用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統。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、數據冗余備份模塊、數據查詢及檢索模塊，智能中央處理單元內置有實時數據采集模塊、數據加密與解密模塊、數據輸出模塊、報警模塊以及嵌入式HTTP/TCP服務器，通訊接口模塊與現場工業爐設備的儀器儀表、PLC連接，采集儀器儀表的數據，并且寫回到PLC內部緩沖區，供PLC調用；嵌入式HTTP/TCP服務器對來自其它模塊與單元的數據進行實時處理。本實用新型不間斷監控工業爐運行狀態，實時記錄各種工藝參數、報警、違章和誤操作行為，隨時查詢工作狀態和安全參數，為可能出現的事故提供事后分析數據。
【專利說明】用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及熱處理設備監控系統，具體是一種對工業爐過程數據進行實時采集、記錄和查詢分析的黑匣子系統。

【背景技術】
[0002]現代工業爐控制的基本模式為:PLC (可編程序控制器)+人機接口(觸摸屏)，僅能提供簡單的工藝輸入和簡單的報警提示功能，并不能對設備的的運行和操作做實時和長時間的記錄，更無法對操作人員的行為進行實時記錄，一旦發生工藝故障、設備故障和操作錯誤引起的故障，將無法追溯到發生故障時的工藝設備狀態，無法為已經出現的工藝及設備的安全事故提供安全、可靠的事后分析數據，也無法找出相應的預防和規避措施。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種可以對工業爐運行的各種參數進行實時監控與記錄的黑匣子系統。它能夠對設備上正在運行的工藝數據、設備運行狀態、操作者的行為進行動態地實時的監測并記錄保存，不僅為可能出現的工藝及設備的安全事故提供安全、可靠的事后分析數據，也對操作人員的錯誤操作進行提示和警告，配合PLC接口可以對涉及設備人身安全的錯誤操作進行禁止。黑匣子的數據通過加密方式保存在固態存儲器中，任何人無法更改和查詢，僅授權人員可以通過配套軟件進行查看和分析。
[0004]為實現上述實用新型目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0005]一種用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統，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、數據冗余備份模塊、數據查詢及檢索模塊；
[0006]所述的智能中央處理單元內置有實時數據采集模塊、數據加密與解密模塊、數據輸出模塊、報警模塊以及嵌入式HTTP/TCP服務器；
[0007]實時數據采集模塊通過通訊接口模塊與現場工業爐設備的儀器儀表、PLC連接，采集儀器儀表的數據，并且寫回到PLC內部緩沖區，供PLC調用；
[0008]嵌入式HTTP/TCP服務器對來自其它模塊與單元的數據進行實時處理，并對數據進行加密存儲；數據輸出模塊接收指令，對涉及設備人身安全的錯誤操作進行禁止；
[0009]報警模塊對操作員的錯誤操作行為進行聲光報警提示；所述的視頻采集與管理模塊，通過工業攝像機對設備的整個運行場景進行實時記錄，對操作員的操作行為做實時記錄，并由其對圖像數據自動進行分類與管理，傳輸到智能中央處理單元；
[0010]所述的數據冗余備份模塊，通過智能中央處理單元把數據傳輸到指定的冗余存儲設備中進行安全冗余備份，傳輸介質為無線網絡或有線以太網絡；
[0011]所述的數據查詢及檢索模塊，通過無線以太網或有線以太網從遠端進行數據查詢和檢索，所有檢索操作必須首先取得權限。
[0012]采用上述技術方案的本實用新型，與現有技術相比，其有益效果是:
[0013]本實用新型能夠全天不間斷監控工業爐運行狀態，實時記錄工業爐運行時的各種工藝參數、各種報警，及操作員的所有操作行為。隨時查詢其工作狀態和安全參數，并進行預警、報警、有效記錄。并為可能出現的工藝及設備的安全事故提供安全、可靠的事后分析數據；本實用新型適用各種熱處理設備，如推桿式連續爐、箱式多用爐、輥底式退火爐、井式爐、罩式爐、轉底爐、網帶爐、鑄鏈爐、真空爐等各種熱處理爐。
[0014]作為優選，本實用新型更進一步的技術方案是:
[0015]所述的智能中央處理單元是一臺嵌入式、無鼠標、鍵盤及顯示器的微電腦處理機，配備有大容量工業固態硬盤，整機為適合工業現場惡略環境的自散熱、無風扇全密閉結構的黑匣子。
