一、項目的必要性

（一）研發的必要性、目的及意義

1.現狀分析

提升系統為礦井的重要設備，為井上和井下聯通的咽喉設備，其安全運行對于煤礦安全生產至關重要。但是，礦井提升機故障而導致生產事故也屢屢發生。1988年4月，云崗礦井提升機由于液壓系統失靈以及制動系統故障造成箕斗墜落井底；2006年1月，晉華宮煤礦副井提升機重載情況下控制系統故障導致過卷事故，致使2人死亡，11人受傷；2007年9月，煤峪口礦井提升機由于電氣設備老化，致使電纜著火，生產過程連續性受到嚴重干擾，造成較大經濟損失。因此加強礦井提升機運行監控，不僅僅關系到煤礦生產效率，更是與煤礦生產安全密切相關。提升機設備健康狀態直接影響提升機的安全運行，對其健康監測與預警分析保證礦井安全生產。

近年來，國家為了保證煤礦企業的安全生產，出臺了一系列安全規程，對提升系統的安全問題也越來越重視。在《煤礦安全規程》和《煤礦機電設備完好標準》中對提升系統的安全有明確規定，要求對正常生產的提升系統進行定期技術測定，及早發現故障征兆，做到防患未然，保證提升系統安全、可靠地運行。這種定期測定的方法，實際上是傳統計劃預防維修思想的體現，它通過定時拆卸分解維修的維修方式，實現提升機的定期全面檢修。這種維修思想認為預防工作做的越多，設備運行越可靠。但實踐證明：不少故障不可能通過細而密的定期維修得到解決，相反會因頻繁的拆卸出現更多的故障。設備的可靠性不能通過維修得到改善，分解檢查不能鑒定零件的可靠性下降的程度，且復雜設備的偶然故障是不可避免的。計劃預防維修制度存在大量的過剩維修或者欠維修，造成了巨大的經濟損失，已不適應當今生產發展的需要。另外煤礦企業的維修人員大多缺少專業的培訓，也不能解決提升系統出現的重大故障，并且煤礦企業大多地處偏遠，提升系統一旦發生重大故障，專業維修人員往往不能及時趕到，而遠程專家又不能獲得全面有效的提升系統的運行數據，不能對提升系統故障狀況做出正確有效的判斷，故障長時間得不到解決，輕者會造成停產，重者會威脅煤礦職工的生命安全。因此，對礦井提升機的故障、狀態監測和安全研究，引起了學術界和企業的重視。

兗礦集團的礦井提升機絕大部分為引進的進口提升機，從最初70年代引進的波蘭模擬式控制系統，例如南屯煤礦混合井提升系統，到最近引進的大功率交流變頻、全數字式控制提升機，例如趙樓煤礦、石拉烏素、營盤壕煤礦的主副井提升機。針對提升機老化的控制系統，集團公司持續有計劃的進行升級改造，例如目前濟寧二號井煤礦、鮑店煤礦、東灘煤礦等均進行了數字式提升控制系統的改造和升級。目前提升機已經具有以下特性：① 已經部署了多種傳感器設備，對提升進行安全狀態的監測；② 采用全數字式PLC控制，并具有較高的控制精度，具備全自動運行基礎；③ 具有較完善的維護、巡檢等管理制度。隨著近幾年電子信息技術快速發展，以及企業對安全生產要求的不斷提高，兗礦集團對提升機運行、維護、管理提出了新的要求。但是，提升機在健康運行、維護、管理等方面面臨諸多新的形勢與不足，具體主要表現在以下方面：①針對現有礦井提升裝備健康狀態監測系統采取單一的信號進行狀態監測，易出現誤判的問題；② 監測工作主要依靠經驗，數據信息利用不充分；③ 運維管整體仍以輔助信息化為手段，智能化程度不高；④ 不能及時在萌發階段實現故障與異常監測，預測性不強；⑤ 維護運行技術力量相比于生產要求持續減弱；⑥井筒中的提升裝備普遍缺乏現代化的監測手段和故障預警分析。

