GZ的数值，并将其代入公式中计算，依据公式

将三监异常系数SJ发送至监控维护平台。

作为本发明进一步的方案：基于工业物联网的设备运行异常的监测维护方法，包括以下步骤：

步骤A1：用户通过设备运行模块启动工业设备，工业设备完成启动后生成设备监测指令，并将设备监测指令发送至初次监测模块；

步骤A2：初次监测模块按照预设时间间隔获取若干个监测时刻；

步骤A3：初次监测模块接收到设备监测指令后按照监测时刻获取工业设备的异响分贝值和振动幅度，并将其分别标记为异贝值和振幅值；

步骤A4：初次监测模块从数据存储模块中获取工业设备首次运行时的平均异响分贝值和平均振动幅度，并将其分别标记为首贝值和首幅值，获取工业设备历史数据中运行时的平均异响分贝值和平均振动幅度，并将其分别标记为历贝值和历幅值；

步骤A5：初次监测模块将首贝值、历贝值经过分析得到均贝值，将首幅值、历幅值经过分析得到均幅值；

步骤A6：初次监测模块将异贝值、振幅值、均贝值以及均幅值发送至信息处理模块；

步骤A7：信息处理模块将异贝值、振幅值、均贝值以及均幅值经过分析得到初建异常系数；

步骤A8：信息处理模块将初监异常系数发送至监控维护平台；

步骤A9：监控维护平台将初监异常系数与预设的初监异常阈值进行比较：若初监异常系数≥初监异常阈值，则生成一级警报指令，并将一级警报指令发送至安全警报模块；若初监异常系数＜初监异常阈值，则生成二次监测指令，并将二次监测指令发送至二次监测模块；

步骤A10：安全警报模块接收到一级警报指令后响起一级维护警报；

步骤A11：二次监测模块接收到二次监测指令获取工业设备单位时间内加工产品的数量，并将其标记为产量值，从数据存储模块中获取工业设备历史数据中所有的产量值的平均值，并将其标记为均量值，获得产量值、均量值两者之间的差值，并将其标记为量差值；

步骤A12：二次监测模块获取工业设备的产品加工速率，并将其标记为产速值，从数据存储模块中获取工业设备历史数据中所有的产速值的平均值，并将其标记为均速值，获得产速值、均速值两者之间的差值，并将其标记为速差值；

步骤A13：二次监测模块获取工业设备单位时间内加工完成的不合格产品的数量和合格产品的数量，获得两者之间的比值，并将其标记为产比值；

步骤A14：二次监测模块将量差值、速差值以及产比值发送至信息处理模块；

步骤A15：信息处理模块将量差值、速差值以及产比值经过分析得到二监异常系数；

步骤A16：信息处理模块将二监异常系数发送至监控维护平台；

步骤A17：监控维护平台获取初监异常系数、二监异常系数的乘积，并将其标记为二级监察系数；

步骤A18：监控维护平台将二级监察系数与预设的二级监察阈值进行比较：若二级监察系数≥二级监察阈值，则生成二级警报指令，并将二级警报指令发送至安全警报模块；若二级监察系数＜二级监察阈值，则生成三次监测指令，并将三次监测指令发送至三次监测模块；

步骤A19：安全警报模块接收到二级警报指令后响起二级维护警报；

步骤A20：三次监测模块接收到三次监测指令获取工业设备生产时间和当前时间，获得两者之间的时间差，并将其标记为产时长，获取工业设备累计运转时长，并将其标记为运时长，将产时长、运时长经过分析得到时间值；

