CN118316915A - 一种基于b/s的低延时自动化控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于B/S的低延时自动化控制装置，该技术方法所属工业互联网上与自动化控制相关的技术领域，矿山自动化控制系统在现代矿山生产中具有重要地位，能够大幅提高生产效率和安全性，传统的C/S架构已不能满足工业互联网快速发展的需求，因此基于B/S架构、SpringBoot框架、WebSocket技术和时序数据库的低延迟矿山自动化控制系统备受关注，该系统实现了对矿山生产的实时监控、数据分析和设备控制，满足了用户对远程灵活控制和随时监测的需求，低延迟是其关键指标，通过优化数据传输和处理，提高了系统响应速度，有助于避免生产效率下降和安全事故发生，这一系统的设计和实施将有助于提高矿山生产效率，推动智能化管理的实现。

Description

一种基于B/S的低延时自动化控制装置

技术领域

本发明涉及工业互联网上与自动化控制相关的技术领域，具体来说是一种基于B/S的低延时自动化控制装置。

背景技术

矿山自动化控制系统是现代矿山生产中必不可少的一环，它可以大幅提高矿山生产的效率和安全性。在过去，矿山生产主要依靠人工操作，但是随着科技的发展和人工智能技术的应用，矿山自动化控制系统的重要性越来越凸显。目前矿山的自动化控制系统，绝大部分采用C/S架构，安装在特定的工控机上面，只能在特定的工控机上面对自动化设备实现远程控制和观测自动化的设备的状态，无法满足在当前工业互联网的快速发展下，用户对于自动化设备远程灵活控制、随时监测的需求。在矿山自动化控制系统中，低延迟是一项非常重要的指标。由于矿山生产中往往涉及到大量的数据和设备，如果系统的延迟过高，将会导致生产效率下降甚至安全事故发生。因此，设计一个低延迟的矿山自动化控制系统是至关重要的。

为了解决这些问题，本专利提出了一种基于B/S的低延时自动化控制装置，通过对实时流数据采集处理，快速构建、优化、部署算法模型，提高了算法模型推理的效率和可靠性：

1、缺少对矿山设备的实时监控能力，无法保障矿山生产的安全性和稳定性：缺乏实时性：当前的自动化控制系统往往无法实现对矿山设备的实时监控。这意味着当设备出现故障或异常情况时，系统可能无法及时作出响应，从而增加了矿山生产的风险。安全性不足：由于缺乏对设备的实时监控，现有系统难以确保矿山生产的安全性。例如，如果设备出现故障或违规操作，系统可能无法及时发现并采取措施，从而可能导致事故的发生。稳定性问题：没有实时监控的能力，系统无法准确评估设备的运行状态和性能。这可能导致设备在关键时刻出现故障，影响矿山生产的稳定性和连续性。

2、系统的延迟性较高：响应速度减慢：系统延迟意味着在接收到指令或检测到异常情况后，系统需要更长的时间来作出响应。这可能导致设备无法及时调整其运行状态，从而影响了生产效率和产品质量。降低生产效率：由于系统延迟，生产过程可能无法保持连续和稳定。这可能导致生产线的停顿和重新启动，从而增加了生产成本和时间。增加风险：在某些情况下，系统延迟可能导致设备在危险情况下无法及时作出反应。例如，在矿山生产中，如果安全监控系统存在延迟，可能无法及时发现和处理潜在的安全隐患，从而增加事故发生的风险。