提升機的健康、安全運行直接影響礦井的生產安全和作業人員的人身安全，目前基于安全風險預控視角對礦井提升過程及運行環境的安全性進行分析研究與應用相對較少，礦井提升機設備健康監測與協同分析預警系統的研發將集成提升機主設備運行狀態監測系統、外圍設備狀態監測系統（例如：電機軸承溫度、振動、提升機軸承底座振動、提升鋼絲繩狀態監測系統、提升機環境狀態監測系統等），實現全方位協同監測，并對多源監測信息進行深度協同挖掘分析，提取礦井提升系統異常及故障產生的根源，有利于對提升機故障的準確預控，保證提升系統的安全運行，提高礦井的安全生產效率。同時，提升機設備健康監測與協同分析預警系統的研發將填補國內相關領域的市場空缺，產品技術可以達到國際領先水平，對我國的煤礦及相關產業生產發展具有重要意義。

2.目的及意義

趙樓煤礦作為兗州煤業股份有限公司支柱礦井，不僅要完成預定的生產目標，同時提升機的安全穩定運行直接關系到公司整體安全生產運行，且其在運行與維護工作中面臨的形勢與不足尤為明顯。趙樓煤礦主副井提升機進口西馬格機械部分和西門子控制系統，控制部分均采用全數字PLC控制系統，上位監控部分采用了WINCC組態軟件，驅動部分采用了交交變頻速度調節技術，其運行過程中產生了大量運行數據，但這些數據當前僅僅被作為監視數據，沒有進行有效利用；同時在日常巡檢、維護檢修中，也伴隨產生了大量的有用信息和數據，這些數據也沒有被有效利用。

本項目計劃在目前提升機主設備運行監測與外圍監控信息系統基礎上，實現多個提升狀態監測關聯子系統監測數據的融合，采用物聯網、大數據分析及人工智能等先進技術，針對提升系統運行特點，研發一套礦井提升機設備健康監測與協同分析預警系統，充分提高提升機系統在運行、檢修、維護、管理等方面智能化、可靠性、科學性和預見性，并降低提升機系統在生產過程中對運維人員力量的需求。

本項目的主要研究目的及意義可簡要概況如下：

（1）通過構建提升機設備健康監測與協同分析預警系統，在提升機主設備、外圍設備運行監測、巡檢和維護監測的基礎上，完善多源關聯信息的采集功能，通過實現提升設備多變量全方位在線監控，提高提升設備狀態監測的實時性與可靠性。

（2）實現提升設備與物聯網、大數據和人工智能等技術的融合，提高提升機監控系統的智能化水平。通過系統B/S架構，實現系統平臺和智能移動終端APP的互動，實現移動設備與系統平臺關鍵數據的共享，達到全方位利用數據信息的目的。

（3）通過采用大數據分析、人工智能等算法，挖掘歷史數據庫信息，結合多變量實時信息，實現提升機異常及故障的智能診斷和預測，提高提升機系統故障的預控能力。

（4）通過大量數據的采集和分析，充分挖掘數據價值，實現提升設備的全生命周期管理，有利于提升系統的合理化改進、保養周期分析、確保設備維修保養及時有效，延長設備使用周期，同時為降低用戶維護成本、停機時間提供強有力的數據支持。

（5）通過數字化對設備維修經驗進行固化，提高設備維修經驗利用率，以降低對提升系統運行維護人工力量需求，避免有經驗工人流失帶來的不利影響。

（6）根據提升系統各個裝備的監測數據，建立機電系統數據分析趨勢模型，從機電一體化的機理進行健康分析預警，保障提升系統長期安全運行。

隨著本項目的礦井提升機設備健康監測與協同分析預警系統推廣應用，它呈現出的良好效果勢必將會對礦井提升系統安全運行和管理產生改革性影響。隨著歷史數據積累和大數據分析算法的持續優化，礦井提升機運行監控、故障診斷與預測也會逐步成熟，必將對礦井安全產生更加積極的作用。此外，本項目基于物聯網、大數據分析、人工智能等先進技術展開研究，所研發的礦井提升機協同監測與安全風險分析預警系統，應用范圍不局限于提升機，還可以通過網絡互連，擴展和延伸到其他生產監控設備，實現礦井生產設備的遠程智能監控。

