基于云技術的煤礦裝車系統設備維護管理平臺

武徽++牛艷++白婧

[摘 要] 針對目前裝車站設備維護管理水平滯后，而現有設備管理系統技術和資金成本過高，不適合中小煤炭企業使用的問題，利用云計算經濟性和通用性的優點，開發了基于云技術裝車系統設備維護管理平臺。該平臺通過部署在云服務器上的軟件服務，實現了移動互聯網設備隨時隨地查詢和管理設備的能力，極大地降低了設備管理的技術門檻和維護成本，有效地促進了煤炭企業的設備管理向信息化智能化的發展。

[關鍵詞] 裝車站；云技術； 設備管理

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

[中圖分類號] TD679 [文獻標識碼] 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建設的不斷發展，越來越多的自動化裝車系統運用到礦山和集運站。但是許多中小型煤炭外運企業對設備的管理仍處于紙面作業的低水平，對設備及其備件沒有連續臺賬記錄，無法對設備展開跟蹤管理，造成管理效率的低下，進而影響成本、安全等更多方面。

同時，歐美發達國家的制造業已經開始將自己的產品帶入到智能化、信息化、網絡化的高度[1]，尤其是智能互聯產品正在改變產業生態、行業環境、競爭機制、客戶關系等多個方面。

裝車站設備是煤機企業與客戶的紐帶。而裝車站的運行情況和設備的數據管理是兩方面共同關注的內容。利用互聯網云技術和移動互聯技術把裝車站的設備維護管理起來，實現B2B企業之間的互聯，能夠達到設備運行和維護社會化分工更加專業、主動和可靠的目的。

以云技術為基礎，將各個裝車站設備信息匯集，據此形成一套計算和服務體系，形成云服務平臺。該平臺成為客戶和廠商連接的橋梁，實現服務管理從簡單無紙化的交接，跨越到同步協同處理的目標。

1 系統架構

快速定量裝車站全自動控制系統由緩沖倉給料系統、定量倉配料系統、液壓系統、計量稱重系統以及電控系統等組成。裝車站的自動控制主要基于PLC及其集控系統完成[2]。在實施過程中（見圖1），使裝車站所處的局域網中連接工業智能網關，利用寬帶或者4G網絡將PLC的設備信息發送至裝車站設備云中。裝車站設備應用服務也在云平臺上，其從裝車站設備云中調取信息，形成所需要的邏輯應用服務，可以供接入到互聯網的移動互聯設備接入使用。

基于云技術的裝車系統設備維護管理平臺在使用過程中實現的是軟件即服務（SaaS）[3]。裝車站廠商將設備維護管理平臺統一部署在云服務器上。客戶可以根據自己實際需求，通過互聯網獲得廠商提供設備維護服務。客戶不單獨購買軟件，而改用廠商基于互聯網的軟件，來進行設備的維護管理，且無需維護軟件。裝車站廠商全權管理和維護軟件，該系統不只提供互聯網應用，也提供數據存儲服務，方便用戶隨時隨地調取自身信息。對于許多小型煤炭物流企業，SaaS是采用先進技術的最好途徑。客戶在使用服務時，無需支付構建硬件和維護軟件的費用，大大降低額成本。

在構建裝車系統設備維護管理平臺時主要涉及四部分（見圖2）：基礎資源層、數據訪問層、業務邏輯層和用戶視圖層[4]。基礎資源層主要指裝車站現場設備信號采集過程。PLC設備通過工業智能網關相連，與現場監控視頻數據向數據訪問層的過程；數據訪問層主要根據上層的需求部署數據庫系統，形成所需要的建立在云端實時數據庫和關系數據庫等多種數據形式，并提供部分基于數據系統的數據服務，方便業務邏輯層的調取；業務邏輯層：該層主要發揮承上啟下的作用，對該層設備管理用戶操作所產生的數據接入，或對下層所返回的命令進行解析，然后將請求分發給所對應的設備管理業務對象執行，將數據傳輸給底層接口，將結果處理后重新返回給上層用戶，主要包括設備信息查詢解析、權限驗證、數據處理等；用戶視圖層：該層主要包括設備管理的角色權限管理、用戶管理、業務功能等，用戶通過工作流驅動的權限檢驗后，進行相關職能操作。

2 系統功能

該系統采用先進的云技術手段，使裝車站設備管理高效、準確，實現“五化”管理[5]，即“位置精確化、過程透明化、信息準確化、管理精細化、行為標準化”，降低現場設備管理成本，減少設備安全隱患，提高企業設備管理效能。

裝車站設備維護管理平臺能夠通過任何接入互聯網的設備（電腦、移動手機或PAD），通過部署在云服務器上的軟件服務，實現了包括隨時隨地查詢設備的基本參數、故障和維修、實時運行數據、運行報警等信息，進行工單任務的管理與監視，對設備的照片、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備狀況的能力。

2.1 設備監控

裝車站設備維護管理平臺提供的數據監測服務，可以實時查詢設備狀態、設備參數和變量變化，了解設備狀態、參數和變量的歷史變化趨勢，獲得針對歷史變化趨勢的統計分析等。歷史數據具備的歸檔功能，可實現對設備數據的定期歸檔，提高歷史數據查詢效率。歸檔后的歷史數據可下載至本地數據庫，用戶可利用其對設備相關數據進行大數據分析。