3、无法为决策者提供相关技术支持，延缓矿山生产智能化：决策效率低下：在矿山生产中，决策者需要及时获取生产现场的各种数据和信息，以便做出科学合理的决策。然而，如果自动化控制方法无法提供有效的技术支持，决策者可能无法及时获取到这些信息，导致决策效率低下，甚至做出错误的决策。生产优化困难：矿山生产涉及到多个环节和复杂的工艺流程，需要对各个环节进行精细化的管理和优化。如果自动化控制方法无法为决策者提供相关的技术支持，那么决策者可能无法准确了解各个生产环节的运行状态，难以进行有效的生产优化。安全隐患增加：矿山生产是一个高风险的行业，需要高度的安全保障。如果自动化控制方法无法为决策者提供相关的技术支持，那么决策者可能无法及时发现和处理生产现场的安全隐患，增加了事故发生的风险。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于B/S的低延时自动化控制装置，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于B/S的低延时自动化控制装置，所述该矿山生产监控系统的Client端负责用户界面展示和交互，WebSocket技术将实时监控数据传输至用户界面，包括设备状态、生产数据和环境数据，使用户能够及时发现异常情况并采取相应措施，而Server端则承担业务逻辑处理和设备控制的任务，支持远程控制矿山设备的启动、停止和调节操作，并能根据用户输入的指令实现对设备的远程控制，系统还提供了强大的数据分析功能，利用时序数据库存储历史数据，并结合PID控制算法、遗传算法、神经网络算法、模糊逻辑算法和智能优化算法等多种算法，对矿山生产数据进行分析和统计，为用户提供数据分析报告和趋势分析，帮助用户优化生产过程、提高生产效率，系统具备完善的报警功能，能够实时监测矿山生产过程中的异常情况并发送警报，用户可以设定报警规则以自动检测异常情况，同时，系统也支持报警信息的存储和查看功能，用户可以查看历史报警记录并进行异常情况分析在安全性方面，系统包含用户管理模块，包括用户注册、登录和权限管理功能，以确保系统的安全性，此外，系统还具有日志管理模块，记录用户对设备的操作日志，方便问题溯源、排查和解决，并支持操作总结和复盘，通过这些功能的综合运用，该矿山生产监控系统能够实现智能化的生产管理，提高生产效率和降低成本。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、该项发明旨在提高矿山设备的实时监控能力，保障矿山生产的安全性和稳定性：实时数据监测：通过增强自动化控制方法的实时监控能力，系统可以持续、实时地收集和分析矿山设备的运行数据。这包括设备的工作状态、性能参数、故障预警等关键信息，从而确保决策者和管理人员能够随时掌握设备的最新状态。预防性维护：实时监控能力使得系统能够在设备出现故障或性能下降之前发出预警。这样，矿山企业可以及时进行预防性维护，避免设备在生产过程中突然停机，大大提高了矿山生产的稳定性和连续性。优化生产效率：通过实时分析设备的运行数据，企业可以发现生产过程中的瓶颈和问题，从而进行优化调整。这不仅可以提高设备的运行效率，还能降低能耗和生产成本，实现生产效益的最大化。提升安全性：实时监控能力使得系统能够及时发现和处理潜在的安全隐患。一旦发生异常情况，系统可以迅速作出反应，自动切断危险源或启动应急措施，从而最大程度地保障矿山生产的安全性。减少人力成本：通过自动化控制方法的实时监控，企业可以减少对人工巡检和手动操作的依赖，从而降低人力成本。同时，自动化系统还可以实现24小时不间断的监控，确保矿山生产的连续性和稳定性。

2、该项发明旨在降低系统的延迟和能耗，提高了系统的性能和效率：快速响应：降低系统延迟意味着系统能够更快地响应指令或异常情况。这对于需要实时控制的矿山设备来说至关重要，可以确保设备及时调整运行状态，避免生产中断或事故发生。高效运行：降低能耗不仅有助于减少生产成本，还有助于减少对环境的影响。通过优化控制策略和设备配置，自动化控制方法可以实现能源的高效利用，提高设备的运行效率。提高稳定性：减少系统延迟和能耗可以降低设备故障的风险，从而提高系统的稳定性。稳定的系统可以减少维护成本和停机时间，进一步提高生产效率。提升用户体验：对于操作人员来说，一个低延迟、高效的系统意味着更流畅的操作体验和更高的工作效率。此外，减少能耗也有助于降低操作成本和维护成本，提升用户的整体满意度。促进技术创新：随着自动化控制方法的不断发展，低延迟和低能耗将成为技术创新的重要方向。这将推动矿山设备行业的技术进步，为未来的智能化和绿色化发展奠定基础。

