用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)。包括智能中央處理單元、通訊接口模塊、視頻采集與管理模塊、數(shù)據(jù)冗余備份模塊、數(shù)據(jù)查詢及檢索模塊，智能中央處理單元內(nèi)置有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)加密與解密模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、報(bào)警模塊以及嵌入式HTTP/TCP服務(wù)器，通訊接口模塊與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)爐設(shè)備的儀器儀表、PLC連接，采集儀器儀表的數(shù)據(jù)，并且寫(xiě)回到PLC內(nèi)部緩沖區(qū)，供PLC調(diào)用；嵌入式HTTP/TCP服務(wù)器對(duì)來(lái)自其它模塊與單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。本實(shí)用新型不間斷監(jiān)控工業(yè)爐運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)記錄各種工藝參數(shù)、報(bào)警、違章和誤操作行為，隨時(shí)查詢工作狀態(tài)和安全參數(shù)，為可能出現(xiàn)的事故提供事后分析數(shù)據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及熱處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，具體是一種對(duì)工業(yè)爐過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、記錄和查詢分析的黑匣子系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)爐控制的基本模式為:PLC (可編程序控制器)+人機(jī)接口(觸摸屏)，僅能提供簡(jiǎn)單的工藝輸入和簡(jiǎn)單的報(bào)警提示功能，并不能對(duì)設(shè)備的的運(yùn)行和操作做實(shí)時(shí)和長(zhǎng)時(shí)間的記錄，更無(wú)法對(duì)操作人員的行為進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，一旦發(fā)生工藝故障、設(shè)備故障和操作錯(cuò)誤引起的故障，將無(wú)法追溯到發(fā)生故障時(shí)的工藝設(shè)備狀態(tài)，無(wú)法為已經(jīng)出現(xiàn)的工藝及設(shè)備的安全事故提供安全、可靠的事后分析數(shù)據(jù)，也無(wú)法找出相應(yīng)的預(yù)防和規(guī)避措施。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種可以對(duì)工業(yè)爐運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與記錄的黑匣子系統(tǒng)。它能夠?qū)υO(shè)備上正在運(yùn)行的工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作者的行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)并記錄保存，不僅為可能出現(xiàn)的工藝及設(shè)備的安全事故提供安全、可靠的事后分析數(shù)據(jù)，也對(duì)操作人員的錯(cuò)誤操作進(jìn)行提示和警告，配合PLC接口可以對(duì)涉及設(shè)備人身安全的錯(cuò)誤操作進(jìn)行禁止。黑匣子的數(shù)據(jù)通過(guò)加密方式保存在固態(tài)存儲(chǔ)器中，任何人無(wú)法更改和查詢，僅授權(quán)人員可以通過(guò)配套軟件進(jìn)行查看和分析。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)，包括智能中央處理單元、通訊接口模塊、視頻采集與管理模塊、數(shù)據(jù)冗余備份模塊、數(shù)據(jù)查詢及檢索模塊；
[0006]所述的智能中央處理單元內(nèi)置有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)加密與解密模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、報(bào)警模塊以及嵌入式HTTP/TCP服務(wù)器；
[0007]實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)通訊接口模塊與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)爐設(shè)備的儀器儀表、PLC連接，采集儀器儀表的數(shù)據(jù)，并且寫(xiě)回到PLC內(nèi)部緩沖區(qū)，供PLC調(diào)用；
[0008]嵌入式HTTP/TCP服務(wù)器對(duì)來(lái)自其它模塊與單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)輸出模塊接收指令，對(duì)涉及設(shè)備人身安全的錯(cuò)誤操作進(jìn)行禁止；
[0009]報(bào)警模塊對(duì)操作員的錯(cuò)誤操作行為進(jìn)行聲光報(bào)警提示；所述的視頻采集與管理模塊，通過(guò)工業(yè)攝像機(jī)對(duì)設(shè)備的整個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，對(duì)操作員的操作行為做實(shí)時(shí)記錄，并由其對(duì)圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行分類(lèi)與管理，傳輸?shù)街悄苤醒胩幚韱卧?br> [0010]所述的數(shù)據(jù)冗余備份模塊，通過(guò)智能中央處理單元把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ娜哂啻鎯?chǔ)設(shè)備中進(jìn)行安全冗余備份，傳輸介質(zhì)為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或有線以太網(wǎng)絡(luò)；
