云計算的電梯行業應用研究

程耀華

（華南理工大學 自動化學院）

1 引言

電梯是一種使用廣泛的垂直升降交通工具。電梯生產企業按照客戶需求和現場條件，根據計算數據和行業經驗設計、生產電梯，在安裝驗收后交付客戶使用。使用過程中電梯零件損壞和電氣系統參數改變不可避免，必須及時檢修故障和定期保養，以保證電梯運行安全。

電梯的研發設計和維保服務，都以其運行數據的監控和分析為基礎。對電梯運行數據的管理分析能力顯示了一家電梯企業的實力。目前奧的斯、日立、三菱等幾大電梯廠家生產的在用電梯都已超過10萬臺，廣泛分布于城鄉。對電梯系統的維護升級和質量監控主要依靠工作人員現場進行。隨著業務量的拓展，在用電梯不但歷史數據分析的數據量越來越大，且其維護和監控的難度也越來越大。技術部門的人手統計分析已經遠不能滿足需求。提高數據分析能力和結果復用成為技術、工程、財務等部門共同關注的問題。

隨著企業信息化進程加速，電梯行業內對大范圍電梯運行數據的提取和分析做了很多探索。如利用有限電話網絡連接電梯和企業內故障監控中心，當在用電梯發生故障時立即向監控中心報警，企業及時派出維修人員到現場排除故障，但能反饋回的信息有限，維修和保養的質量主要依賴于現場人員的經驗；同時，大范圍電梯運行歷史數據管理開始使用數據庫系統，雖方便了設計和維保人員查詢，但數據的錄入目前主要采用人手操作，對海量數據的分析還處于起步階段。

云計算技術是一種新興的信息處理技術，是一種面向服務的計算機技術，正從理論走向實際應用。將云計算架構引入傳統電梯行業，旨在提高電梯企業對在用電梯的海量信息監控和處理能力，提高研發設計和售后維保服務水平。

2 云計算概念

云計算（Cloud Computing）是網格計算(Grid Computing)、分布式計算(Distributed Computing)、并行計算(Parallel Computing)、效用計算（Utility Computing）、網絡存儲（Net work Storage Technologies）、虛擬化（Virtualization）、負載均衡(Load Balance)等傳統計算機技術和網絡技術發展融合的產物。它旨在通過網絡把多個成本相對較低的計算機實體整合成一個具有強大計算能力的完美系統，并借助SaaS、PaaS、IaaS、MsP等先進的商業模式把這個強大的計算能力分布到終端用戶手中。

云計算技術在海量數據存儲和分析上有巨大優勢。云計算的一個核心理念就是通過不斷提高“云”的處理能力，進而減少用戶終端的處理負擔，最終使用戶端簡化成一個單純的輸入輸出設備，并能按需享受“云”的強大計算能力。

按照云計算的服務方式劃分，云計算架構可分為私有云架構和公有云架構。與公有云相比，私有云為一個用戶單獨使用而構建。用戶擁有基礎設施，并可控制在此基礎設施上部署應用程序的方式。在用戶防火墻后面只有用戶及其合作伙伴才能訪問，因而能對數據、安全性和服務質量作最有效控制。

3 電梯云計算架構介紹

電梯的云計算架構是以企業為中心的私有云服務架構。它整合企業內原有的服務器資源為管理平臺，將企業在用的電梯用網絡和企業內數據平臺連接起來。通過遠程監控各臺電梯的電氣系統數據，并依靠平臺的數據分析處理能力，為設計和維保終端用戶提供應用服務。

電梯的云計算架構包括以下三個層次：基礎終端層、云計算平臺管理層、云端應用層，如圖1所示。

圖1 電梯云計算架構圖

3.1 基礎終端層

電梯控制系統從原來的繼電器組發展到 PLC到單片機再到 DSP。電梯主控芯片計算能力已大幅提高，大部分電梯都配有由高性能計算芯片組組成的總線控制系統。通過在電梯上加裝監控終端，調用電梯內總線數據，將各電梯控制系統的硬件和企業內數據中心有線或者無線聯接起來。再用電梯組成的龐大網絡，構成電梯的云計算架構的基礎終端層，為平臺數據分析提供充足樣本。

3.2 云計算平臺管理層

遵循平臺即服務（PAAS）的原則，云計算平臺管理層監控基礎設施層數據，實現海量信息存儲，并為云端應用層提供應用信息平臺和基礎軟件開發環境。

(1) I/O信息管理

云計算平臺管理層驅動與應用層數據交互和與設施層數據交互的 I/O，實施電梯終端數據遠程集中存儲，響應應用層對數據庫的查詢請求，管理接入輸出信息的發放權限和數據備份，并完成和企業內原有的其它各種數據庫數據交互管理。

(2) 應用集成

云計算平臺管理層通過大量搜集電梯各種運行屬性數據，以單臺電梯為對象建立對象庫，并按照既定的方法分析統計建立起構架庫，將集成服務存入云計算數據庫，方便應用層直接調用和信息復用。

3.3 云端應用層

基于B/S架構，依賴平臺層的分析計算能力，在云端應用層PC終端直接調用平臺管理層數據庫中的對象、構架和服務集成。

基于C/S架構，各終端用戶對數據的需求不同，對某些數據的采集和統計方法會有很大出入，利用平臺層的對象數據，結合云端PC本地應用程序實現對數據的專項復雜分析應用。

遠程維護，通過云計算平臺管理層發放權限，允許應用層終端對平臺計算平臺管理層進行程序和數據維護，重新設置對象和構架的組成規則。

4 電梯云計算架構部署實例及特點分析

隨著電梯產能和在用電梯基數的不斷擴大，各電梯廠商紛紛采用數據庫管理生產、銷售、維保等數據。一些廠家已投入到整合企業內部服務器資源搭建電梯云計算架構的應用研究中。圖2是某企業的電梯云計算架構信息流示意圖。

