鞍山森遠路橋股份有限公司 吳占軍

“中國版工業(yè)4.0”勾畫了中國制造業(yè)未來10年發(fā)展藍圖，互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)工業(yè)的融合將是中國制造新一輪發(fā)展的制高點，智能制造將是中國制造未來的主攻方向。工業(yè)和信息化權(quán)威媒體在《2015工業(yè)4.0發(fā)展趨勢》報告指出，目前17.3%的工業(yè)設(shè)備已經(jīng)具備了智能化功能。對于地域分散，使用時不易管理，并且比較分散的不同類型設(shè)備，機器狀態(tài)仍局限于現(xiàn)場監(jiān)視或控制，遠程設(shè)備智能化的要求非常迫切。服務(wù)處于價值的高端，而生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)卻處于低端，生產(chǎn)所創(chuàng)造的價值約占整體價值的三分之一，而服務(wù)所創(chuàng)造的價值約占三分之二。裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，需要從傳統(tǒng)“研發(fā)—制造”向“研發(fā)—制造—服務(wù)”過程轉(zhuǎn)變。這個變化過程除了設(shè)備的遠程監(jiān)控、故障預(yù)警及設(shè)備遠程故障診斷帶來便利和售后成本降低外，設(shè)備使用率、故障率、分項計量統(tǒng)計等大數(shù)據(jù)的分析報告更能讓客戶體會到智能制造帶來的驚喜。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的企業(yè)希望能夠?qū)υO(shè)備進行遠程診斷和維護，為了解決這些問題，做到對全球各區(qū)域的設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)和故障及時實時監(jiān)控和記錄，同時隨著工業(yè)4.0的到來，采取一些信息化的技術(shù)手段來加強遠程診斷和遠程控制的能力。通過云平臺遠程監(jiān)控技術(shù)實現(xiàn)這一功能，隨時了解已銷售的設(shè)備運行狀態(tài)，所處位置等實時數(shù)據(jù)，一旦設(shè)備發(fā)生故障或者即將發(fā)生故障，系統(tǒng)會以短信、微信、郵件等多種方式為用戶或最終客戶提供相關(guān)的報警或預(yù)警，從而保障設(shè)備穩(wěn)定運行及最大限度降低故障時間。工業(yè)設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）為客戶提供更好的及時、準確、正確的設(shè)備維護服務(wù)；

（2）減少客戶設(shè)備的停機和故障，為客戶贏取利益；

（3）為客戶帶來更多的收益和更少的費用；

（4）更快的維護響應(yīng)速度，提高其客戶的滿意度；

（5）準確快速的診斷設(shè)備故障，提供高效維修和正確的備件；

（6）為客戶提供專家級的服務(wù)和咨詢，增強設(shè)備廠商的服務(wù)技術(shù)水平；

（7）提高設(shè)備廠商維護工程師的工作效率，降低人員成本；

（8）減少現(xiàn)場維護，降低售后服務(wù)成本；

（9）實現(xiàn)“預(yù)防式服務(wù)”，預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，降低客戶損失；

（10）集中管理，統(tǒng)一服務(wù)和維修流程，提高服務(wù)質(zhì)量，降低管理成本。

一、工業(yè)設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

工業(yè)設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)共分為三個層次：感知層、傳輸層及應(yīng)用層，在各層之間，信息不是單向傳遞的，可有交互、控制等，所傳遞的信息多種多樣，包括在特定應(yīng)用系統(tǒng)范圍內(nèi)能唯一標(biāo)識物品的識別碼和物品的靜態(tài)與動態(tài)信息。

（1）感知層，解決的是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題，由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。該層被認為主要是物品標(biāo)識和信息的智能采集，通過基本的傳感器（例如RFID標(biāo)簽和讀寫器、各類傳感器、攝像頭、GPS、二維碼標(biāo)簽和識讀器等基本標(biāo)識和傳感器件組成）以及傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)（例如RFID網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)等）兩大部分組成。該層的核心技術(shù)涉及無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線控制技術(shù)等。

（2）傳輸層也被稱為網(wǎng)絡(luò)層，主要完成接入和傳輸功能，是進行信息交換、傳遞的數(shù)據(jù)通路，包括接入網(wǎng)與傳輸網(wǎng)兩種。傳輸網(wǎng)由公網(wǎng)與專網(wǎng)組成，典型傳輸網(wǎng)絡(luò)包括電信網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電力通信網(wǎng)、專用網(wǎng)。接入網(wǎng)包括光纖接入、無線接入、以太網(wǎng)接入、衛(wèi)星接入等各類接入方式，實現(xiàn)底層的傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID網(wǎng)絡(luò)的最后一公里的接入，典型的有線通信方式如以太網(wǎng)，無線通信方式如GPRS和WiFi。