（二）國內外同類技術發展狀況及發展趨勢

礦井提升機是煤礦生產的關鍵設備之一，其具有結構復雜、控制繁瑣、高速度、慣性大、運行環境惡劣、可靠性與穩定性要求高等特點，一旦發生故障， 輕則導致全礦生產陷于停頓，重則可能造成嚴重的人身傷亡事故， 因此對礦井提升系統進行監控方法研究與監控系統研發，對提高企業生產效率、保障企業安全生產、提高企業效益等都具有重要意義。

目前國內外關于礦機提升機監控系統的相關研究和研發工作尚未全面展開，部分信息技術企業及相關科技工作者已經開展了前瞻性研究，其總體技術路線是：融合 PLC 技術、網絡技術、組態技術等設計礦井提升機集中監控系統，此類系統以 PLC 為控制核心，結合傳感器等信息采集設備與輸出設備，以及人機交互設備，建立系統整體架構，并在一定程度上實現了監控系統的網絡化與遠程化。盡管當前已經存在部分礦井提升機監控系統架構設想，然而這些方案尚存在諸多不足，主要體現在以下幾個方面：

（1）監控信息的利用不完善，主要進行提升機主設備運行狀態的監測，對提升機關聯信息的分析不夠，使得對提升系統運行狀態的多源信息分析不夠充分，難以實現系統狀態的全方位多角度融合估計；

（2）數據分析技術落后，主要是采用單變量與其閾值進行比較進行異常監控，這類方法盡管實現便捷，但是容易受噪聲影響，導致大量的誤報警信息；

（3）系統功能單一，主要是實現提升機系統的異常監控，對于提升機系統的運行、維護、優化等工作無法提供可靠支撐；

（4）系統可擴展性不強，主要是系統一旦部署完成，則在后期的跨平臺交互、終端擴展等方面面臨無法同時實現對終端的有效支持，不適應于當前的網絡化技術發展趨勢。

（5）沒有把提升裝備作為一個機電系統來健康分析，提升機應該作為一個整體的機電系統來協同預警分析。

隨著德國工業4.0以及中國制造 2025的提出，到工業互聯網，云計算，邊緣計算，物聯網，甚至是大數據、人工智能等技術的發展和應用，越來越多的行業已經在企業數字化、智能化道路上踏穩了堅實的步伐，成為了先驅。而這些成熟的技術也將為礦井提升機協同監測與安全風險分析預警系統項目研究提供有力的技術支持和可靠保障。 

物聯網是利用網絡無處不在的理念建立起來的一個全新網絡技術，目前已經應用到軍事、交通、電力、建筑、農業等多個領域。目前，隨著物聯網技術的發展和信息技術的成熟，物聯網技術的發展將大力推動煤礦信息化的進步。礦井提升機系統與物聯網技術的結合將提高礦井提升系統狀態的感知能力。為此，基于物聯網的礦井提升機信息監測系統成為了煤礦機電自動化發展的重要環節，可以遠程完成對提升機的信息采集、故障監測、診斷及維護等工作，并能提供遠程技術服務，為提升機異常及故障的判斷和處理提供不可替代的優勢，可以大大提高提升機的運行可靠性。

大數據技術是繼云計算、物聯網等技術之后又一重大的技術革命。大數據技術是指通過使用智能傳感器、視頻監測系統、以及數據處理軟件等捕獲數據的技術。大數據具有存儲數據量巨大、數據處理超快、數據類別繁多、數據真實性需要進一步處理才能獲取、數據有效價值密度低等特點。大數據技術已經滲透到人們日常生活和生產的各個環節，成為不可或缺的生產要素。作為礦井提升機安全監測系統，對設備監測數據傳輸、存儲要求極為苛刻。針對數據的海量化、多樣化、快速化等特點，采用大數據技術，通過對煤礦提升系統中存儲的海量數據進行數據獲取、數據標準化處理、數據挖掘等過程，提取煤礦提升系統運行過程中數據的有用信息，以便煤礦安全生產工作高效管理。