3、该项发明旨在为矿山管理者提供更好的生产决策支持，实现矿山生产的智能化管理：提高决策质量和效率：通过实时收集和分析生产数据，自动化控制方法能够为矿山管理者提供准确、全面的信息，帮助他们做出更加科学、合理的生产决策。这不仅可以提高决策质量，还可以缩短决策周期，提高决策效率。优化资源配置：通过自动化控制方法，矿山管理者可以实时了解生产现场的设备状态、生产进度等信息，从而更加合理地配置资源。这有助于减少资源浪费，提高资源利用效率，实现生产效益的最大化。降低生产成本：自动化控制方法可以通过优化生产流程、提高设备利用率等方式，降低生产成本。同时，通过预测性维护和智能化管理，还可以减少设备故障和停机时间，进一步降低维护成本和生产成本。增强生产安全性：自动化控制方法可以实时监测生产现场的安全状况，及时发现和处理潜在的安全隐患。这有助于降低事故发生的概率，保障生产的安全性。提升矿山管理水平：通过实现矿山生产的智能化管理，自动化控制方法可以帮助矿山管理者提高管理水平，实现更加精细、高效的管理。这有助于提升矿山的整体竞争力和市场地位。

附图说明

图1为本发明的系统组成部分的结构图；

图2为本发明的系统功能设计的结构图；

图3为本发明的数据采集结构图；

图4为本发明的系统实现流程结构图；

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“内”“外”“前端”“后端”“两端”“一端”“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“设置有”“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：

