武徽++牛艷++白婧

[摘 要] 針對目前裝車站設(shè)備維護管理水平滯后，而現(xiàn)有設(shè)備管理系統(tǒng)技術(shù)和資金成本過高，不適合中小煤炭企業(yè)使用的問題，利用云計算經(jīng)濟性和通用性的優(yōu)點，開發(fā)了基于云技術(shù)裝車系統(tǒng)設(shè)備維護管理平臺。該平臺通過部署在云服務(wù)器上的軟件服務(wù)，實現(xiàn)了移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備隨時隨地查詢和管理設(shè)備的能力，極大地降低了設(shè)備管理的技術(shù)門檻和維護成本，有效地促進了煤炭企業(yè)的設(shè)備管理向信息化智能化的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞] 裝車站；云技術(shù)； 設(shè)備管理

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 15. 089

[中圖分類號] TD679 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）15- 0198- 06

0 引 言

隨著煤礦自動化水平的不斷提高和我國交通基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，越來越多的自動化裝車系統(tǒng)運用到礦山和集運站。但是許多中小型煤炭外運企業(yè)對設(shè)備的管理仍處于紙面作業(yè)的低水平，對設(shè)備及其備件沒有連續(xù)臺賬記錄，無法對設(shè)備展開跟蹤管理，造成管理效率的低下，進而影響成本、安全等更多方面。

同時，歐美發(fā)達國家的制造業(yè)已經(jīng)開始將自己的產(chǎn)品帶入到智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的高度[1]，尤其是智能互聯(lián)產(chǎn)品正在改變產(chǎn)業(yè)生態(tài)、行業(yè)環(huán)境、競爭機制、客戶關(guān)系等多個方面。

裝車站設(shè)備是煤機企業(yè)與客戶的紐帶。而裝車站的運行情況和設(shè)備的數(shù)據(jù)管理是兩方面共同關(guān)注的內(nèi)容。利用互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)和移動互聯(lián)技術(shù)把裝車站的設(shè)備維護管理起來，實現(xiàn)B2B企業(yè)之間的互聯(lián)，能夠達到設(shè)備運行和維護社會化分工更加專業(yè)、主動和可靠的目的。

以云技術(shù)為基礎(chǔ)，將各個裝車站設(shè)備信息匯集，據(jù)此形成一套計算和服務(wù)體系，形成云服務(wù)平臺。該平臺成為客戶和廠商連接的橋梁，實現(xiàn)服務(wù)管理從簡單無紙化的交接，跨越到同步協(xié)同處理的目標(biāo)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

快速定量裝車站全自動控制系統(tǒng)由緩沖倉給料系統(tǒng)、定量倉配料系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、計量稱重系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)等組成。裝車站的自動控制主要基于PLC及其集控系統(tǒng)完成[2]。在實施過程中（見圖1），使裝車站所處的局域網(wǎng)中連接工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，利用寬帶或者4G網(wǎng)絡(luò)將PLC的設(shè)備信息發(fā)送至裝車站設(shè)備云中。裝車站設(shè)備應(yīng)用服務(wù)也在云平臺上，其從裝車站設(shè)備云中調(diào)取信息，形成所需要的邏輯應(yīng)用服務(wù)，可以供接入到互聯(lián)網(wǎng)的移動互聯(lián)設(shè)備接入使用。

基于云技術(shù)的裝車系統(tǒng)設(shè)備維護管理平臺在使用過程中實現(xiàn)的是軟件即服務(wù)（SaaS）[3]。裝車站廠商將設(shè)備維護管理平臺統(tǒng)一部署在云服務(wù)器上?？蛻艨梢愿鶕?jù)自己實際需求，通過互聯(lián)網(wǎng)獲得廠商提供設(shè)備維護服務(wù)?？蛻舨粏为氋徺I軟件，而改用廠商基于互聯(lián)網(wǎng)的軟件，來進行設(shè)備的維護管理，且無需維護軟件。裝車站廠商全權(quán)管理和維護軟件，該系統(tǒng)不只提供互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，也提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，方便用戶隨時隨地調(diào)取自身信息。對于許多小型煤炭物流企業(yè)，SaaS是采用先進技術(shù)的最好途徑?？蛻粼谑褂梅?wù)時，無需支付構(gòu)建硬件和維護軟件的費用，大大降低額成本。