人工智能是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。人工智能從誕生以來，理論和技術日益成熟，應用領域也不斷擴大。智慧礦山也是人工智能應用的典型領域之一。基于人工智能的提升機故障診斷技術的發展將提高提升機異常及故障的分析及預控能力，提高提升機的安全管理水平。

（三）相關技術專利檢索及創新性分析情況

項目具有創新性和原創性，沒有密切相關性專利。

二、研究開發內容

礦井提升機設備健康監測與協同分析預警系統是將提升機主設備運行狀態信息與外圍設備狀態監測系統（包括提升機速度、軸承振動、電機電流、溫度及提升環境狀態監測系統等）監測數據進行融合，形成一個多源監測信息的協同分析系統，充分挖掘和分析由各種途徑獲取的與提升過程相關的提升設備和運行環境的安全狀態數據，對與礦井提升機安全狀況有關的異常信號、故障發生源進行分析和評價，實現對礦井提升機系統當前安全狀況的分析，并確定其變化趨勢，以形成對礦井提升機突發性安全問題或長期性安全隱患的預報預控。通過大量設備狀態數據分析，充分挖掘數據價值，實現提升設備的全生命周期管理，確保設備維修保養及時有效，延長設備使用周期，同時為降低用戶維護成本、停機時間提供強有力的數據支持。通過數字化對設備維修經驗進行固化，提高設備維修經驗利用率，以降低對提升系統運行維護人工力量需求。礦井管理人員和維修維護技術人員登陸現場工作站或移動APP端即可訪問設備狀態信息和數據分析信息，隨時隨地的掌握設備狀態。系統也會在第一時間通過終端告知礦井維護技術人員設備的異常情況、故障信息、維護提醒等，給管理者、技術員及設備運行維護人員提供有效的決策依據和參考信息。

本項目的主要研發內容如下：

（一）多源異構數據采集

數據采集層是提升機健康監測與協同分析預警系統的底層，主要是綜合運用傳感技術、現場總線技術、無線傳感網絡技術、遠程監測技術、計算機網絡技術等安全檢測監控技術對礦井提升過程的安全運行健康狀況進行實時、動態和數字化采集與存儲，從而構建一個礦井提升機系統多源關聯信息共享平臺。采用先進傳感技術，借助遠程監測技術及時有效地進行現場數據傳輸，以計算機網絡技術建立數據信息共享和交互平臺，從而保障礦井提升機運行狀態辨識、故障維修及設備維護的實時性和準確性。

圖1 提升機設備健康監測與協同分析預警系統架構

目前提升機控制系統主要采用PLC控制，都支持OPC通訊協議，且OPC協議的數據采集具有采集周期短、安全性高、配置簡單等優點。因此，本系統將采用標準的OPC通訊周期性采集PLC中的數據，網絡連接采用以太網連接。

1.提升機振動監測子系統

礦井提升機振動異常監測方案如圖2 所示，主要包括對振動樣本位移、速度和加速度等信號的測量、無線通信等過程。提升機振動監測以嵌入式終端為核心，利用安裝在提升機電機、減速器和卷筒軸承附近的三維加速度傳感器組在線檢測振動加速度信號，再通過積分運算獲取振動速度和位移。振動樣本經嵌入式主控制器預處理，并利用無線通信將監測信號發送到監控中心。

圖2 提升機振動監測方案

嵌入式主控制器選擇內置ZigBee 射頻收發器、增強型8051 內核、8 kB RAM 和128 kB 閃存Flash的CC2530，兼具振動樣本處理和ZigBee 無線通信等功能。振動樣本測量采用LIS3DH 數字MEMS 傳感器，可在線測量三維加速度信號。由于LIS3DH 傳感器輸出為IIC 信號， 接口配置OD2101 芯片轉化為UART，將三維加速度信號采集輸入到CC2530。