一种基于B/S的低延时自动化控制装置，包括所述该矿山生产监控系统的Client端负责用户界面展示和交互，WebSocket技术将实时监控数据传输至用户界面，包括设备状态、生产数据和环境数据，使用户能够及时发现异常情况并采取相应措施，而Server端则承担业务逻辑处理和设备控制的任务，支持远程控制矿山设备的启动、停止和调节操作，并能根据用户输入的指令实现对设备的远程控制，系统还提供了强大的数据分析功能，利用时序数据库存储历史数据，并结合PID控制算法、遗传算法、神经网络算法、模糊逻辑算法和智能优化算法等多种算法，对矿山生产数据进行分析和统计，为用户提供数据分析报告和趋势分析，帮助用户优化生产过程、提高生产效率，系统具备完善的报警功能，能够实时监测矿山生产过程中的异常情况并发送警报，用户可以设定报警规则以自动检测异常情况，同时，系统也支持报警信息的存储和查看功能，用户可以查看历史报警记录并进行异常情况分析在安全性方面，系统包含用户管理模块，包括用户注册、登录和权限管理功能，以确保系统的安全性，此外，系统还具有日志管理模块，记录用户对设备的操作日志，方便问题溯源、排查和解决，并支持操作总结和复盘，通过这些功能的综合运用，该矿山生产监控系统能够实现智能化的生产管理，提高生产效率和降低成本，所述该系统的通信协议采用了WebSocket，为了降低数据传输的延迟，客户端在订阅WebSocket服务后，服务端能够主动向客户端推送实时数据，从而实现及时的数据更新和展示，其次，为了减少资源的占用，系统设计使得所有的前后端交互数据都通过一条WebSocket通道发送，这样客户端只需要进行一次订阅操作就能够接收到所有相关数据，此外，服务端会自定义数据结构，并通过不同的消息头来区分各类数据，指导客户端进行相应的解析，从而确保数据的准确性和完整性，这些特点使得系统能够以高效、实时的方式进行数据传输和交互，为用户提供更流畅、即时的监控体验，所述在矿山生产过程中，利用遗传算法寻找最佳工艺参数组合的过程是一种高效且强大的优化方法。该算法模拟了自然界的进化过程，通过不断迭代的方式逐步优化参数组合，以找到最优解。具体而言，首先需要初始化一个种群，随机生成一组初始的参数组合作为种群的个体。接着，通过设定的适应度函数对每个个体进行评估，以确定其在搜索空间内的优劣程度。然后，根据适应度函数的评估结果，选择出较优秀的个体作为下一代种群的父代。在接下来的交叉和变异操作中，通过基因的交换和突变，生成新的个体，引入新的遗传信息。重复进行这一选择、交叉和变异的过程，直至满足终止条件。通过遗传算法的迭代优化过程，可以在复杂的参数空间中寻找到最佳的工艺参数组合，从而实现矿山生产过程的优化调控。这种方法适用于工艺参数相互影响复杂、搜索空间庞大的情况下，能够有效提高生产效率和质量，为矿山生产管理提供科学的决策支持。遗传算法的应用不仅可以加速参数优化的过程，还可以帮助发现隐含在数据背后的规律和关联，为生产过程的智能化和自动化提供有力的技术支持，所述在矿山设备的运行状态监测和故障预警方面，神经网络算法被广泛应用，通过监测设备传感器数据并建立神经网络模型，实现了对设备运行状态的实时监测和预测，这种方法可以帮助提前发现潜在故障并采取相应的维护措施，有效减少停机时间和维修成本，矿山生产中复杂多变的环境条件和生产参数需要使用模糊逻辑算法来实现智能化的自动控制，模糊逻辑算法能够处理模糊数据和不确定性，通过定义模糊规则和隶属函数，将模糊的输入映射到模糊的输出，从而有效应对矿山生产中的复杂情况，提高系统的自动控制水平，在优化矿山生产过程中的排产、调度和资源分配等问题时，智能优化算法发挥着重要作用，遗传算法、模拟退火算法和蚁群算法等智能优化算法能够针对复杂的生产环境，通过优化参数组合或者搜索最优解来提高生产效率、降低成本，这些算法在优化排产计划、调度任务和资源分配等方面具有很好的效果，帮助矿山实现更高效的生产运营和资源利用，因此，智能优化算法在矿山生产管理中扮演着重要角色，为提升生产效率和降低成本提供了有效的技术支持，所述将服务部署在服务器上，并支持分布式部署，可以提升系统的稳定性和安全性，同时也能够根据需要随时进行扩容或缩容，确保系统资源的有效利用，此外，通过增加权限管理，对每个设备的各种权限进行精细管理，并通过角色授权给用户，实现用户只能访问具有权限的设备信息，从而提高了系统的安全性和稳定性，这样的权限控制机制不仅可以有效保护设备信息不被未授权用户访问，还能够降低系统被恶意攻击的风险，为整个系统运行提供了更可靠的保障，所述为了加强系统的安全性和可追溯性，我们增加了日志管理功能，确保用户控制设备的所有操作都能被详细记录，这样，在日后的运维和问题排查中，我们可以根据这些日志追踪操作流程，复原操作步骤，从而快速确认问题并采取相应的解决措施，同时，为了方便用户的使用，我们允许用户在同一网络下的任何计算机上登录系统，实现监测和控制设备的便捷操作，此外，系统还具备对矿山生产过程中的异常情况进行实时监测的功能，一旦检测到异常情况，将及时发出警报，用户可以根据自己的需求设置报警规则，系统会根据这些规则自动检测并发送警报，帮助用户及时应对和处理异常情况。

