基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP設計

包偉華,李咪淵,趙榮泳,王 妍,張 浩,賈 萍

(1.上海自動化儀表有限公司,上海 200120；2.同濟大學CIMS研究中心，上海 201804)

0 引言

工業(yè)自動化儀表是工業(yè)生產過程中不可或缺的現場設備。隨著現代工業(yè)自動化和網絡技術的迅速發(fā)展，自動化儀表的應用越來越廣泛。工礦企業(yè)對自動化儀表的要求也越來越高[1-2]：一方面，要求產品可靠性高，產品的功能強大；另一方面，要求產品的售后實現快速服務響應。

由于自動化儀表的復雜性和多樣性，用戶往往對儀表不熟悉，無法快速排除生產故障[3]。在尋求儀表廠家?guī)椭鷷r，經常遇到信息交流不順暢的情況，使廠家無法得到現場真實情況，從而導致維修時間較長，對生產影響較大。特別是在一些化工、電力、核工業(yè)設施等大型工程中，一旦故障長時間不能排除，將導致災難性的后果。

工業(yè)設備智能化、復雜化的發(fā)展給企業(yè)帶來更強大、更安全的體驗，但其操作及維護也需要投入更多的人力資源，將浪費大量的人力物力。隨著計算機和網絡通信技術的不斷進步，人們漸漸提出了新的自動化儀表運維方式——遠程運維[4]，即遠程控制產品的全生命周期中的各類問題。

本項目針對上述問題，設計了基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP，實現實時用戶、遠程專家多屏同步，通過遠程控制快速解決儀表使用過程中的突發(fā)問題；提升售后服務效率，監(jiān)測產品全生命周期，降低產品運行維護成本、促進企業(yè)升級轉型。

1 自動化儀表全生命周期管理技術需求分析

微電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，引發(fā)了儀表結構的變革。自動化儀表是以微型計算機(單片機)為主體，將計算機技術和檢測技術相結合的新一代智能化儀表[5]。自動化儀表兼顧傳統(tǒng)的自動化功能和現代智能化功能，既能夠保障現場設備自動運行和設備保護，又能夠滿足云時代設備智能化的需求；通過加載智能化模型，配合云端大數據協(xié)調，可以實現自適應參數調節(jié)、運行優(yōu)化、報警推送、健康監(jiān)測和預防性維護等功能[6]。

1.1 自動化儀表結構與原理

自動化儀表結構與原理如圖1所示。

圖1 自動化儀表結構與原理圖

自動化儀表的硬件由主控模板、顯示模板等組成。其中，主控模板是主要結構，包括主控板、電源板、繼電器輸出板以及電流電壓輸入等。顯示模板可以顯示出所得到的數據和信息。這些數據與信息能夠為開展相關工作提供參考[7-8]。

自動化儀表的工作原理是適當地轉換電壓、電流，以更加適應自動化儀表的工作特點；通過A/D轉換器，對電壓、電流進行采樣；對采樣結果進行分析之后，及時采取相應的措施。而完成數據信號的傳遞、接收和處理以后，可以通過自動化儀表向控制端傳遞數據。此時的控制端將會根據數據、信息作出相應的反應，并對運行狀態(tài)進行調整，使儀表實現遠程控制[9]。

1.2 全生命周期管理技術需求

目前，企業(yè)對于自動化儀表全生命周期仍然缺少有效的管理技術[10]。現存的自動化儀表管理依然存在以下需求。

①自動化儀表現場報修和服務響應模式落后，仍依賴人工現場處理問題。

②客戶溝通具有技術門檻，有限信息難以滿足診斷需求。在自動化儀表售前技術咨詢、售中安裝技術指導和售后服務等各個環(huán)節(jié)中，多數采用的服務模式是人工電話聯(lián)系。隨著社交軟件的普及，一定程度上增加了現場用戶和后臺技術支持人員的通信信息量，提升了對故障信息的了解程度。但是，這樣的私人點對點社交模式，在溝通時對客戶有技術門檻要求，而且售后人員仍然無法全面掌握現場儀表的運行數據。