礦井提升機振動信號無線通信選擇ZigBee 及雙向多跳轉換網絡，通信協議遵循IEEE 802.15.4-2003 標準，支持無線網絡內部通信組建、初始化、節點加入和無線數據傳輸等。提升機振動監測節點負責采集、處理振動樣本， ZigBee 節點配置系統響應和發射功能，可接收和響應監控中心發送的控制指令，并能將嵌入式主控制器處理的振動信息反饋回監控中心。監監控中心路由節點負責組建ZigBee 網絡、無線收發數據和信號，ZigBee 多跳通信借助分散布置的監測節點，接收振動節點發出信號，便于及時維護和管理提升機運行狀態。

2.提升機天輪狀態監測子系統

提升機天輪設備運行時的振動情況能很好的反映出設備健康狀況。因此采用設備振動數據分析的方法來判斷設備健康與否。所選用的振動傳感器為單軸傳感器，在某些部分需要二軸或三軸振動監測，圖 3-2 為系統選擇的三軸振動方向，X、Y、Z 軸方向相互垂直。

圖3 振動的三個方向

綜合考慮各因素，本系統選用的礦用 GB20 振動傳感器，傳感器體積較小，現場方便安裝且精度比較高，可以長時間工作于惡劣環境下。圖 4 為其工作原理。

圖4 壓電式振動傳感器工作原理

考慮到提升機系統天輪的特殊環境，一般的振動溫度傳感器其電源線和信號傳輸線都會暴露在外部環境下，且傳輸距離比較遠，線路容易出現損壞且不宜維修和日常的檢查維護。為滿足環境特殊要求，天輪監測所采用無線振動傳感器，如圖 5所示。

圖5 無線振動傳感器

無線傳感器通過無線基站將數據傳入上位機，傳輸信號穩定。

（二）數據存儲

多個子系統數據采集后要傳輸到上層存儲到數據庫。該系統中配置數據庫服務器（MySQL），數據存儲為方式為配置式，即現場人員可以根據需求對PLC內數據和其他相關數據進行自由選擇存儲，并對變量的掃描周期、存儲周期進行配置。數據庫中的數據將作為大數據分析及其他功能的數據分析基礎。系統采集和存儲的數據包括但不限于：

1）提升運動學參數，主要包括：提升位置高度、速度（控制環節速度給定，變頻系統變頻大小，運行速度等）。

2）提升動力學參數，主要包括：運動設備的靜態質量力及變位質量、電機驅動電流、提升各階段加減速度等。

3）提升機機械振動參數，主要包括：主軸軸承基座振動、電機（減速機）振動、提升井架振動等。

4）提升機控制系統環節參數，主要包括：提升控制速度電流雙閉環控制器的比例、積分、微分等參數。

5）控制系統報警數據，包括：現有PLC中處理后產生的報警異常、故障信息、變頻驅動控制部分處理后產生的報警、故障信息。

6）控制系統工藝數據，由控制系統輸出包括：提升機系統、制動系統、傳動系統、電能質量及能耗、應急電源供電系統、信號系統、裝卸載系統數據等。

（三）數據分析

礦井提升系統監測數據傳輸到上位機首先要進行實時在線分析，對提升安全狀態進行實時監測。同時，上傳數據存儲到數據服務器以備提升機關聯數據信息的深度挖掘分析，實現提升機狀態異常報警、故障根源分析、設備生命周期管理等，提高提升安全運行及檢修的高效管理。

圖6 系統數據分析界面

監測與預警系統主要針對提升運行單元、驅動控制單元、制動系統單元、提升供電單元、提升井架單元等，針對每個單元模塊主要進行實時狀態數據分析、多參數數據協同分析、測試與報表功能；歷史數據趨勢分析、故障根源追溯分析、參數趨勢預測預警功能。