需要说明的是，一种基于B/S的低延时自动化控制装置，本专利涉及工业互联网上与自动化控制相关的技术领域，该方法主要通过以下步骤实现：步骤S101：SpringBoot框架：SpringBoot是一个轻量级的、开发迅速的Java开发框架，可以帮助开发者快速构建高效的应用程序。在本系统中，我们将使用SpringBoot框架来实现Server端的业务逻辑处理和数据访问操作，提高系统的开发效率和性能；步骤S102：WebSocket技术：WebSocket是一种基于TCP协议的全双工通信协议，可以实现浏览器与服务器之间的实时数据传输。在本系统中，我们将使用WebSocket技术来实现实时数据传输，将矿山生产的实时数据传输到Client端，并实时展示在用户界面上；步骤S103时序数据库：时序数据库是一种专门用于存储时间序列数据的数据库，具有高效的时间序列数据查询和分析功能。在本系统中，我们将使用时序数据库来存储矿山生产过程中的历史数据，实现数据的存储和查询功能，为用户提供数据分析和趋势分析服务；步骤S104：数据采集(如图3)：系统将通过各种传感器和监控设备实时采集矿山生产过程中的各种数据，包括设备状态、生产数据、环境数据等。采集的数据将通过WebSocket服务器传输到Server端进行处理；步骤S105：数据处理：Server端将接收到的实时数据进行处理和分析，实现对数据的加工和计算。同时，Server端将实现对历史数据的查询和分析功能，结合时序数据库对数据进行存储和查询；步骤S106：数据展示：通过WebSocket服务器将处理后的数据传输到Client端，并在用户界面上展示。用户可以通过界面上的图表、表格等形式查看实时数据，进行数据分析和设备控制操作；步骤S107：设备控制：用户可以通过界面上的按钮或者命令输入实现对设备的远程控制，系统将通过WebSocket服务器将控制指令传输到Server端，实现对设备的远程控制；S107：报警处理：系统将对矿山生产过程中的异常情况进行实时监测，并及时发出警报。用户可以设置报警规则，系统将根据规则自动检测异常情况并发送警报。用户可以通过界面查看报警信息，及时处理异常情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于B/S的低延时自动化控制装置，其特征在于：所述该矿山生产监控系统的Client端负责用户界面展示和交互，WebSocket技术将实时监控数据传输至用户界面，包括设备状态、生产数据和环境数据，使用户能够及时发现异常情况并采取相应措施，而Server端则承担业务逻辑处理和设备控制的任务，支持远程控制矿山设备的启动、停止和调节操作，并能根据用户输入的指令实现对设备的远程控制，系统还提供了强大的数据分析功能，利用时序数据库存储历史数据，并结合PID控制算法、遗传算法、神经网络算法、模糊逻辑算法和智能优化算法等多种算法，对矿山生产数据进行分析和统计，为用户提供数据分析报告和趋势分析，帮助用户优化生产过程、提高生产效率，系统具备完善的报警功能，能够实时监测矿山生产过程中的异常情况并发送警报，用户可以设定报警规则以自动检测异常情况，同时，系统也支持报警信息的存储和查看功能，用户可以查看历史报警记录并进行异常情况分析在安全性方面，系统包含用户管理模块，包括用户注册、登录和权限管理功能，以确保系统的安全性，此外，系统还具有日志管理模块，记录用户对设备的操作日志，方便问题溯源、排查和解决，并支持操作总结和复盘，通过这些功能的综合运用，该矿山生产监控系统能够实现智能化的生产管理，提高生产效率和降低成本。

2.根据权利要求书1所述的一种基于B/S的低延时自动化控制装置，其特征在于：所述该系统的通信协议采用了WebSocket，为了降低数据传输的延迟，客户端在订阅WebSocket服务后，服务端能够主动向客户端推送实时数据，从而实现及时的数据更新和展示，其次，为了减少资源的占用，系统设计使得所有的前后端交互数据都通过一条WebSocket通道发送，这样客户端只需要进行一次订阅操作就能够接收到所有相关数据，此外，服务端会自定义数据结构，并通过不同的消息头来区分各类数据，指导客户端进行相应的解析，从而确保数据的准确性和完整性，这些特点使得系统能够以高效、实时的方式进行数据传输和交互，为用户提供更流畅、即时的监控体验。