2.2 設備信息管理

除了對裝車站設備的基本屬性進行設置，包括設備編號、設備型號、設備出廠日期等，還可以上傳設備相關的文檔資料，支持文件標簽的搜索和尋找，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 設備維護管理

企業用戶可以對裝車站設備質保和設備配件的完全使用周期管理。設備的質保時間到期和設備配件維保到期后可利用電子郵件、微信等形式提醒。質保到期后可以對設備進行延保或者到期操作。操作內容形成電子存檔，方便回溯與查詢。

2.4 配件管理

裝車站設備維護管理平臺中形成了企業的標準配件庫。對于可更換的配件，系統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

設備管理人員通過工單來全程管理維修保養的過程。維保工單是工作計劃的核心依據，可以計劃工作開始時間及工作時長，指定工作負責人，配備檢修團隊，分配檢修任務需要使用的備品備件，包括編碼、描述、數量、單位以及領取庫位。維保負責人依單工作領取工作任務，執行檢修工作，記錄實際執行的檢修事項、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。維保工單是設備歷史的重要組成。設備廠商在授權情況下，可協同分享設備的維保工單。

2.6 電能能效分析

裝車站設備主要是電能轉化為動能，電能是裝車站設備的消耗能源。設備維護管理平臺提供電能能效分析工具，通過集中設備各個電動設備的數據，與電能效數據結合起來進行統計分析，通過對設備整體能源消耗情況的分析，發現管理漏洞和節能空間。

2.7 設備趨勢預測

設備維護管理平臺提供的設備趨勢預測。通過監測設備狀態參數的變化分析出設備問題狀態，提醒用戶實施維修。利用該功能，用戶可以實現通過測量設備參數，分析監測數據、識別即將出現的問題，在此基礎上制定維修策略，制訂維修計劃，準備維修資源，提高維修效率，減少維修停機時間。

2.8 客戶管理、組織架構和權限管理

系統中根據設備與使用者的實際情況進行關聯和授權，對使用權限的不同創建出不同的角色。因此企業可以根據實際情況創建企業的設備管理組織架構，設置崗位角色及關聯的用戶行為和職責范圍。

3 關鍵云技術的研究

3.1 工業通訊

PLC與云平臺的聯系利用了工業智能網關。工業智聯網關是面向工業物聯網應用的智能通訊產品。其可通過寬帶、移動4G等網絡，實現將現場工業設備信號連接到云平臺，并進一步完成設備監控、設備診斷、設備管理等功能的過程。工業智聯網關采用工業級設計，其主要根據PLC等控制部件的協議提供了完備的接口。與云端通訊則采用了HTTPS協議，充分保證遠程監控的信息安全。采用RJ45通訊接口和4G SIM卡兩種模式，方便現場不同通訊條件下的數據連接。數據在變化上傳時為適合云平臺進行了預處理，提升數據采集效率。設備體積小巧安裝方便，以通用網絡設備的形式接入工控網即可。

3.2 抗壓技術

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

如圖3所示，監聽器代表用戶定制的負載均衡策略和轉發規則。當大負載外部訪問請求出現時，通過SLB實例、相關的策略以及轉發規則，任務由監聽器分發到后端多個服務器進行處理，降低了單個請求對任務的負載需求。

3.3 大數據存儲管理

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

3.4 安全性

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

3.5 用戶應用體驗

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

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

數據監測服務（見圖5）：實現監視設備最新狀態和參數變化。并可以追溯設備各參數的歷史變化趨勢，形成針對歷史變化趨勢的統計分析圖表等。設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，可快捷創建數據監測界面系統。圖5顯示了裝車站液壓泵站所屬電機的工作監視情況，包括溫度，時間，啟停次數，故障次數等。

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

報警服務：設備維護管理平臺在云平臺提供了計算引擎，由用戶定義觸發器條件，計算引擎服務實時計算設備當前狀態、變量和參數是否符合觸發條件，對符合條件的情況觸發報警。觸發器所產生的報警，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平臺，支持跨通信運營商、跨操作系統。除了實現上述報警功能外，還可以通過微信確認設備，查看所有儀表盤內容，瀏覽動態流程圖畫面（見圖7）。

4 結 論

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

遠程服務管理模式出現并不算晚，但是受限于技術平臺，其之前的建設往往是一對一的專網模式。這種模式成本高，對網絡的技術要求多，使用復雜繁瑣，涉及部門多，維護麻煩，因此之前在有限的煤礦企業使用。新云服務平臺的使用，使維護平臺統一，連接的模式簡單通用，同時平臺服務器集群的維護交給云平臺服務提供商完成，維護更專業更有效率。最重要的是云服務平臺的成本要比專網的使用低很多。可以預見，基于云技術的裝車系統設備維護管理平臺將會迅速實現產業化，產出經濟效益。

主要參考文獻

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[3]耿冰，于修理. SaaS與傳統軟件的比較研究[J]. 沈陽師范大學學報：自然科學版，2009，27（1）：84-86.

[4]李翠平，張佳，鐘媛. 基于云計算和工作流的煤礦設備管理EAM系統[J]. 工程科學學報，2015（4）：528-534.

[5]苗永新，馬海林，王志榮. 煤礦設備動態管理信息系統設計[J].工礦自動化，2013，39（5）：87-89.

[6] 周瑩蓮，劉甫. 服務器負載均衡技術研究[J]. 計算機與數字工程， 2010，38（4）：11-14.endprint