1.實時數據分析

（1）實時狀態數據分析。系統可以實時顯示所監測提升系統所有參數，并以曲線、柱狀圖和圖表的形式展示給用戶。如圖7所示顯示提升系統速度圖和受力圖。同樣通過對上述參數實時監測提升機單一變量的數值分析方法，對提升機運行健康狀態進行動態分析，采用閾值超限、數據突變、數據異常等基本診斷方法進行數據分析，提高狀態變量異常的識別能力。如圖8所示，以實時監測電流曲線為例，在速度不變的階段，電機驅動電流出現突變。提升系統不正常運行引起電流突變。

圖7 提升系統速度受力圖

圖8 異常信息在線監測

（2）多參數數據協同分析功能。由于礦井提升系統的復雜性和每個模塊功能限制性，在系統實際使用中對一些特殊情況做出反應滯后甚至出現誤報、漏報和盲區。基于提升系統的運行機理，運用基于數據的建模與分析方法，并與異常預警、故障診斷技術結合，建立提升機設備多變量協同分析系統。對礦山提升系統多參數協同分析主要從提升機、電動機、變壓器、天輪等主要設備的運行狀態進行分析。通過變量的關聯性分析，得出變量的變化區域，可以根據變量的變化趨勢，給出預警，例如：同一載荷下電流變化趨勢異常，主要相關可能原因有：載荷不準確、尾繩變化、罐道垂直度變化、變頻器變化、電動機變化等。通過關聯變量的變化分析，給出更準確的預警信息。

同理，可以對同一運行條件下，軸承溫度異常、電動機溫度異常、變壓器溫度異常等進行關聯變量參數的協同分析，以提高狀態監測與預警的準確性。

圖9 多變量監測信息協同分析

另外，現場人員可以根據分析需要，把相關數據布置在同一界面進行分析查看。系統將有效的彌補提升系統生產過程中的盲區，減少事故發生率，提升設備利用率，保障工作人員及設備的安全。

（3）測試功能。提升機作為礦山行業最重要的設備之一，定期的安全測試功能必不可少。用戶可以通過系統中簡單的配置，記錄設備一段時間（測試期間）的狀態，自動生成報表及分析結果提供給用戶。

（4）報表功能。用戶可以自由定義并配置相應的報表（實時數據通過拖拽等方式與報表產生聯系）。并按照定義的時間周期產生生產報表，操作日志等。

2.歷史數據分析

（1）干擾報警消除。針對煤礦工業生產工藝特點，采用數據挖掘技術建立狀態變化模型，綜合歷史數據和在線數據，設計狀態異常識別算法。針對監控系統干擾報警信息消除，采用非參數化智能算法，設計合適的報警延遲器、報警死區等方案，實現干擾報警消除，提高系統異常工況的識別效率。報警系統優化技術方案流程圖如下：

圖10 提升機監控報警優化

通過分析監控變量單調到達報警閾值的概率分布等規律性信息，設計報警閾值、報警延遲器、死區參數的優化方法，提高報警信息的準確性。如下圖所示。

圖11.1 監控變量單調到達報警閾值的概率分布

圖11.2 偏離報警閾值和報警持續時間的相對關系

圖11 報警系統的優化設計分析

（2）趨勢預測。采用時間序列分析、分段線性表達數據挖掘、深度學習算法等，對設備運行狀態變化趨勢進行分析，提前預測設備異常的可能性，并告知用戶，減少設備故障帶來的經濟損失。

圖12 基于歷史數據的趨勢分析

圖13 模型參數在正常與異常狀況下的變化速率

（3）故障根源分析。通過對設備故障狀態的歷史數據分析、總結，根據設備狀態的關聯學習算法，對設備同等規律狀態提前預警提示。主要是通過挖掘歷史數據的信息，建立故障歷史記錄數據庫，在分析當前異常或故障相關多變量的數據變化趨勢基礎上，查找故障歷史記錄數據庫中的類似情況，通過進行異常或故障演化預測，在故障概率模型的基礎上給出當前故障根源，實現對根源的分析與判斷。