③服務響應隨機性大，不可控因素多。現場用戶遇到問題時，一般采用電話報修。但是由于公司售后服務專家和技術人員的辦公電話或者手機經常出現占線、掉線等問題，導致現場用戶的服務報修得不到及時、有效的響應。

④儀表運行記錄和故障記錄難以及時發(fā)送給診斷專家。自動化儀表的運行記錄和故障記錄，對于故障診斷而言至關重要。但是由于傳統(tǒng)的現場儀表安裝位置難以直接觀測，以及操作記錄數據過多等問題，導致現場用戶無法向遠程專家提供全面的記錄數據，也難以及時、有效地將數據發(fā)給專家[11]。

⑤難以發(fā)揮故障處理案例的潛在價值。對于自動化儀表這類典型工業(yè)產品，故障解決案例是企業(yè)寶貴的售后服務知識財富。只要借助一定的信息化手段，深入分析、挖掘各類操作記錄和故障的演化規(guī)律，就能及時警示現有生產管理和生產線操作，提升職工的安全意識和售后服務技能，使之成為企業(yè)文化的重要沉淀[12]。然而，對于已歸檔的故障處理案例的梳理和挖掘工作，目前尚缺乏信息化手段的支持。

工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展，為自動化儀表的全生命周期的管理和升級提供了新的方向和支持。基于云平臺，本文設計了一個工業(yè)自動化儀表綜合服務APP，為儀表生產廠家和應用廠家之間建立了一個充分溝通的渠道，使兩者之間的信息交流更為全面和快捷，為自動化儀表全生命周期管理技術的需求提供了解決方案。

2 APP功能結構設計

基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP是在Android移動端設計和開發(fā)的遠程儀表管理APP。根據自動化儀表全生命周期管理技術需求，APP主要分為用戶管理、執(zhí)行機構管理、幫助三大部分。基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP功能結構如圖2所示。

圖2 基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP功能結構

其中，用戶管理模塊和幫助模塊都是APP的輔助模塊。APP的主要功能模塊是執(zhí)行機構管理模塊。此部分包含5個功能模塊，分別是現場控制模塊、遠程服務模塊、參數設置模塊、機構報警模塊、運行記錄模塊。

①現場控制模塊。該模塊可以實時顯示當前連接儀表的工作情況，并且可通過藍牙技術對儀表的工作狀態(tài)進行控制。

②遠程服務模塊。該模塊通過在線申請專家?guī)椭韱危梢缘玫綄＜业倪h程診斷。APP遠程模塊申請專家診斷界面如圖3所示。

圖3 APP遠程模塊申請專家診斷界面

客服通過申請訂單信息，可以在界面中的診斷單列表中查看診斷單詳情，并根據用戶需求為其在線分配專家，同時以短信的形式通知用戶。專家通過填寫授權驗證碼，進入執(zhí)行機構的遠程診斷中。用戶可以與專家在聊天頁面進行面對面的視頻交流，實現遠程診斷問題，并在遠程診斷結束后對此次專家診斷進行評分操作。

③參數設置模塊。通過藍牙連接，在APP上設置儀表的動態(tài)參數和靜態(tài)參數，可以對儀表的操作參數進行更改。用戶可以在APP的設置模塊中對儀表的相關參數設置進行修改。在進行遠程診斷的過程中，專家也可以在參數設置模塊中對相關參數進行設置，從而診斷儀表運行是否處于正常狀態(tài)。

④機構報警模塊。該模塊可以監(jiān)測儀表的工作狀態(tài)是否正常，如果儀表的工作狀態(tài)出現故障，則進行報警提醒，并將此故障記錄并保存下來。用戶后期可以在記錄模塊中看到歷史報警信息，方便用戶對儀表進行定期的管理和維護。