在構(gòu)建裝車系統(tǒng)設(shè)備維護管理平臺時主要涉及四部分（見圖2）：基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和用戶視圖層[4]?；A(chǔ)資源層主要指裝車站現(xiàn)場設(shè)備信號采集過程。PLC設(shè)備通過工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)相連，與現(xiàn)場監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)訪問層的過程；數(shù)據(jù)訪問層主要根據(jù)上層的需求部署數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，形成所需要的建立在云端實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫等多種數(shù)據(jù)形式，并提供部分基于數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)，方便業(yè)務(wù)邏輯層的調(diào)取；業(yè)務(wù)邏輯層：該層主要發(fā)揮承上啟下的作用，對該層設(shè)備管理用戶操作所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接入，或?qū)ο聦铀祷氐拿钸M行解析，然后將請求分發(fā)給所對應(yīng)的設(shè)備管理業(yè)務(wù)對象執(zhí)行，將數(shù)據(jù)傳輸給底層接口，將結(jié)果處理后重新返回給上層用戶，主要包括設(shè)備信息查詢解析、權(quán)限驗證、數(shù)據(jù)處理等；用戶視圖層：該層主要包括設(shè)備管理的角色權(quán)限管理、用戶管理、業(yè)務(wù)功能等，用戶通過工作流驅(qū)動的權(quán)限檢驗后，進行相關(guān)職能操作。

2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)采用先進的云技術(shù)手段，使裝車站設(shè)備管理高效、準(zhǔn)確，實現(xiàn)“五化”管理[5]，即“位置精確化、過程透明化、信息準(zhǔn)確化、管理精細化、行為標(biāo)準(zhǔn)化”，降低現(xiàn)場設(shè)備管理成本，減少設(shè)備安全隱患，提高企業(yè)設(shè)備管理效能。

裝車站設(shè)備維護管理平臺能夠通過任何接入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備（電腦、移動手機或PAD），通過部署在云服務(wù)器上的軟件服務(wù)，實現(xiàn)了包括隨時隨地查詢設(shè)備的基本參數(shù)、故障和維修、實時運行數(shù)據(jù)、運行報警等信息，進行工單任務(wù)的管理與監(jiān)視，對設(shè)備的照片、聲音和視頻信息的處理和上傳，以及通過云平臺進行云計算分析設(shè)備狀況的能力。

2.1 設(shè)備監(jiān)控

裝車站設(shè)備維護管理平臺提供的數(shù)據(jù)監(jiān)測服務(wù)，可以實時查詢設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)和變量變化，了解設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)和變量的歷史變化趨勢，獲得針對歷史變化趨勢的統(tǒng)計分析等。歷史數(shù)據(jù)具備的歸檔功能，可實現(xiàn)對設(shè)備數(shù)據(jù)的定期歸檔，提高歷史數(shù)據(jù)查詢效率。歸檔后的歷史數(shù)據(jù)可下載至本地數(shù)據(jù)庫，用戶可利用其對設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析。

2.2 設(shè)備信息管理

除了對裝車站設(shè)備的基本屬性進行設(shè)置，包括設(shè)備編號、設(shè)備型號、設(shè)備出廠日期等，還可以上傳設(shè)備相關(guān)的文檔資料，支持文件標(biāo)簽的搜索和尋找，支持文件的下載和在線查看，支持圖片、視頻、音頻、文檔等多種文件格式上傳。

2.3 設(shè)備維護管理

企業(yè)用戶可以對裝車站設(shè)備質(zhì)保和設(shè)備配件的完全使用周期管理。設(shè)備的質(zhì)保時間到期和設(shè)備配件維保到期后可利用電子郵件、微信等形式提醒。質(zhì)保到期后可以對設(shè)備進行延?；蛘叩狡诓僮?。操作內(nèi)容形成電子存檔，方便回溯與查詢。

2.4 配件管理

裝車站設(shè)備維護管理平臺中形成了企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配件庫。對于可更換的配件，系統(tǒng)還可以對該配件的更換日期和到期日期進行電子記錄。更換的配件到即將期時，觸發(fā)更換工單，以保證配件更換工作的平滑過渡。endprint

2.5 維保工單管理

設(shè)備管理人員通過工單來全程管理維修保養(yǎng)的過程。維保工單是工作計劃的核心依據(jù)，可以計劃工作開始時間及工作時長，指定工作負責(zé)人，配備檢修團隊，分配檢修任務(wù)需要使用的備品備件，包括編碼、描述、數(shù)量、單位以及領(lǐng)取庫位。維保負責(zé)人依單工作領(lǐng)取工作任務(wù)，執(zhí)行檢修工作，記錄實際執(zhí)行的檢修事項、參與人員、實際消耗備品備件等信息，并能夠以文字、圖片及音視頻的方式進行完工匯報。維保工單是設(shè)備歷史的重要組成。設(shè)備廠商在授權(quán)情況下，可協(xié)同分享設(shè)備的維保工單。

2.6 電能能效分析

裝車站設(shè)備主要是電能轉(zhuǎn)化為動能，電能是裝車站設(shè)備的消耗能源。設(shè)備維護管理平臺提供電能能效分析工具，通過集中設(shè)備各個電動設(shè)備的數(shù)據(jù)，與電能效數(shù)據(jù)結(jié)合起來進行統(tǒng)計分析，通過對設(shè)備整體能源消耗情況的分析，發(fā)現(xiàn)管理漏洞和節(jié)能空間。