[0011]所述的數(shù)據(jù)查詢及檢索模塊，通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)或有線以太網(wǎng)從遠(yuǎn)端進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和檢索，所有檢索操作必須首先取得權(quán)限。
[0012]采用上述技術(shù)方案的本實(shí)用新型，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
[0013]本實(shí)用新型能夠全天不間斷監(jiān)控工業(yè)爐運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)記錄工業(yè)爐運(yùn)行時(shí)的各種工藝參數(shù)、各種報(bào)警，及操作員的所有操作行為。隨時(shí)查詢其工作狀態(tài)和安全參數(shù)，并進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警、有效記錄。并為可能出現(xiàn)的工藝及設(shè)備的安全事故提供安全、可靠的事后分析數(shù)據(jù)；本實(shí)用新型適用各種熱處理設(shè)備，如推桿式連續(xù)爐、箱式多用爐、輥底式退火爐、井式爐、罩式爐、轉(zhuǎn)底爐、網(wǎng)帶爐、鑄鏈爐、真空爐等各種熱處理爐。
[0014]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:
[0015]所述的智能中央處理單元是一臺(tái)嵌入式、無(wú)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)及顯示器的微電腦處理機(jī)，配備有大容量工業(yè)固態(tài)硬盤(pán)，整機(jī)為適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡略環(huán)境的自散熱、無(wú)風(fēng)扇全密閉結(jié)構(gòu)的黑匣子。
[0016]所述視頻采集與管理模塊，配備大容量存儲(chǔ)介質(zhì)，配有多個(gè)分別進(jìn)行抓怕操作攝像頭，對(duì)多個(gè)場(chǎng)景分別記錄。
[0017]所述現(xiàn)場(chǎng)通訊接口模塊,通過(guò)Profibus、ProfiNet> Can總線、以太網(wǎng)和串行總線接口連接到所述的工業(yè)爐設(shè)備的所有儀器儀表和PLC系統(tǒng)。
[0018]所述的嵌入式HTTP/TCP服務(wù)器在授權(quán)許可情況下通過(guò)英特網(wǎng)或局域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖2是本實(shí)用新型應(yīng)用于推桿式連續(xù)爐時(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的黑匣子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:31 -PR0FIBUS-DP 接口，32- CAN 接口，33-RS485 接口 ;34、35_ 以太網(wǎng)接口，
[0023]36-密閉殼體兼散熱體，37-無(wú)線發(fā)射天線，38-電源接口。

【具體實(shí)施方式】
[0024]以下通過(guò)附圖及實(shí)施例詳述本實(shí)用新型，所舉之例僅用于更加清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而并非限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0025]參見(jiàn)附圖，本實(shí)施例給出的這種熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)，硬件采用嵌入式微電腦處理機(jī)，它是一臺(tái)板載2G RAM內(nèi)存、120G板載SSD盤(pán)或SSD固態(tài)硬盤(pán)、整機(jī)采用密閉殼體兼散熱體36的黑匣子，適合現(xiàn)場(chǎng)惡略的環(huán)境，工作溫度-10?70°C。無(wú)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)及顯示器，帶有:雙千兆以太網(wǎng)接口 34、35，RS485接口 33，PR0FIBUS-DP接口 31，CAN接口 32 ;具有無(wú)線發(fā)射天線37、電源接口 38，24VDC供電。
[0026]黑匣子內(nèi)裝高性能的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和專(zhuān)有的HTTP/TCP實(shí)時(shí)服務(wù)器，通過(guò)通信接口模塊和數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)來(lái)自PLC、儀器儀表和工業(yè)攝像機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和記錄保存。黑匣子和PLC的通訊速率在20?80毫秒之間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的狀態(tài)和操作人員的操作行為的實(shí)時(shí)記錄，所有數(shù)據(jù)加密保存，數(shù)據(jù)保存大于10年。
[0027]每個(gè)黑匣子配一套工業(yè)攝像機(jī)，自帶2T存儲(chǔ)介質(zhì)。工業(yè)攝像機(jī)對(duì)設(shè)備的整個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，它最多可以帶4個(gè)攝像頭，對(duì)四個(gè)場(chǎng)景分別記錄。24小時(shí)連續(xù)記錄，保存時(shí)間大于3個(gè)月，數(shù)據(jù)先進(jìn)先出，保存在攝像機(jī)本地硬盤(pán)。單個(gè)攝像頭還可以根據(jù)情況由黑匣子控制進(jìn)行抓拍，抓拍圖片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到黑匣子的數(shù)據(jù)庫(kù)，保存10年。錄像和圖片為分析設(shè)備故障原因提供了更直接的數(shù)據(jù)，可以起到和黑匣子數(shù)據(jù)互相印證的作用。
