基于云技术的煤矿装车系统设备维护管理平台

武徽++牛艳++白婧

[摘 要] 针对目前装车站设备维护管理水平滞后，而现有设备管理系统技术和资金成本过高，不适合中小煤炭企业使用的问题，利用云计算经济性和通用性的优点，开发了基于云技术装车系统设备维护管理平台。该平台通过部署在云服务器上的软件服务，实现了移动互联网设备随时随地查询和管理设备的能力，极大地降低了设备管理的技术门槛和维护成本，有效地促进了煤炭企业的设备管理向信息化智能化的发展。

[关键词] 装车站；云技术； 设备管理

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

[中图分类号] TD679 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）15- 0198- 06

0 引 言

随着煤矿自动化水平的不断提高和我国交通基础建设的不断发展，越来越多的自动化装车系统运用到矿山和集运站。但是许多中小型煤炭外运企业对设备的管理仍处于纸面作业的低水平，对设备及其备件没有连续台账记录，无法对设备展开跟踪管理，造成管理效率的低下，进而影响成本、安全等更多方面。

同时，欧美发达国家的制造业已经开始将自己的产品带入到智能化、信息化、网络化的高度[1]，尤其是智能互联产品正在改变产业生态、行业环境、竞争机制、客户关系等多个方面。

装车站设备是煤机企业与客户的纽带。而装车站的运行情况和设备的数据管理是两方面共同关注的内容。利用互联网云技术和移动互联技术把装车站的设备维护管理起来，实现B2B企业之间的互联，能够达到设备运行和维护社会化分工更加专业、主动和可靠的目的。

以云技术为基础，将各个装车站设备信息汇集，据此形成一套计算和服务体系，形成云服务平台。该平台成为客户和厂商连接的桥梁，实现服务管理从简单无纸化的交接，跨越到同步协同处理的目标。

1 系统架構

快速定量装车站全自动控制系统由缓冲仓给料系统、定量仓配料系统、液压系统、计量称重系统以及电控系统等组成。装车站的自动控制主要基于PLC及其集控系统完成[2]。在实施过程中（见图1），使装车站所处的局域网中连接工业智能网关，利用宽带或者4G网络将PLC的设备信息发送至装车站设备云中。装车站设备应用服务也在云平台上，其从装车站设备云中调取信息，形成所需要的逻辑应用服务，可以供接入到互联网的移动互联设备接入使用。

基于云技术的装车系统设备维护管理平台在使用过程中实现的是软件即服务（SaaS）[3]。装车站厂商将设备维护管理平台统一部署在云服务器上。客户可以根据自己实际需求，通过互联网获得厂商提供设备维护服务。客户不单独购买软件，而改用厂商基于互联网的软件，来进行设备的维护管理，且无需维护软件。装车站厂商全权管理和维护软件，该系统不只提供互联网应用，也提供数据存储服务，方便用户随时随地调取自身信息。对于许多小型煤炭物流企业，SaaS是采用先进技术的最好途径。客户在使用服务时，无需支付构建硬件和维护软件的费用，大大降低额成本。

在构建装车系统设备维护管理平台时主要涉及四部分（见图2）：基础资源层、数据访问层、业务逻辑层和用户视图层[4]。基础资源层主要指装车站现场设备信号采集过程。PLC设备通过工业智能网关相连，与现场监控视频数据向数据访问层的过程；数据访问层主要根据上层的需求部署数据库系统，形成所需要的建立在云端实时数据库和关系数据库等多种数据形式，并提供部分基于数据系统的数据服务，方便业务逻辑层的调取；业务逻辑层：该层主要发挥承上启下的作用，对该层设备管理用户操作所产生的数据接入，或对下层所返回的命令进行解析，然后将请求分发给所对应的设备管理业务对象执行，将数据传输给底层接口，将结果处理后重新返回给上层用户，主要包括设备信息查询解析、权限验证、数据处理等；用户视图层：该层主要包括设备管理的角色权限管理、用户管理、业务功能等，用户通过工作流驱动的权限检验后，进行相关职能操作。

2 系统功能

该系统采用先进的云技术手段，使装车站设备管理高效、准确，实现“五化”管理[5]，即“位置精确化、过程透明化、信息准确化、管理精细化、行为标准化”，降低现场设备管理成本，减少设备安全隐患，提高企业设备管理效能。

装车站设备维护管理平台能够通过任何接入互联网的设备（电脑、移动手机或PAD），通过部署在云服务器上的软件服务，实现了包括随时随地查询设备的基本参数、故障和维修、实时运行数据、运行报警等信息，进行工单任务的管理与监视，对设备的照片、声音和视频信息的处理和上传，以及通过云平台进行云计算分析设备状况的能力。

