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3.系统概述 之 系统体系架构
物联网感知层
n 物联网感知层将制造企业生产过程的参数采集节点通过部署传感器 构建“有线+无线”的数据采集平台，同时在视频图像采集节点部 署相应的摄像头，将工业过程监控与视频监控相结合，构成闭环的 工业过程监控物联网
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3.系统概述 之 系统体系架构
数据传输层
n 数据传输层通过建立高效、高可靠的数据传输系统，将传感器采集 到的现场数据实时传输到工业云计算中心的实时数据收集集群，并 存入云端数据库中，同时将数据经过现场工作站处理后存放到现场 数据库，在网络中断时将本地数据库缓存的历史数据传输到工业云 的非实时数据收集集群，从而避免网络中断带来的数据不完整的问 题
一重工ECC客户服务平台、徐工与阿里携手搭建的“徐工工业云” 、华为物联网云平台，
等等。
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2.研究现状 之 GE-Predix
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2.研究现状 之 Siemens-MindSphere
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2.研究现状 之 学术界现状
生产执行层
n 工业生产的复杂性和差异性，导致目前MES很难形成统一的解决方案和平台，其更多的是对具体制造过 程或者某一个行业的解决方案，以致基于工业云的MES面临同样问题，目前的研究主要还是面向特定领 域的基于工业云的MES系统。
基于物联网和工业云的工业过程监控系统及关键技术
徐泉 2016.11.06
目录
CONTENTS
01 研究背景
03 系统概述 05 工业应用
02 研究现状 04 关键技术 06 结论
PA研究RT O背N景E
1.研究背景 之 研究目的和意义
生产安全一直是工业生 产过程中极为重要的环节， 良好的监控系统可以有效地 进行生产监督，避免生产过 程中的安全问题。
客户端系统结构设计
n 根据选矿设备运行监控系统的服务需求，设计出清晰的移动客户端系统结构，包括注册登录 模块、设备查询模块、报警信息模块、设备监控模块、移动模块。
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5.工业应用 之 选矿厂设备监控系统实现
对某选矿厂提供设备监控服务并开发相应的移动APP：
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5.工业应用 之 选矿厂生产与决策指标监控APP系统
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2.研究现状 之 趋势
IMC-AESOP Project-the Future Perfect Plant
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PA系统RT TH概R述EE
3.系统概述 之 系统设计方案
设计方案
私有化部署
公有云接入
公有云接入
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3.系统概述 之 系统设计方案
设计方案
n 基于物联网和工业云的工业过程监控系统的设计方案如下：
过程控制层
n 相比制造执行系统的复杂，工业过程的监控系统，是目前应用云计算相对多的领域，利用云计算的优势， 各种基于云计算的能源、产品质量、设备、工业过程等监控系统应运而生。
n 目前这类监控系统主要利用工业析 和挖掘。
n 很多数据分析和机器学习算法仅限于科学研究，很难应用于工业现场。
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3.系统概述 之 系统体系架构
云平台层
n 云平台层主要是在云计算设施（计算/存储/网络）的基础之上，建 立数据收集集群和数据处理集群，进行数据分析处理后发布对应的 基于微服务架构的应用服务
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3.系统概述 之 系统体系架构
应用服务层
n 应用服务层主要将工业过程监控系统通过在工业云上进行部署实现 监控系统的服务化，面向制造企业的不同用户，通过提供实时状态 监测服务、运行统计分析服务、故障/异常工况报警服务、设备故 障率分布分析服务、在线故障诊断服务、实时视频监控服务、基于 图像与运行参数融合的智能诊断与监控服务，以及其他的应用服务 等等，降低企业使用该系统的门槛与成本
02
Siemens 正在利用SAP HANA云平台技术构建工业云平台MindSphere，其目的在于分析 工业领域的大数据集，提供工业数据记录、传输、存储、管理和分析（预测性维护、资
产分析等）等服务
03
其他物联网的工业云接入平台，例如ProfiCloud工业云平台（用户可以通过其来访问 PROFINET现场总线系统）、Arrayent工业云平台（其为智能设备提供PaaS服务）、三
通过物联网技术，实现了工 业过程运行实时数据的感知 和检测
故障诊断
利用多传感器融合技术，实 现了视频数据与设备过程参 数融合监控
利用移动互联技术，实现了 数据和视频的移动监控、移 动巡检及系统报警信息及时 可靠推送
41
THANKS
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5.工业应用 之 电熔镁炉监控APP系统
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5.工业应用 之 风力发电机组监控APP系统
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PART S结I论X
6.结论
针对目前传统工业过程监控存在的不足，利用物联网、云计算、大数据等新的信息技 术，构建了基于物联网和工业云的工业过程监控系统。