[0028]通過(guò)數(shù)據(jù)查詢與檢索模塊讀出黑匣子的數(shù)據(jù)，需要專(zhuān)用的客戶端軟件，通過(guò)授權(quán)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在辦公室內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和下載。在局域網(wǎng)內(nèi)，通過(guò)黑匣子數(shù)據(jù)冗余與備份模塊，可以指定局域網(wǎng)內(nèi)任一臺(tái)在線電腦作為黑匣子的數(shù)據(jù)冗余備份載體，黑匣子內(nèi)的服務(wù)器將實(shí)時(shí)備份數(shù)據(jù)到此臺(tái)電腦，使數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)一步提高。
[0029]具體實(shí)施步驟如下:
[0030]⑴黑匣子組裝測(cè)試:
[0031 ] 在-10°C?+70°C工作溫度下交替連續(xù)運(yùn)行48小時(shí)，其中-10°C工作溫度連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)，+70°C工作溫度連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)，期間內(nèi)裝服務(wù)器模擬正常數(shù)據(jù)采集記錄，并以Is鐘每次對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行寫(xiě)操作。整個(gè)期間黑匣子不能有死機(jī)、重啟等任何故障。
[0032]硬盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)必須達(dá)到100%正確。
[0033]⑵黑匣子通過(guò)Profibus-DP總線和PLC進(jìn)行通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)CAN和RS485網(wǎng)絡(luò)對(duì)儀表、流量、液位等進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)采集。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，和每個(gè)PLC分別進(jìn)行連接組態(tài)，對(duì)PLC的所有輸入和輸出I/O映像實(shí)時(shí)采集，由于數(shù)據(jù)量較小，循環(huán)采集周期在80ms以下。每500毫秒進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入操作。確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。所有數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)加密與解密模塊進(jìn)行壓縮加密記錄
[0034](3) PLC內(nèi)部留有和黑匣子的數(shù)據(jù)交換區(qū)。通過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊，寫(xiě)入PLC緩沖區(qū)，一些對(duì)人身和設(shè)備有嚴(yán)重危害的操作流程將由黑匣子進(jìn)行監(jiān)控，把使能標(biāo)記實(shí)時(shí)發(fā)送到PLC數(shù)據(jù)交換區(qū)，使能位激活時(shí)才允許操作。對(duì)操作者的錯(cuò)誤操作同時(shí)給出提示和報(bào)警。這些流程可以由管理員提前編制錄入黑匣子的數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0035]⑷黑匣子通過(guò)CANBus、RS485網(wǎng)絡(luò)對(duì)儀表和變頻器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并且寫(xiě)回到PLC內(nèi)部緩沖區(qū)，供PLC調(diào)用。
[0036](5)全景攝像頭-2記錄整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行錄像，并實(shí)時(shí)存入攝像機(jī)的硬盤(pán)內(nèi)。存儲(chǔ)時(shí)間大于4個(gè)月。上料區(qū)攝像頭-1對(duì)每一盤(pán)料進(jìn)行拍照操作，圖片隨料盤(pán)跟蹤進(jìn)入黑匣子的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)大于10年。
[0037](6)黑匣子還對(duì)所有工藝運(yùn)行參數(shù)和配方進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤記錄，每200ms采集一次數(shù)據(jù)并進(jìn)行壓縮加密記錄。
[0038](7)通過(guò)千兆以太網(wǎng)洛，通過(guò)數(shù)據(jù)冗余備份模塊實(shí)時(shí)備份數(shù)據(jù)到備份電腦-1上。
[0039](8)通過(guò)數(shù)據(jù)查詢與檢索模塊，由專(zhuān)用的客戶端軟件，管理員可以隨時(shí)查看黑匣子數(shù)據(jù)。既可以在黑匣子查看，也可以在冗余備份電腦查看。
[0040]本實(shí)用新型的工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)，隨工業(yè)爐設(shè)備開(kāi)機(jī)啟動(dòng)，工業(yè)爐黑匣子啟動(dòng)后，即可實(shí)時(shí)記錄采集設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)和工藝參數(shù)、操作人員的操作行為、及設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)場(chǎng)景。并且實(shí)時(shí)備份數(shù)據(jù)到冗余備份電腦。黑匣子系統(tǒng)則自動(dòng)存儲(chǔ)和記錄各項(xiàng)參數(shù)、操作記錄，包括圖像、聲音等。工業(yè)爐過(guò)程記錄黑匣子中的智能中央處理單元?jiǎng)t會(huì)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)做加密處理。數(shù)據(jù)按時(shí)間順序進(jìn)行組織存儲(chǔ)，遵循先進(jìn)先出的規(guī)則，該單元會(huì)自動(dòng)刪除最早記錄信息，無(wú)需人為刪除；另一方面，黑匣子采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)的方式實(shí)時(shí)上傳到冗余備份存儲(chǔ)器中并保存，以對(duì)數(shù)據(jù)做雙重保護(hù)。