步骤A21：三次监测模块获取工业设备累计加工产品的总数量和加工产品的总质量，并将其分别标记为累数值和累质值，将累数值和累质值经过分析得到产品值；

步骤A22：三次监测模块获取工业设备累计出现故障的次数，并将其标记为故障值；

步骤A23：三次监测模块将时间值、产品值以及故障值发送至信息处理模块；

步骤A24：信息处理模块将时间值、产品值以及故障值经过分析得到三监异常系数；

步骤A25：信息处理模块将三监异常系数发送至监控维护平台；

步骤A26：监控维护平台将初监异常系数、二级监察系数、三监异常系数经过分析得到三级监察系数；

步骤A27：监控维护平台将三级监察系数与预设的三级监察阈值进行比较：若三级监察系数≥三级监察阈值，则生成三级警报指令，并将三级警报指令发送至安全警报模块；

步骤A28：安全警报模块接收到三级警报指令后响起三级维护警报。

本发明的有益效果：

本发明的基于工业物联网的设备运行异常的监测维护方法及系统，通过设备运行模块启动工业设备，通过初次监测模块对工业设备进行初次监测，获得初监异常参数，通过信息处理模块根据初监异常参数获得初监异常系数，通过监控维护平台根据初监异常系数生成一级警报指令，通过安全警报模块接收到一级警报指令后响起一级维护警报，通过二次监测模块接收到二次监测指令对工业设备进行二次监测，获得二监异常参数，通过信息处理模块根据二监异常参数获得二监异常系数，通过监控维护平台根据初监异常系数、二监异常系数获得二级监察系数，并根据二级监察系数生成二级警报指令，通过安全警报模块接收到二级警报指令后响起二级维护警报，通过三次监测模块接收到三次监测指令对工业设备进行三次监测，获得三监异常参数，通过信息处理模块根据三监异常参数获得三监异常系数，通过监控维护平台根据初监异常系数、二级监察系数、三监异常系数获得三级监察系数，并根据三级监察系数生成三级警报指令，通过安全警报模块接收到三级警报指令后响起三级维护警报；该监测维护系统首先获取初监异常参数，并根据初监异常参数获得初监异常系数，初监异常系数用于初步衡量工业设备的状态，当初监异常系数过大表示工业设备出现了明显的异常，实现对工业设备的初次监测，之后获取二监异常参数，并根据二监异常参数获得二监异常系数，并结合初监异常系数、二监异常系数获得二级监察系数，二级监察系数用于进一步衡量工业设备的状态，当二级监察系数过大表示工业设备出现了较为明显的异常，实现对工业设备的二次监测，最后获取三监异常参数，并根据三监异常参数获得三监异常系数，并结合初监异常系数、二级监察系数、三监异常系数获得三级监察系数，三级监察系数用于深入衡量工业设备的状态，当三级监察系数过大表示工业设备出现了轻微的异常，实现对工业设备的三次监测；该监测维护系统通过初监异常系数、二级监察系数以及三监异常系数实现对工业设备的实时监控，且监控精度高，能够及时发现工业设备的异常情况，避免因工业设备故障导致的生产中断和安全事故，另一方面，通过对历史数据的分析，可以实现工业设备的预测性维护，延长设备的使用寿命，降低维护成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中基于工业物联网的设备运行异常的监测维护系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1所示，本实施例为基于工业物联网的设备运行异常的监测维护系统，包括以下模块：设备运行模块、初次监测模块、信息处理模块、监控维护平台、二次监测模块、三次监测模块以及安全警报模块；

其中，所述设备运行模块用于用户启动工业设备，工业设备完成启动后生成设备监测指令，并将设备监测指令发送至初次监测模块；

其中，所述初次监测模块用于接收到设备监测指令后对工业设备进行初次监测，获得初监异常参数，并将初监异常参数发送至信息处理模块；其中，初监异常参数包括异贝值YBi、振幅值ZFi、均贝值JB以及均幅值JF；

其中，所述信息处理模块用于根据初监异常参数获得初监异常系数CJx，并将初监异常系数CJx发送至监控维护平台；还用于根据二监异常参数获得二监异常系数RJ，并将二监异常系数RJ发送至监控维护平台；还用于根据三监异常参数获得三监异常系数SJ，并将三监异常系数SJ发送至监控维护平台；