采用微服务架构，实现了工 业过程监控系统功能的服务 化，从而可以为不同工厂提 供定制化的监控云服务
目前流程工业生产已基 本实现自动化，传统的监控 系统都是针对于不同的工厂 需求进行定制开发，成本较 高。
随着物联网、云计算、 大数据等新的信息技术的出 现，为工业过程监控提供了 新的途径和技术可行性，使 得智能监控成为可能。
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1.研究背景 之 目前工业过程监控
目前对工业过程的监控与管理主要由两个系统能够完成，一个是生产制造执行系统(MES)， 另外一个是底层过程控制系统。
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4.关键技术 之 物联网数据采集技术
01 通过工厂自动化网络将传感 器与传感器、传感器与工作 站进行组网
02 采用WirelessHART无线通 信协议以及典型的OPC工业 标准
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4.关键技术 之 数据传输技术
01 将现场实时数据传输到工业云计 算中心实时数据收集集群
02 在网络中断时将工业现场本地数 据库缓存的历史数据传输到工业 云非实时数据收集集群，从而避 免网络中断带来的数据不完整的 问题
生产制造执行 系统
主要实现工业过程管理，包括：档案管理，运行监控与管理，维护检修管理等功 能，侧重基础信息的管理，对工业过程的运行监控主要实现的是对设备运行状态、机 械参数的监视和对设备运行状况数据的统计分析和处理。
过程控制系统中主要实现对工业过程运行监控，大多数使用组态软件实现工业过 程运行状态的监控，侧重于对设备机械故障的在线监测和关键参数变化趋势，发出警 报，对状况监测的实时数据进行综合分析处理（部分可以实现运行工况的诊断）。
底层过程控制 系统
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1.研究背景 之 研究思路
云计算、物联网、移动互联、大数据等ICT技术的发展，为工业过程监控提供了新的思路。
物联网技术 利用物联网技术，感 知和检测工业过程的 实时数据
参数融合技术 利用视频数据与过程 参数融合技术，为智 能图像监控提供基础
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思路
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云计算技术 利用云计算技术，存 储和处理采集得到的 运行数据，并利用微 服务技术实现工业过 程监控系统的服务化
构建“有线+ 无线”的数 据采集平台
在工业云上进 行部署实现系 统的服务化
参数融合、 报警推送、 在线诊断、 其他……
开发相应的 监控移动客
户端
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3.系统概述 之 系统体系架构
工业过程层
n 工业过程层是该系统的物理最底层，通过在生产设备上标定相应的 指标参数采集节点和视频图像采集节点，实现制造过程多元数据的 可靠获取
03 安装支持分布式系统数据同步服 务
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4.关键技术 之 在线故障诊断技术
故障诊断
n 对工业过程进行必要的诊断和预测，判断其是否正常运行或是否发生异常自动化现象，发生故障或者异 常时可以快速定位产生故障/异常的原因和部位，以及通过预测可以提前对设备进行维护维修，而不是 机械的按照维护计划进行。
01 目前系统提供PCA、KPCA、SVM等建模方法。
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4.关键技术 之 系统报警推送技术
报警方式
n 系统支持广播、多播、订阅等报警方式，可以根据实际需要进行灵活配置。
01
广播报警方式
例如：严重事故需要将报警信息推送到所有人员
多播报警方式
02
例如：报警信息推送到班组成员
03
订阅报警方式
操作人员可以仅仅订阅自己关心的报警信息
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PA工业RT FI应V用E
5.工业应用 之 系统实现
云平台
n 利用物联网数据采集技术、数据传输技术和微服务架构对工业过程监控系统进行设计和开发，形成基于 物联网和工业云的工业过程监控监控系统。
n 部分系统部署于东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室的工业云计算中心上，并进行平台的运维 和应用服务的实时监控等。
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5.工业应用 之 选矿厂设备监控系统实现
02 系统会利用收集到的各类运行数据和上述的建 模方法依次进行建模和仿真评估，以选出每个 设备最合适的模型用来对各个设备的运行状态 进行在线诊断。
03 系统会通过持续采集运行数据，对诊断和预测 精度进行在线评估，然后根据评估结果以确定
是否需要更新故障诊断模型，以确保设备诊断
的准确性。
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4.关键技术 之 在线故障诊断技术
移动互联技术 利用移动互联技术， 实现数据和视频的移 动监控以及移动巡检
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1.研究背景 之 目标
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PA研究RT TW现状O
2.研究现状 之 工业界现状
01 GE构建了全球第一个工业大数据分析的工业云PaaS（平台即服务）软件平台Predix，
该平台服务可以将各种工业资产设备和供应商相互连接并接入云端，同时提供资产性能 管理（APM）和运营优化服务。
对某选矿厂提供设备监控服务并开发相应的移动APP：
选矿厂服务需求