[0016]所述視頻采集與管理模塊，配備大容量存儲介質，配有多個分別進行抓怕操作攝像頭，對多個場景分別記錄。
[0017]所述現場通訊接口模塊,通過Profibus、ProfiNet> Can總線、以太網和串行總線接口連接到所述的工業爐設備的所有儀器儀表和PLC系統。
[0018]所述的嵌入式HTTP/TCP服務器在授權許可情況下通過英特網或局域網進行遠程訪問。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型實施例的系統結構框圖。
[0020]圖2是本實用新型應用于推桿式連續爐時的系統結構示意圖。
[0021]圖3是本實用新型實施例的黑匣子結構示意圖；
[0022]圖中:31 -PR0FIBUS-DP 接口，32- CAN 接口，33-RS485 接口 ;34、35_ 以太網接口，
[0023]36-密閉殼體兼散熱體，37-無線發射天線，38-電源接口。

【具體實施方式】
[0024]以下通過附圖及實施例詳述本實用新型，所舉之例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而并非限制本實用新型的保護范圍。
[0025]參見附圖，本實施例給出的這種熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統，硬件采用嵌入式微電腦處理機，它是一臺板載2G RAM內存、120G板載SSD盤或SSD固態硬盤、整機采用密閉殼體兼散熱體36的黑匣子，適合現場惡略的環境，工作溫度-10?70°C。無鼠標、鍵盤及顯示器，帶有:雙千兆以太網接口 34、35，RS485接口 33，PR0FIBUS-DP接口 31，CAN接口 32 ;具有無線發射天線37、電源接口 38，24VDC供電。
[0026]黑匣子內裝高性能的嵌入式數據庫軟件和專有的HTTP/TCP實時服務器，通過通信接口模塊和數據采集模塊對來自PLC、儀器儀表和工業攝像機的數據進行實時采集和記錄保存。黑匣子和PLC的通訊速率在20?80毫秒之間，實現了對設備的狀態和操作人員的操作行為的實時記錄，所有數據加密保存，數據保存大于10年。
[0027]每個黑匣子配一套工業攝像機，自帶2T存儲介質。工業攝像機對設備的整個運行場景進行實時記錄，它最多可以帶4個攝像頭，對四個場景分別記錄。24小時連續記錄，保存時間大于3個月，數據先進先出，保存在攝像機本地硬盤。單個攝像頭還可以根據情況由黑匣子控制進行抓拍，抓拍圖片數據存儲到黑匣子的數據庫，保存10年。錄像和圖片為分析設備故障原因提供了更直接的數據，可以起到和黑匣子數據互相印證的作用。
[0028]通過數據查詢與檢索模塊讀出黑匣子的數據，需要專用的客戶端軟件，通過授權，可以通過網絡在辦公室內進行數據查看和下載。在局域網內，通過黑匣子數據冗余與備份模塊，可以指定局域網內任一臺在線電腦作為黑匣子的數據冗余備份載體，黑匣子內的服務器將實時備份數據到此臺電腦，使數據的可靠性進一步提高。
[0029]具體實施步驟如下:
[0030]⑴黑匣子組裝測試:
[0031 ] 在-10°C?+70°C工作溫度下交替連續運行48小時，其中-10°C工作溫度連續運行24小時，+70°C工作溫度連續運行24小時，期間內裝服務器模擬正常數據采集記錄，并以Is鐘每次對硬盤進行寫操作。整個期間黑匣子不能有死機、重啟等任何故障。
[0032]硬盤存儲數據必須達到100%正確。
[0033]⑵黑匣子通過Profibus-DP總線和PLC進行通訊，進行數據采集。通過CAN和RS485網絡對儀表、流量、液位等進行工藝數據采集。為了實現數據的實時采集，和每個PLC分別進行連接組態，對PLC的所有輸入和輸出I/O映像實時采集，由于數據量較小，循環采集周期在80ms以下。每500毫秒進行數據庫寫入操作。確保數據的實時存儲。所有數據由數據加密與解密模塊進行壓縮加密記錄
[0034](3) PLC內部留有和黑匣子的數據交換區。通過數據輸出模塊，寫入PLC緩沖區，一些對人身和設備有嚴重危害的操作流程將由黑匣子進行監控，把使能標記實時發送到PLC數據交換區，使能位激活時才允許操作。對操作者的錯誤操作同時給出提示和報警。這些流程可以由管理員提前編制錄入黑匣子的數據庫。
[0035]⑷黑匣子通過CANBus、RS485網絡對儀表和變頻器數據進行實時采集，并且寫回到PLC內部緩沖區，供PLC調用。
[0036](5)全景攝像頭-2記錄整個設備的運行錄像，并實時存入攝像機的硬盤內。存儲時間大于4個月。上料區攝像頭-1對每一盤料進行拍照操作，圖片隨料盤跟蹤進入黑匣子的數據庫內。存儲數據大于10年。