其中，所述监控维护平台用于根据初监异常系数CJx生成一级警报指令或者二次监测指令，并将一级警报指令发送至安全警报模块，将二次监测指令发送至二次监测模块；还用于根据初监异常系数CJx、二监异常系数RJ获得二级监察系数RJx，并根据二级监察系数RJx生成二级警报指令或者三次监测指令，并将二级警报指令发送至安全警报模块，将三次监测指令发送至三次监测模块；还用于根据初监异常系数CJx、二级监察系数RJx、三监异常系数SJ获得三级监察系数SJx，并根据三级监察系数SJx生成三级警报指令，并将三级警报指令发送至安全警报模块；

其中，所述二次监测模块用于接收到二次监测指令对工业设备进行二次监测，获得二监异常参数，并将二监异常参数发送至信息处理模块；其中，二监异常参数包括量差值LC、速差值SC以及产比值CB；

其中，所述三次监测模块用于接收到三次监测指令对工业设备进行三次监测，获得三监异常参数，并将三监异常参数发送至信息处理模块；其中，三监异常参数包括时间值HJ、产品值CP以及故障值GZ；

其中，所述安全警报模块用于接收到警报指令后响起监测维护警报；其中，警报指令包括一级警报指令、二级警报指令以及三级警报指令后响起一级警报；监测维护警报包括一级维护警报、二级维护警报以及三级维护警报。

实施例2：

请参阅图1所示，本实施例为基于工业物联网的设备运行异常的监测维护方法，包括以下步骤：

步骤A1：用户通过设备运行模块启动工业设备，工业设备完成启动后生成设备监测指令，并将设备监测指令发送至初次监测模块；

步骤A2：初次监测模块按照预设时间间隔获取若干个监测时刻i,i＝1、……、n，n为自然数；

步骤A3：初次监测模块接收到设备监测指令后按照监测时刻i获取工业设备的异响分贝值和振动幅度，并将其分别标记为异贝值YBi和振幅值ZFi；

步骤A4：初次监测模块从数据存储模块中获取工业设备首次运行时的平均异响分贝值和平均振动幅度，并将其分别标记为首贝值SB和首幅值SF，获取工业设备历史数据中运行时的平均异响分贝值和平均振动幅度，并将其分别标记为历贝值LB和历幅值LF；

步骤A5：初次监测模块将首贝值SB、历贝值LB代入公式JB＝SB×b1+LB×b2得到均贝值JB，其中，b1、b2分别为设定的首贝值SB、历贝值LB对应的预设比例因子，b1、b2满足b1+b2＝1，0＜b2＜b1＜1，取b1＝0.73，b2＝0.27，将首幅值SF、历幅值LF代入公式JF＝SF×f1+LF×f2得到均幅值JF，其中，f1、f2分别为设定的首幅值SF、历幅值LF对应的预设比例因子，f1、f2满足f1+f2＝1，0＜f2＜f1＜1，取f1＝0.68，f2＝0.32；

步骤A6：初次监测模块将异贝值YBi、振幅值ZFi、均贝值JB以及均幅值JF发送至信息处理模块；

步骤A7：信息处理模块将异贝值YBi、振幅值ZFi、均贝值JB以及均幅值JF进行量化处理，提取异贝值YBi、振幅值ZFi、均贝值JB以及均幅值JF的数值，并将其代入公式中计算，依据公式

步骤A8：信息处理模块将初监异常系数CJx发送至监控维护平台；

步骤A9：监控维护平台将初监异常系数CJx与预设的初监异常阈值CJy进行比较：若初监异常系数CJx≥初监异常阈值CJy，则生成一级警报指令，并将一级警报指令发送至安全警报模块；若初监异常系数CJx＜初监异常阈值CJy，则生成二次监测指令，并将二次监测指令发送至二次监测模块；