基于云計算架構的信息傳遞系統，該電梯企業實現了對大范圍在用電梯的數據監控。該系統具有如下一些特點。

(1) 硬件復用

在云計算架構中，電梯終端處于云計算系統的基礎終端層。組網時僅需在每臺電梯控制柜加裝數據轉換裝置。該裝置綁定電梯主控電子板，把不同型號電梯的系統內通信數據轉化成統一數據協議，通過手機無線網絡與平臺管理層數據交互。其它的電梯硬件設備可以復用。

圖2 電梯云計算架構實例信息流示意圖

企業內部設置集中數據存儲計算中心，將企業內各類服務器重新部署搭建統一的虛擬化資源池。電梯運行實時信息返回放入平臺管理層的存儲資源池中，實現服務器硬件資源的復用。

(2) 動態的集中存儲與計算結合

單臺電梯數據存儲能力有限，通常只存儲有限量的電梯故障碼，許多運行過程的有用歷史數據被丟棄，而實時獲取電梯運行數據依靠傳統技術則不能實現。

在該云計算應用架構中，平臺管理層利用 SQL數據庫統一管理電梯終端網絡傳回的數據信息，建立單臺電梯為對象的基礎數據庫并實時更新。單臺電梯歷史運行數據存儲量的瓶頸得到解決。

同時，企業內許多用戶對數據的分析計算出現重復，造成很大的資源浪費。遵循計算向服務器轉移的原則，云計算服務器不僅完成簡單的虛擬化數據存儲，還在服務器端實時對大樣本數據按既定規則分析計算，創建構架庫，方便用戶直接調用分析結果和構架。

基于虛擬化技術，云計算平臺管理層同時完成數據信息的災難備份。

(3) 滿足研發設計需求

研發設計人員常需要統計大量現場運行信息作為制定方案的依據，如通過統計啟動次數分析器件使用情況作為設計選型裕量依據；通過比對大范圍同一梯型電梯運行數據，計算平均值，分析每臺電梯運行參數設置的偏差。

在云計算架構中，在應用端可以監視指定電梯的停靠樓層、載重、速度、電機電流等運行狀態信息。研發設計終端用戶在局域網DMZ區域內的PC端通過遠程虛擬桌面，調用云計算平臺管理層數據庫內生成的對象屬性和集成服務，并基于C/S架構對信息進行二次開發應用。

(4) 滿足維保需求

傳統作業方式中，現場維保人員對電梯故障處理往往得不到足夠信息，受到人員經驗和技術水平限制，維保效果不容易保證。

基于云計算架構，現場操作人員可以獲得足夠信息支持。借助PDA終端通過無線網絡查詢平臺數據庫中故障電梯的歷史運行信息，并根據同類電梯故障處理方案統計制定故障解決方案，大大提高了現場維保效率。

(5) 反向自動控制

大多云計算服務用于實現終端對對象信息的獲取。能實現從云端應用層對基礎終端層系統的信息修改是電梯云計算架構的一大特點。

基于電梯的云計算架構，從PC端通過平臺管理層驅動無線網絡向電梯終端上的數據轉換裝置發出遠程程序升級、清除電梯終端故障碼指令；或者當電梯終端丟失數據時，由平臺管理層自行將電梯參數進行同步恢復是可行的。

通過比對大范圍同一梯型電梯運行數據，計算管理平臺自動計算平均值，監視每臺電梯運行數據異常狀態，統計分析電梯歷史信息并做出風險的預測判斷和啟動預案。達到在用電梯運行的大范圍自動監控質量的目的。

(6) 數據安全

電梯運行參數設置是每個企業經驗的總結，對電梯運行參數的控制關系著乘客的生命安全，需要對數據信息加密保護。

實際應用中，數據轉換裝置采集的電梯系統內各數據總線信息為電梯企業秘密，這也是電梯的云計算架構是基于私有云架構的主要原因。采集的電梯系統數據信息會采取周期采樣加密封包。通過加密手機短信與無線網絡運營商數據交互，再由運營商預置有線網絡實現與企業私有云設備數據交互。企業內 DMZ區和運營商間設有防火墻。數據解密在企業內部完成。

考慮到數據傳輸速率和信息安全性等問題，應用中對電梯終端數據的維護和升級還是由現場操作人員手工完成。他們借助 PDA終端通過無線網絡向PDA服務器提出查詢申請，PDA服務器部署在企業防火墻后，與云計算數據庫同步。每個PDA終端需要在云計算平臺管理服務器備案，數據傳輸過程經過SSL加密，PDA終端定期清除下載的數據，以保證私有云內信息不外泄。

(7) 云際云

電梯云計算架構平臺預留了云際云接口，即企業私有云系統與公網數據交互接口，為各企業間數據共享，組成云際云創造條件。

5 結束語

將先進的云計算技術引入傳統電梯行業，大大提高了企業對產品質量的監控能力，減輕工程維護工作強度，拓展研發設計分析數據支持。可以預見，電梯云計算架構的引入將對行業的技術發展和管理能力提升產生重要影響。

[1]楊正洪,鄭齊心,吳寒.企業云計算架構與實施指南[M]. 北京:清華大學出版社. 2010.5.

[2]王鵬.云計算的關鍵技術與應用實例[M].北京: 人民郵電出版社.2010.4.