⑤運行記錄模塊。該模塊可以實時地記錄儀表的工況信息，并儲存在歷史記錄中，方便用戶查看。

使用APP的用戶，在Android操作系統(tǒng)的手機上下載APP后，登錄基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP。單擊藍牙按鈕，開啟手機藍牙連接自動化儀表后，可以控制儀表狀態(tài)、調節(jié)儀表參數，也可以實時觀測儀表檢測記錄或在APP查詢儀表的常見問題幫助。

若儀表的運行狀態(tài)出現問題，則APP的報警模塊會作出相應的提醒。用戶可以根據問題的實際情況，選擇相應的問題解決模式。若用戶無法自行解決，可以尋求專家遠程指導，直至問題解決。該APP提高了自動化儀表的管理效率，為企業(yè)的售后管理節(jié)省了資金和時間。

3 APP技術架構設計

現場用戶通過邊緣層的移動端智能設備獲取儀表當前狀態(tài)及診斷信息，并立即通過云平臺的云端大數據系統(tǒng)發(fā)送給遠程專家。遠程專家可以實時監(jiān)控管理接入儀表的狀態(tài)與運行情況，據此調整控制指令并更改設備參數，再通過云系統(tǒng)下達到儀表，對儀表進行遠程操作。這樣就在現場用戶和遠程專家之間形成了高效的服務調動體系，節(jié)約了現場用戶原本用于售后調試的寶貴時間和經濟成本。整個過程中，所有數據流都可以通過數據模板可視化地展示。儀表支持多種網絡接入協(xié)議，可滿足不同系統(tǒng)供應商的特殊要求。

基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP的總體框架如圖4所示。

圖4 基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP的總體框架

綜合服務APP基于藍牙技術、云技術，可實現應用層、平臺層、邊緣層的智能互聯(lián)。其六大功能為：產品售前技術咨詢、售中安裝技術指導、售后可視化監(jiān)控、運行優(yōu)化、報修服務、實時故障診斷。基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP功能模塊如表1所示。

表1 基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP功能模塊

4 系統(tǒng)研制技術要點

基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務APP，是一款基于移動架構的新型工業(yè)APP。它不僅可以實現新型智能化儀表的全生命周期服務移動互聯(lián)，還可以應用于其他智能化儀表產品的售前、售中和售后綜合技術服務中。此APP主要的創(chuàng)新點如下所述。

①利用移動端與網絡云平臺互聯(lián)，使用戶和專家可以通過網絡進行信息溝通，不僅提高了服務人員的響應效率，還為企業(yè)節(jié)省了產品運維過程中的交通費用。

②利用藍牙功能，實現了自動化儀表的遠距離控制，方便用戶和專家對自動化儀表的參數進行調節(jié)。尤其是在自動化儀表所處的環(huán)境和位置使其難以直接接觸時，遠程控制大大提高了自動化儀表的可操控性。

③利用數據存儲管理，提高了自動化儀表的管理效率。APP會自動記錄儀表工作狀態(tài)及報警情況，使用戶能隨時隨地對自動化儀表狀態(tài)進行管理。此外，可以通過數據分析對自動化儀表的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，提高智能設備的安全管理性。

5 結論

以物聯(lián)網和工業(yè)APP為代表的新一代信息技術在工業(yè)自動化儀表產品售前、售中和售后綜合技術服務中的作用日益突出，“互聯(lián)網+先進制造業(yè)”已成為我國經濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略里程碑[13]。本文設計了一款基于移動架構的新型工業(yè)APP，采用移動互聯(lián)方式，實現了自動化儀表選型指導、安裝調試、運行優(yōu)化等全生命周期管理，適合工控安全等典型工業(yè)應用場景，實現了新型智能化儀表的全生命周期服務移動互聯(lián)。通過儀表通信硬件升級和協(xié)議擴展，該APP可廣泛應用于自動化儀表行業(yè)，成為行業(yè)專用工具APP。