2.7 設(shè)備趨勢預(yù)測

設(shè)備維護管理平臺提供的設(shè)備趨勢預(yù)測。通過監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的變化分析出設(shè)備問題狀態(tài)，提醒用戶實施維修。利用該功能，用戶可以實現(xiàn)通過測量設(shè)備參數(shù)，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)、識別即將出現(xiàn)的問題，在此基礎(chǔ)上制定維修策略，制訂維修計劃，準(zhǔn)備維修資源，提高維修效率，減少維修停機時間。

2.8 客戶管理、組織架構(gòu)和權(quán)限管理

系統(tǒng)中根據(jù)設(shè)備與使用者的實際情況進行關(guān)聯(lián)和授權(quán)，對使用權(quán)限的不同創(chuàng)建出不同的角色。因此企業(yè)可以根據(jù)實際情況創(chuàng)建企業(yè)的設(shè)備管理組織架構(gòu)，設(shè)置崗位角色及關(guān)聯(lián)的用戶行為和職責(zé)范圍。

3 關(guān)鍵云技術(shù)的研究

3.1 工業(yè)通訊

PLC與云平臺的聯(lián)系利用了工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)關(guān)是面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的智能通訊產(chǎn)品。其可通過寬帶、移動4G等網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)將現(xiàn)場工業(yè)設(shè)備信號連接到云平臺，并進一步完成設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備診斷、設(shè)備管理等功能的過程。工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)關(guān)采用工業(yè)級設(shè)計，其主要根據(jù)PLC等控制部件的協(xié)議提供了完備的接口。與云端通訊則采用了HTTPS協(xié)議，充分保證遠程監(jiān)控的信息安全。采用RJ45通訊接口和4G SIM卡兩種模式，方便現(xiàn)場不同通訊條件下的數(shù)據(jù)連接。數(shù)據(jù)在變化上傳時為適合云平臺進行了預(yù)處理，提升數(shù)據(jù)采集效率。設(shè)備體積小巧安裝方便，以通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的形式接入工控網(wǎng)即可。

3.2 抗壓技術(shù)

目前，裝車站設(shè)備維護管理平臺支持上萬個設(shè)備的接入。在大規(guī)模請求出現(xiàn)的情況下，基于CDN和動態(tài)負載均衡技術(shù)，可以支持每秒上萬次的并發(fā)請求，滿足各種突發(fā)負載的應(yīng)用需求。負載均衡[6]（Server Load Balancer，簡稱SLB）技術(shù)是對多臺云服務(wù)器進行流量分發(fā)的負載均衡服務(wù)。設(shè)備維護管理平臺可以通過流量分發(fā)的服務(wù)能力，通過消除單點故障提升應(yīng)用系統(tǒng)的可用性。

如圖3所示，監(jiān)聽器代表用戶定制的負載均衡策略和轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。當(dāng)大負載外部訪問請求出現(xiàn)時，通過SLB實例、相關(guān)的策略以及轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，任務(wù)由監(jiān)聽器分發(fā)到后端多個服務(wù)器進行處理，降低了單個請求對任務(wù)的負載需求。

3.3 大數(shù)據(jù)存儲管理

為避免設(shè)備的過程數(shù)據(jù)形成大量冗余信息和占用海量存儲空間，裝車系統(tǒng)設(shè)備維護管理平臺對原始記錄進行百倍的壓縮，并且不影響數(shù)據(jù)的寫入和查詢。根據(jù)數(shù)據(jù)的使用情況，進行了熱數(shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)的劃分。將熱數(shù)據(jù)緩存多個份副本，提升查詢效率。冷數(shù)據(jù)離線歸檔。利用冷數(shù)據(jù)做回歸分析和關(guān)聯(lián)性分析等。單個企業(yè)用戶使用PB級數(shù)據(jù)存儲。裝車站設(shè)備維護管理平臺支持在線擴容，根據(jù)需要增加存儲空間和設(shè)備接入能力，而不影響在線系統(tǒng)。

3.4 安全性

對于鏈路層的通信網(wǎng)關(guān)，在遠程控制模式下通過建立專用隧道保證遠程系統(tǒng)的控制安全。 在傳輸層，設(shè)備維護管理平臺各服務(wù)間數(shù)據(jù)傳輸使用安全的HTTPS協(xié)議。通對通訊中的數(shù)據(jù)過安全傳輸層協(xié)議（TLS）提供加密保障。加密算法采用128位密鑰的高級加密標(biāo)準(zhǔn) AES 算法，使用RSA算法實現(xiàn)密鑰交換，并通過SHA簽名算法保證傳輸中數(shù)據(jù)的完整性。設(shè)備維護管理平臺針對具有數(shù)據(jù)保密需求的用戶，可選擇數(shù)據(jù)加密后歸檔，用戶必須將數(shù)據(jù)導(dǎo)出并解密后才能查看歸檔的數(shù)據(jù)。 由于平臺服務(wù)間使用了ACL技術(shù)進行認證，非法操作將被隔離。使用嚴格的認證和授權(quán)機制來認證用戶身份和限制用戶使用范圍。設(shè)備維護管理平臺對及時監(jiān)測出異常操作進行跟蹤并通知管理用戶。