[0037](6)黑匣子還對所有工藝運行參數和配方進行實時跟蹤記錄，每200ms采集一次數據并進行壓縮加密記錄。
[0038](7)通過千兆以太網洛，通過數據冗余備份模塊實時備份數據到備份電腦-1上。
[0039](8)通過數據查詢與檢索模塊，由專用的客戶端軟件，管理員可以隨時查看黑匣子數據。既可以在黑匣子查看，也可以在冗余備份電腦查看。
[0040]本實用新型的工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統，隨工業爐設備開機啟動，工業爐黑匣子啟動后，即可實時記錄采集設備運行的狀態和工藝參數、操作人員的操作行為、及設備運行的實時場景。并且實時備份數據到冗余備份電腦。黑匣子系統則自動存儲和記錄各項參數、操作記錄，包括圖像、聲音等。工業爐過程記錄黑匣子中的智能中央處理單元則會對存儲數據做加密處理。數據按時間順序進行組織存儲，遵循先進先出的規則，該單元會自動刪除最早記錄信息，無需人為刪除；另一方面，黑匣子采集到的數據通過無線或有線網絡的方式實時上傳到冗余備份存儲器中并保存，以對數據做雙重保護。
[0041]綜上所述，工業爐過程記錄黑匣子在結構上采用無風扇全密閉封裝，無鍵盤及鼠標，操作者無法對數據進行讀取和更改操作。它能夠對設備上正在運行的工藝數據、設備運行狀態、操作者的行為進行動態地實時的監測并記錄保存，不僅為可能出現的工藝及設備的安全事故提供安全、可靠的事后分析數據，也對操作人員的錯誤操作進行提示和警告，配合PLC接口可以對涉及設備人身安全的錯誤操作進行禁止。
【權利要求】
1.一種用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統，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、數據冗余備份模塊、數據查詢及檢索模塊，其特征在于: 所述的智能中央處理單元內置有實時數據采集模塊、數據加密與解密模塊、數據輸出模塊、報警模塊以及嵌入式HTTP/TCP服務器； 實時數據采集模塊通過通訊接口模塊與現場工業爐設備的儀器儀表、PLC連接，采集儀器儀表的數據，并且寫回到PLC內部緩沖區，供PLC調用； 嵌入式HTTP/TCP服務器對來自其它模塊與單元的數據進行實時處理，并對數據進行加密存儲；數據輸出模塊接收指令，對涉及設備人身安全的錯誤操作進行禁止； 報警模塊對操作員的錯誤操作行為進行聲光報警提示； 所述的視頻采集與管理模塊，通過工業攝像機對設備的整個運行場景進行實時記錄，對操作員的操作行為做實時記錄，并由其對圖像數據自動進行分類與管理，傳輸到智能中央處理單元； 所述的數據冗余備份模塊，通過智能中央處理單元把數據傳輸到指定的冗余存儲設備中進行安全冗余備份，傳輸介質為無線網絡或有線以太網絡； 所述的數據查詢及檢索模塊通過無線以太網或有線以太網從遠端進行數據查詢和檢索，所有檢索操作必須首先取得權限。
2.根據權利要求1所述的用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統，其特征在于，所述的智能中央處理單元是一臺嵌入式、無鼠標、鍵盤及顯示器的微電腦處理機，配備有大容量工業固態硬盤，整機為適合工業現場惡略環境的自散熱、無風扇全密閉結構的黑匣子。
3.根據權利要求1所述的用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統，其特征在于，所述視頻采集與管理模塊，配備大容量存儲介質，配有多個分別進行抓怕操作攝像頭，對多個場景分別記錄。
4.根據權利要求1所述的用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統，其特征在于，所述現場通訊接口模塊通過Profibus、ProfiNet> Can總線、以太網和串行總線接口連接到所述的工業爐設備的所有儀器儀表和PLC系統。
5.根據權利要求1所述的用于熱處理工業爐過程記錄及管理的黑匣子系統，其特征在于，所述的嵌入式HTTP/TCP服務器在授權許可情況下通過英特網或局域網進行遠程訪問。
【文檔編號】C21D1/00GK204080045SQ201420573117
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月7日 優先權日:2014年10月7日
【發明者】戚順銀, 張金祥 申請人:唐山亞捷機械有限公司