3.根据权利要求书1所述的一种基于B/S的低延时自动化控制装置，其特征在于：所述在矿山生产过程中，利用遗传算法寻找最佳工艺参数组合的过程是一种高效且强大的优化方法，该算法模拟了自然界的进化过程，通过不断迭代的方式逐步优化参数组合，以找到最优解，具体而言，首先需要初始化一个种群，随机生成一组初始的参数组合作为种群的个体，接着，通过设定的适应度函数对每个个体进行评估，以确定其在搜索空间内的优劣程度，然后，根据适应度函数的评估结果，选择出较优秀的个体作为下一代种群的父代，在接下来的交叉和变异操作中，通过基因的交换和突变，生成新的个体，引入新的遗传信息，重复进行这一选择、交叉和变异的过程，直至满足终止条件，通过遗传算法的迭代优化过程，可以在复杂的参数空间中寻找到最佳的工艺参数组合，从而实现矿山生产过程的优化调控，这种方法适用于工艺参数相互影响复杂、搜索空间庞大的情况下，能够有效提高生产效率和质量，为矿山生产管理提供科学的决策支持，遗传算法的应用不仅可以加速参数优化的过程，还可以帮助发现隐含在数据背后的规律和关联，为生产过程的智能化和自动化提供有力的技术支持。

4.根据权利要求书1所述的一种基于B/S的低延时自动化控制装置，其特征在于：所述在矿山设备的运行状态监测和故障预警方面，神经网络算法被广泛应用，通过监测设备传感器数据并建立神经网络模型，实现了对设备运行状态的实时监测和预测，这种方法可以帮助提前发现潜在故障并采取相应的维护措施，有效减少停机时间和维修成本，矿山生产中复杂多变的环境条件和生产参数需要使用模糊逻辑算法来实现智能化的自动控制，模糊逻辑算法能够处理模糊数据和不确定性，通过定义模糊规则和隶属函数，将模糊的输入映射到模糊的输出，从而有效应对矿山生产中的复杂情况，提高系统的自动控制水平，在优化矿山生产过程中的排产、调度和资源分配等问题时，智能优化算法发挥着重要作用，遗传算法、模拟退火算法和蚁群算法等智能优化算法能够针对复杂的生产环境，通过优化参数组合或者搜索最优解来提高生产效率、降低成本，这些算法在优化排产计划、调度任务和资源分配等方面具有很好的效果，帮助矿山实现更高效的生产运营和资源利用，因此，智能优化算法在矿山生产管理中扮演着重要角色，为提升生产效率和降低成本提供了有效的技术支持。

5.根据权利要求书1所述的一种基于B/S的低延时自动化控制装置，其特征在于：所述将服务部署在服务器上，并支持分布式部署，可以提升系统的稳定性和安全性，同时也能够根据需要随时进行扩容或缩容，确保系统资源的有效利用，此外，通过增加权限管理，对每个设备的各种权限进行精细管理，并通过角色授权给用户，实现用户只能访问具有权限的设备信息，从而提高了系统的安全性和稳定性，这样的权限控制机制不仅可以有效保护设备信息不被未授权用户访问，还能够降低系统被恶意攻击的风险，为整个系统运行提供了更可靠的保障。

6.根据权利要求书5所述的一种基于B/S的低延时自动化控制装置，其特征在于：所述为了加强系统的安全性和可追溯性，我们增加了日志管理功能，确保用户控制设备的所有操作都能被详细记录，这样，在日后的运维和问题排查中，我们可以根据这些日志追踪操作流程，复原操作步骤，从而快速确认问题并采取相应的解决措施，同时，为了方便用户的使用，我们允许用户在同一网络下的任何计算机上登录系统，实现监测和控制设备的便捷操作，此外，系统还具备对矿山生产过程中的异常情况进行实时监测的功能，一旦检测到异常情况，将及时发出警报，用户可以根据自己的需求设置报警规则，系统会根据这些规则自动检测并发送警报，帮助用户及时应对和处理异常情况。