3.5 用戶應(yīng)用體驗

在后臺方面針對用戶需求，裝車站設(shè)備維護管理平臺采用了HTTPS/RESTFUL接口和純HTML5可視化頁面，通過響應(yīng)式布局技術(shù)管理控制在不同尺寸瀏覽器客戶端的顯示規(guī)則，可以自動適用各種尺寸的移動端設(shè)備的顯示系統(tǒng)。同時，方便與企業(yè)用戶的應(yīng)用系統(tǒng)集成，如ERP系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)、售后服務(wù)支持系統(tǒng)等。

地圖應(yīng)用服務(wù)及視頻在線監(jiān)視（見圖4）：設(shè)備維護管理平臺提供了地圖信息服務(wù)。地圖中可展示設(shè)備所處位置，或通過地圖快速查找到指定設(shè)備。設(shè)備出現(xiàn)故障時，報警與地圖信息聯(lián)動，方便設(shè)備位置的定位。在線視頻功能可以實時監(jiān)視設(shè)備情況和設(shè)備狀態(tài)，也可將視頻信息存儲于云端，方便設(shè)備狀態(tài)的觀察與回溯。

數(shù)據(jù)監(jiān)測服務(wù)（見圖5）：實現(xiàn)監(jiān)視設(shè)備最新狀態(tài)和參數(shù)變化。并可以追溯設(shè)備各參數(shù)的歷史變化趨勢，形成針對歷史變化趨勢的統(tǒng)計分析圖表等。設(shè)備維護管理平臺利用Dashboard 提供了豐富的可視化組件工具和各式組件，可快捷創(chuàng)建數(shù)據(jù)監(jiān)測界面系統(tǒng)。圖5顯示了裝車站液壓泵站所屬電機的工作監(jiān)視情況，包括溫度，時間，啟停次數(shù)，故障次數(shù)等。

設(shè)備維護管理平臺的遠程控制服務(wù)（見圖6）：在保證高度安全的前提下，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制和運行參數(shù)修改等功能。該圖顯示了對現(xiàn)場電磁閥使用情況的統(tǒng)計，以及對該系統(tǒng)電磁閥設(shè)備的健康分析。當(dāng)電磁閥使用次數(shù)超過閥值時，除報警外可停止電磁閥使用，直至管理者利用平臺實現(xiàn)授權(quán)后再次投入使用。

報警服務(wù)：設(shè)備維護管理平臺在云平臺提供了計算引擎，由用戶定義觸發(fā)器條件，計算引擎服務(wù)實時計算設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、變量和參數(shù)是否符合觸發(fā)條件，對符合條件的情況觸發(fā)報警。觸發(fā)器所產(chǎn)生的報警，可通過郵件或微信的形式通知給指定的用戶。

微信是移動端的即時通訊服務(wù)平臺，支持跨通信運營商、跨操作系統(tǒng)。除了實現(xiàn)上述報警功能外，還可以通過微信確認設(shè)備，查看所有儀表盤內(nèi)容，瀏覽動態(tài)流程圖畫面（見圖7）。

4 結(jié) 論

面對煤炭行業(yè)形勢趨緊的大環(huán)境下，減員增效是眾多煤炭企業(yè)渡過難關(guān)的必要手段。對機電設(shè)備維護模式的轉(zhuǎn)變是降低成本，增加效益的重要一環(huán)。對于設(shè)備提供商，基于云技術(shù)下的維護模式，維護成本同樣大大降低，遠程服務(wù)管理成為新的效益增長點。

遠程服務(wù)管理模式出現(xiàn)并不算晚，但是受限于技術(shù)平臺，其之前的建設(shè)往往是一對一的專網(wǎng)模式。這種模式成本高，對網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求多，使用復(fù)雜繁瑣，涉及部門多，維護麻煩，因此之前在有限的煤礦企業(yè)使用。新云服務(wù)平臺的使用，使維護平臺統(tǒng)一，連接的模式簡單通用，同時平臺服務(wù)器集群的維護交給云平臺服務(wù)提供商完成，維護更專業(yè)更有效率。最重要的是云服務(wù)平臺的成本要比專網(wǎng)的使用低很多?？梢灶A(yù)見，基于云技術(shù)的裝車系統(tǒng)設(shè)備維護管理平臺將會迅速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)出經(jīng)濟效益。

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