[0041]綜上所述，工業(yè)爐過(guò)程記錄黑匣子在結(jié)構(gòu)上采用無(wú)風(fēng)扇全密閉封裝，無(wú)鍵盤(pán)及鼠標(biāo)，操作者無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和更改操作。它能夠?qū)υO(shè)備上正在運(yùn)行的工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作者的行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)并記錄保存，不僅為可能出現(xiàn)的工藝及設(shè)備的安全事故提供安全、可靠的事后分析數(shù)據(jù)，也對(duì)操作人員的錯(cuò)誤操作進(jìn)行提示和警告，配合PLC接口可以對(duì)涉及設(shè)備人身安全的錯(cuò)誤操作進(jìn)行禁止。
【權(quán)利要求】
1.一種用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)，包括智能中央處理單元、通訊接口模塊、視頻采集與管理模塊、數(shù)據(jù)冗余備份模塊、數(shù)據(jù)查詢及檢索模塊，其特征在于: 所述的智能中央處理單元內(nèi)置有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)加密與解密模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、報(bào)警模塊以及嵌入式HTTP/TCP服務(wù)器； 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)通訊接口模塊與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)爐設(shè)備的儀器儀表、PLC連接，采集儀器儀表的數(shù)據(jù)，并且寫(xiě)回到PLC內(nèi)部緩沖區(qū)，供PLC調(diào)用； 嵌入式HTTP/TCP服務(wù)器對(duì)來(lái)自其它模塊與單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)輸出模塊接收指令，對(duì)涉及設(shè)備人身安全的錯(cuò)誤操作進(jìn)行禁止； 報(bào)警模塊對(duì)操作員的錯(cuò)誤操作行為進(jìn)行聲光報(bào)警提示； 所述的視頻采集與管理模塊，通過(guò)工業(yè)攝像機(jī)對(duì)設(shè)備的整個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，對(duì)操作員的操作行為做實(shí)時(shí)記錄，并由其對(duì)圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行分類(lèi)與管理，傳輸?shù)街悄苤醒胩幚韱卧? 所述的數(shù)據(jù)冗余備份模塊，通過(guò)智能中央處理單元把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ娜哂啻鎯?chǔ)設(shè)備中進(jìn)行安全冗余備份，傳輸介質(zhì)為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或有線以太網(wǎng)絡(luò)； 所述的數(shù)據(jù)查詢及檢索模塊通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)或有線以太網(wǎng)從遠(yuǎn)端進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和檢索，所有檢索操作必須首先取得權(quán)限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)，其特征在于，所述的智能中央處理單元是一臺(tái)嵌入式、無(wú)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)及顯示器的微電腦處理機(jī)，配備有大容量工業(yè)固態(tài)硬盤(pán)，整機(jī)為適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡略環(huán)境的自散熱、無(wú)風(fēng)扇全密閉結(jié)構(gòu)的黑匣子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)，其特征在于，所述視頻采集與管理模塊，配備大容量存儲(chǔ)介質(zhì)，配有多個(gè)分別進(jìn)行抓怕操作攝像頭，對(duì)多個(gè)場(chǎng)景分別記錄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)，其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)通訊接口模塊通過(guò)Profibus、ProfiNet> Can總線、以太網(wǎng)和串行總線接口連接到所述的工業(yè)爐設(shè)備的所有儀器儀表和PLC系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱處理工業(yè)爐過(guò)程記錄及管理的黑匣子系統(tǒng)，其特征在于，所述的嵌入式HTTP/TCP服務(wù)器在授權(quán)許可情況下通過(guò)英特網(wǎng)或局域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。
【文檔編號(hào)】C21D1/00GK204080045SQ201420573117
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月7日
【發(fā)明者】戚順銀, 張金祥 申請(qǐng)人:唐山亞捷機(jī)械有限公司