步骤A10：安全警报模块接收到一级警报指令后响起一级维护警报；

步骤A11：二次监测模块接收到二次监测指令获取工业设备单位时间内加工产品的数量，并将其标记为产量值CL，从数据存储模块中获取工业设备历史数据中所有的产量值CL的平均值，并将其标记为均量值JL，获得产量值CL、均量值JL两者之间的差值，并将其标记为量差值LC；

步骤A12：二次监测模块获取工业设备的产品加工速率，并将其标记为产速值CS，从数据存储模块中获取工业设备历史数据中所有的产速值CS的平均值，并将其标记为均速值JS，获得产速值CS、均速值JS两者之间的差值，并将其标记为速差值SC；

步骤A13：二次监测模块获取工业设备单位时间内加工完成的不合格产品的数量和合格产品的数量，获得两者之间的比值，并将其标记为产比值CB；

步骤A14：二次监测模块将量差值LC、速差值SC以及产比值CB发送至信息处理模块；

步骤A15：信息处理模块将量差值LC、速差值SC以及产比值CB进行量化处理，提取量差值LC、速差值SC以及产比值CB的数值，并将其代入公式中计算，依据公式

步骤A16：信息处理模块将二监异常系数RJ发送至监控维护平台；

步骤A17：监控维护平台获取初监异常系数CJx、二监异常系数RJ的乘积，并将其标记为二级监察系数RJx；

步骤A18：监控维护平台将二级监察系数RJx与预设的二级监察阈值RJy进行比较：若二级监察系数RJx≥二级监察阈值RJy，则生成二级警报指令，并将二级警报指令发送至安全警报模块；若二级监察系数RJx＜二级监察阈值RJy，则生成三次监测指令，并将三次监测指令发送至三次监测模块；

步骤A19：安全警报模块接收到二级警报指令后响起二级维护警报；

步骤A20：三次监测模块接收到三次监测指令获取工业设备生产时间和当前时间，获得两者之间的时间差，并将其标记为产时长CC，获取工业设备累计运转时长，并将其标记为运时长YC，将产时长CC、运时长YC代入公式HJ＝CC×j1+YC×j2得到时间值HJ，其中，j1、j2分别为设定的产时长CC、运时长YC对应的预设比例因子，j1、j2满足j1+j2＝1，0＜j1＜j2＜1，取j1＝0.35，j2＝0.65；

步骤A21：三次监测模块获取工业设备累计加工产品的总数量和加工产品的总质量，并将其分别标记为累数值LS和累质值LZ，将累数值LS和累质值LZ代入公式CP＝LS×p1+LZ×p2得到产品值CP，其中，p1、p2分别为设定的累数值LS和累质值LZ对应的预设比例因子，p1、p2满足p1+p2＝1，0＜p2＜p1＜1，取p1＝0.57，p2＝0.43；

步骤A22：三次监测模块获取工业设备累计出现故障的次数，并将其标记为故障值GZ；

步骤A23：三次监测模块将时间值HJ、产品值CP以及故障值GZ发送至信息处理模块；

步骤A24：信息处理模块将时间值HJ、产品值CP以及故障值GZ进行量化处理，提取时间值SJ、产品值CP以及故障值GZ的数值，并将其代入公式中计算，依据公式

步骤A25：信息处理模块将三监异常系数SJ发送至监控维护平台；

步骤A26：监控维护平台将初监异常系数CJx、二级监察系数RJx、三监异常系数SJ进行量化处理，提取初监异常系数CJx、二级监察系数RJx、三监异常系数SJ的数值，并将其代入公式中计算，依据公式

步骤A27：监控维护平台将三级监察系数SJx与预设的三级监察阈值SJy进行比较：若三级监察系数SJx≥三级监察阈值SJy，则生成三级警报指令，并将三级警报指令发送至安全警报模块；

步骤A28：安全警报模块接收到三级警报指令后响起三级维护警报。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。