圖14 基于增減方向異常根源分析方法

例如：提升機電動機狀態監測關聯變量有進線電壓、電樞電流、載重、溫度等。建立基于電壓、電流、載重、溫度變化的關聯變量分析模型。對于電動機的異常報警可以四個變量的變化關系進行根源分析查找。首先，建立電動機異常報警數據庫，將相似數據段查找算法和皮爾遜相關系數計算相結合，通過計算在主變量趨勢變化明顯時各變量與主變量的相關度，篩選出與主變量相關性高的關聯變量，排除無關變量的影響；然后對在報警時刻發生變化的關聯變量和主變量之間建立多元回歸模型，通過計算各關聯變量對主變量的影響度，得到各報警根源及其所占的比重，最終形成電動機歷史報警數據信息庫。

在對當前報警數據段分析中，基于相似數據段查找的算法，把當前報警數據段與歷史報警進行對比，通過歷史經驗來對當前報警進行分析處理。基于快速進行相似數據段查找的Matrix Profile 算法，來對當前報警數據進行相似性查找，以達到快速且準確的完成報警根源分析的目的。

（四）全生命周期管理

本系統將提供設備的全生命周期管理服務。該服務將通過實時數據和歷史數據及設備信息數據庫對設備的身份信息、運行狀況、故障等進行統計，分析設備生命周期變化狀況，為設備更換、安裝、備件庫存情況等信息進行全方位的管理。用戶可以通過該服務實現原件的身份信息查詢，狀態查詢，備件查詢，更換提醒，維護提醒，更換記錄，成本預算管理等功能。該模塊還可以通過對同等功能不同品牌的原件使用情況（包括使用壽命，成本等）進行分析，給出更好更合理的品牌型號推薦。

1.數字模型建立

根據國家和國際標準（GB/Z 32235-2015/IEC/TR 62794:2012，工業過程測量、控制和自動化生產設施表示用參考模型（數字工廠）為依據標準，建立提升機的數字工廠模型，完成設備的數字化轉換。

電氣自動化資產的特性將根據IEC 61360 數據庫（IEC組件數據字典）描述。這些特性將基于IEC 61360-1和 IEC 61360-2的數據模型（等同于ISO 13584-42中的數據模型），IEC 61987中定義了過程控制相關的控制元件的數據模型。

IEC 62683中定義了控制柜內元件的數據模型，但IEC 62683中的數據規范還在進行中，未完全完成定義。為此，本項目將自定義還未規范的數據結構。下圖為其中的一個傳感器的數據定義：

2.基礎數據轉化及管理

在項目建設初期通過對現有的圖紙及程序進行分析，最大化向數字工廠錄入與當前設備一致的原始數據。該過程將通過自主研發的Web接口管理系統完成。該管理功能使非開發人員友好的對系統的基礎數據進行添加，修改，查詢，刪除等工作。設備元器件的輸入為自由配置式，既系統到元器件可以配置為最多四級，例如控制系統PLC，配置方式為：工藝控制系統 - +G51柜 – PLC。每個元器件的屬性也為配置式，如PLC，包含品牌、型號、更換日期、更換人、配件數量等。另外，電氣元件的更換及維護記錄也將通過該管理界面進行記錄管理。項目完成后，現場人員在某些情況下（更換元器件后）也會對基礎數據進行添加，更改，刪除等工作。管理功能界面如下：

3.數字工廠連接映射

將記錄在數據庫中的基礎數據通過拖拽或選擇的形式，與現場設備一對一的進行連接映射。該功能的結構將按照現場控制柜的實際情況按照分類進行管理，下圖為一個典型的實例。

同時，用戶可以通過配置每個元器件的在線變量地址實時的映射現場真實的設備。要選擇的變量都會在OPC管理中被列出，用戶可以根據實際需要進行選擇。