（3）應(yīng)用層，通過各種設(shè)備與人進行交互。處理層由業(yè)務(wù)支撐平臺（中間件平臺）、網(wǎng)絡(luò)管理平臺（例如M2M管理平臺）、信息處理平臺、信息安全平臺、服務(wù)支撐平臺等組成，完成協(xié)同優(yōu)化處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、以及提供面向行業(yè)和大眾用戶的服務(wù)等功能，典型技術(shù)包括中間件技術(shù)、虛擬技術(shù)、高可信技術(shù)，云計算服務(wù)模式、SOA系統(tǒng)架構(gòu)方法等先進技術(shù)和服務(wù)模式可被廣泛采用。

二、關(guān)鍵技術(shù)分析

（1）遠程通信技術(shù)

按照通信方式可以將監(jiān)控系統(tǒng)分為有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和無線通信監(jiān)控兩種，有線傳輸方式主要以電力線載波和現(xiàn)場總線技術(shù)為主，電力線載波（Power Line Carrier，PLC）技術(shù)的最大特點是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)線纜，只要利用現(xiàn)有的電網(wǎng)，就可以進行數(shù)據(jù)傳輸，具有覆蓋范圍廣，連接方便等突出優(yōu)點。在現(xiàn)場總線方面，比較流行的幾種傳輸方式包括：RS485總線、LonWorks總線、Profibus總線、Modbus總線、CAN總線等。無線通信技術(shù)很多，包括Zigbee、WiFi、紅外、藍牙、Z-wave等短距離通信技術(shù)以及GPRS、LoRA等長距離無線通信技術(shù)，與傳統(tǒng)的有線傳輸信道相比，無線具有傳輸很大的靈活性，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）云平臺遠程監(jiān)控技術(shù)

“云平臺”簡單理解就是把應(yīng)用軟件部署到“公網(wǎng)可訪問的服務(wù)器”上，對所有用戶開放并提供服務(wù)，一般以Web形式供用戶使用。而“公網(wǎng)可訪問服務(wù)器”的服務(wù)器可以是托管在機房的物理服務(wù)器，也可以是虛擬服務(wù)器（比如常用的阿里云）。云監(jiān)控系統(tǒng)平臺中，與設(shè)備端相連自動采集所控設(shè)備的運行狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)（如地理位置信息、溫度、壓力、流量等），通過GPRS/WiFi等網(wǎng)絡(luò)將這些信息發(fā)送到“云監(jiān)控平臺”。云監(jiān)控平臺獲取“被監(jiān)控端”加密通訊的數(shù)據(jù)，解析后存儲，并對這些數(shù)據(jù)進行實時的分析和診斷,對異常情況進行報警，并通過推送或者短信等方式及時通知本地監(jiān)控管理服務(wù)器和相關(guān)管理人員。同時“云監(jiān)控平臺”對連入的“監(jiān)控端”進行安全認證和數(shù)據(jù)訪問過濾，保證其數(shù)據(jù)的安全性。

（3）數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)

數(shù)據(jù)庫是上位機系統(tǒng)的重要組成部分，合理的數(shù)據(jù)庫能夠大大提高本遠程監(jiān)控系統(tǒng)訪問時的響應(yīng)速度及穩(wěn)定性。面向工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備層的監(jiān)控系統(tǒng)需求，可以抽象出6個實體，如圖1所示，分別為用戶、公司、設(shè)備、歷史數(shù)據(jù)、警報和維修記錄，實體間的關(guān)系下圖所示。其中，公司和用戶是1：N的關(guān)系，設(shè)備和警報是1：N的關(guān)系，設(shè)備和歷史數(shù)據(jù)是1：N的關(guān)系，設(shè)備和維修記錄是1：N的關(guān)系，公司和設(shè)備是1：N的關(guān)系。

圖1 數(shù)據(jù)庫實體關(guān)系圖

三、總結(jié)

本文針對目前工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備遠程監(jiān)控、診斷分析的需求，圍繞遠程監(jiān)控綜合管理云系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)展開研究，詳細論述了遠程通信技術(shù)、云平臺遠程監(jiān)控技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。目前，鞍山森遠路橋股份有限公司已經(jīng)實現(xiàn)了就地?zé)岣咚俟佛B(yǎng)護重鋪機組遠程監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)了基于PLC的數(shù)據(jù)采集、基于GPRS的遠程通信數(shù)據(jù)傳輸、基于組態(tài)數(shù)據(jù)庫監(jiān)控管理遠程云平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)了對在外工作機組的遠程監(jiān)測、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備管理、故障報警分析等功能。