基于物联网的机床设备智能监控系统的制作方法

本发明涉及机床监控技术领域，具体涉及基于物联网的机床设备智能监控系统。

背景技术：

随着工业的发展，使得人们对机床设备的使用需求越来越高。但是相对的机床设备成本也比较高，而随着机床设备的增多，其使用效率、运行状态监控、机床故障预判、机床资源配置等方面都受到了极大的挑战，现有的机床设备监控一般是基于人工记录的采集数据对机床设备进行分析和监控，当多个用户需要了解不同机床设备的状态信息时，其实时性不能满足多方企业的快速发展需求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供基于物联网的机床设备智能监控系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了基于物联网的机床设备智能监控系统，该系统包括用于通过传感器采集机床设备的状态信息数据的数据采集子系统、用于对数据采集子系统采集的状态信息数据进行异常检测处理的数据异常检测处理子系统、用于存储异常检测处理后的状态信息数据的物联网服务器和用于显示所述状态信息数据的用户终端；所述数据采集子系统分别与传感器和数据异常检测处理子系统连接，数据异常检测处理子系统与所述用户终端分别与所述物联网服务器连接。

优选地，所述数据采集子系统包括多个设置于机床设备上的传感器和用于将传感器信号转换为对应的状态信息数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接。

进一步地，所述数据采集子系统还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

其中，所述用户终端包括led显示屏、lcd显示屏、智能手机、笔记本、桌上型电脑中的任意一种或任意几种。

其中，传感器包括温度传感器、振动传感器、液位传感器、位移传感器、电流传感器、霍尔传感器中的任意一种或任意几种。

本发明的有益效果为：本发明能够方便不同用户终端及时对该状态信息数据的查看，使得用户能够及时了解机床设备的状态信息，从而根据机床设备的状态信息进行合适的选择或处理，提高机床设备的使用率，满足人们实时了解机床设备的状态信息的需求，并可以提前对可能发生故障的机床设备进行预警，以便于工作人员或维修人员进行相应处理，减少因机床故障所造成的损失。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的机床设备智能监控系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的数据异常检测处理子系统的结构示意框图。

附图标记：

数据采集子系统2、数据异常检测处理子系统3、物联网服务器4、用户终端5、数据异常检测模块10、数据融合处理模块20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明实施例提供了基于物联网的机床设备智能监控系统，该系统包括设于机床设备上的多个传感器、用于通过传感器采集机床设备的状态信息数据的数据采集子系统2、用于对数据采集子系统2采集的状态信息数据进行异常检测处理的数据异常检测处理子系统3、用于存储异常检测处理后的状态信息数据的物联网服务器4和用于显示所述状态信息数据的用户终端5；所述数据采集子系统2分别与传感器和数据异常检测处理子系统3连接，数据异常检测处理子系统3与所述用户终端5分别与所述物联网服务器4连接。

在一个实施例中，所述数据采集子系统2包括用于将传感器的信号转换为对应的状态信息数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接。

进一步地，所述数据采集子系统2还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

其中，所述用户终端5包括led显示屏、lcd显示屏、智能手机、笔记本、桌上型电脑中的任意一种或任意几种。

其中，传感器包括温度传感器、振动传感器、液位传感器、位移传感器、电流传感器、霍尔传感器中的任意一种或任意几种。

本发明上述实施例设计的机床设备智能监控系统能够方便不同用户终端5及时对该状态信息数据的查看，使得用户能够及时了解机床设备的状态信息，从而根据机床设备的状态信息进行合适的选择或处理，提高机床设备的使用率，满足人们实时了解机床设备的状态信息的需求，并可以提前对可能发生故障的机床设备进行预警，以便于工作人员或维修人员进行相应处理，减少因机床故障所造成的损失。

在一个实施中，如图2所示，数据异常检测处理子系统3包括数据提取模块10和数据异常检测及处理模块20，其中数据提取模块10用于采用滑动窗口对各传感器的状态信息数据进行提取；数据异常检测及处理模块20用于对滑动窗口提取的状态信息数据进行异常检测，并对检测出的异常数据进行处理。

其中，采用滑动窗口对各传感器的状态信息数据进行提取时，设滑动窗口尺寸为a，滑动窗口当前提取的传感器δ的状态信息数据集合为{xt-a+1,xt-a+2,…,xt}，其中xt为传感器δ在第t时刻采集的状态信息数据，移动滑动窗口，则滑动窗口在下一次提取的传感器δ的状态信息数据集合为{xt+1,xt+2,…,xt+a}。

在一个实施例中，数据异常检测及处理模块20对滑动窗口提取的状态信息数据进行异常检测，具体包括：

(1)计算滑动窗口当前提取的状态信息数据集合的状态信息数据均值和标准差σ，若所述当前提取的状态信息数据集合中的状态信息数据xi不满足下列公式，则将该状态信息数据xi标识为可能异常数据：

(2)计算滑动窗口当前提取的状态信息数据集合中任意相邻两个状态信息数据之间的邻差，该邻差即当前状态信息数据和前一个状态信息数据之间的差值，对计算出的各邻差进行检测，将大于设定阈值的邻差判定为异常邻差；

(3)保存第一次检测到的异常邻差δx0，若下一次检测到的异常邻差|xj-xj-1|与所述异常邻差δx0的乘积为负数，且xj已被标识为可能异常数据，则将xj判定为异常数据。

相关技术中，常采用基于聚类的异常检测或者基于预测模型的异常检测方法对传感器采集的数据进行异常检测，但是这两种方法均对数据中的噪声点和异常点比较敏感，从而影响异常检测算法的检测结果。

当状态信息数据发生异常时，相应状态信息数据对应的邻差值均有明显的改变。本实施例基于相邻两个状态信息数据的邻差，创新性地设计了对状态信息数据进行异常检测的机制，该机制相对于基于聚类的异常检测和基于预测模型的异常检测方法，能够避免噪声和异常点的影响，检测过程较为简单，且对状态信息数据进行异常检测的效果好。

在一个实施例中，数据异常检测及处理模块20对对检测出的异常数据进行处理，具体包括：

(1)设检测出的异常数据的数目为k，根据k值判定异常数据的类型：

当k＝1时，判定异常数据为点异常数据；

当时，判定异常数据为候选异常数据；对候选异常数据进行连续性分析，若检测为连续性异常数据序列时，将所有候选异常数据标定为真正异常数据；否则标定为点异常数据；

当时，判定异常数据为待定异常数据；当与传感器δ同类型的邻居传感器采集的状态信息数据中，在同一滑动窗口提取的状态信息数据也被检测出待定异常数据时，将传感器δ及其同类型的邻居传感器的待定异常数据标定为正常数据；否则标定为真正异常数据；其中，为设定的异常数据个数上限；

(2)根据异常数据的类型对异常数据进行相应处理：对点异常数据，利用与该点异常数据相邻的两个状态信息数据的平均值作为修复值，采用修复值对点异常数据进行替换；对所有真正异常数据进行剔除。

数据异常的来源通常包括传感器错误、事件发生或网络攻击，由于状态信息数据异常的来源不同，相应对异常数据的处理方式也应该不同。本实施例设定了对异常数据进行分类的机制，该机制根据检测出的异常数据的数目来判定异常数据的类型，点异常数据通常来源于传感器错误，当异常数据的数目仅为1个时，可以直接将该异常数据作为点异常数据；当异常数据的数目为少数时，可能是源于传感器的多个连续的测量错误或者是多个点异常数据，此时需要进一步对异常数据发生的原因进行分析，基于此，本实施例设计对候选异常数据进行再次异常检测；当异常的数据大于设定数目阈值时，本实施例根据传感器的时空关联性对该异常数据进行分析。采用本实施例设定的分类机制对传感器的异常数据进行分类，并根据异常数据的类型对异常数据进行相应处理，能够降低异常检测处理的误报率，提高异常检测的精度和效率。

在一个实施例中，所述对候选异常数据进行连续性分析，具体包括：

(1)提取第一个候选异常数据到最后一个候选异常数据之间的所有状态信息数据，作为进行连续性分析的数据样本；

(2)设所述数据样本中的候选异常数据个数为ρ，若数据样本符合下列连续性条件，判定该候选异常数据为连续性候选异常数据：

式中，qa，a+1为数据样本中第a个候选异常数据与第a+1个候选异常数据之间的状态信息数据个数，r为数据样本中的候选异常数据个数，qt为设定的正常数据个数阈值；wa,a+1为所述第a个候选异常数据与第a+1个候选异常数据之间的差值绝对值，wt为设定的差值绝对值上限。

本实施例对候选异常数据进行连续性分析时，根据候选异常数据及其之间的状态信息数据作为数据样本进行分析，并构建连续性条件，当数据样本符合连续性条件时，可以设定为异常源于传感器的多个连续的测量错误，否则将候选异常数据作为点异常数据，按照点异常数据的处理方式对候选异常数据进行处理，分析简单便捷，提高了异常检测处理的效率。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，各模块可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。