2.1 设备监控

装车站设备维护管理平台提供的数据监测服务，可以实时查询设备状态、设备参数和变量变化，了解设备状态、参数和变量的历史变化趋势，获得针对历史变化趋势的统计分析等。历史数据具备的归档功能，可实现对设备数据的定期归档，提高历史数据查询效率。归档后的历史数据可下载至本地数据库，用户可利用其对设备相关数据进行大数据分析。

2.2 设备信息管理

除了对装车站设备的基本属性进行设置，包括设备编号、设备型号、设备出厂日期等，还可以上传设备相关的文档资料，支持文件标签的搜索和寻找，支持文件的下载和在线查看，支持图片、视频、音频、文档等多种文件格式上传。

2.3 设备维护管理

企业用户可以对装车站设备质保和设备配件的完全使用周期管理。设备的质保时间到期和设备配件维保到期后可利用电子邮件、微信等形式提醒。质保到期后可以对设备进行延保或者到期操作。操作内容形成电子存档，方便回溯与查询。

2.4 配件管理

装车站设备维护管理平台中形成了企业的标准配件库。对于可更换的配件，系统还可以对该配件的更换日期和到期日期进行电子记录。更换的配件到即将期时，触发更换工单，以保证配件更换工作的平滑过渡。endprint

2.5 维保工单管理

设备管理人员通过工单来全程管理维修保养的过程。维保工单是工作计划的核心依据，可以计划工作开始时间及工作时长，指定工作负责人，配备检修团队，分配检修任务需要使用的备品备件，包括编码、描述、数量、单位以及领取库位。维保负责人依单工作领取工作任务，执行检修工作，记录实际执行的检修事项、参与人员、实际消耗备品备件等信息，并能够以文字、图片及音视频的方式进行完工汇报。维保工单是设备历史的重要组成。设备厂商在授权情况下，可协同分享设备的维保工单。

2.6 电能能效分析

装车站设备主要是电能转化为动能，电能是装车站设备的消耗能源。设备维护管理平台提供电能能效分析工具，通过集中设备各个电动设备的数据，与电能效数据结合起来进行统计分析，通过对设备整体能源消耗情况的分析，发现管理漏洞和节能空间。

2.7 设备趋势预测

设备维护管理平台提供的设备趋势预测。通过监测设备状态参数的变化分析出设备问题状态，提醒用户实施维修。利用该功能，用户可以实现通过测量设备参数，分析监测数据、识别即将出现的问题，在此基础上制定维修策略，制订维修计划，准备维修资源，提高维修效率，减少维修停机时间。

2.8 客户管理、组织架构和权限管理

系统中根据设备与使用者的实际情况进行关联和授权，对使用权限的不同创建出不同的角色。因此企业可以根据实际情况创建企业的设备管理组织架构，设置岗位角色及关联的用户行为和职责范围。

3 关键云技术的研究

3.1 工业通讯

PLC与云平台的联系利用了工业智能网关。工业智联网关是面向工业物联网应用的智能通讯产品。其可通过宽带、移动4G等网络，实现将现场工业设备信号连接到云平台，并进一步完成设备监控、设备诊断、设备管理等功能的过程。工业智联网关采用工业级设计，其主要根据PLC等控制部件的协议提供了完备的接口。与云端通讯则采用了HTTPS协议，充分保证远程监控的信息安全。采用RJ45通讯接口和4G SIM卡两种模式，方便现场不同通讯条件下的数据连接。数据在变化上传时为适合云平台进行了预处理，提升数据采集效率。设备体积小巧安装方便，以通用网络设备的形式接入工控网即可。

3.2 抗压技术

目前，装车站设备维护管理平台支持上万个设备的接入。在大规模请求出现的情况下，基于CDN和动态负载均衡技术，可以支持每秒上万次的并发请求，满足各种突发负载的应用需求。负载均衡[6]（Server Load Balancer，简称SLB）技术是对多台云服务器进行流量分发的负载均衡服务。设备维护管理平台可以通过流量分发的服务能力，通过消除单点故障提升应用系统的可用性。

如图3所示，监听器代表用户定制的负载均衡策略和转发规则。当大负载外部访问请求出现时，通过SLB实例、相关的策略以及转发规则，任务由监听器分发到后端多个服务器进行处理，降低了单个请求对任务的负载需求。

3.3 大数据存储管理

为避免设备的过程数据形成大量冗余信息和占用海量存储空间，装车系统设备维护管理平台对原始记录进行百倍的压缩，并且不影响数据的写入和查询。根据数据的使用情况，进行了热数据和冷数据的划分。将热数据缓存多个份副本，提升查询效率。冷数据离线归档。利用冷数据做回归分析和关联性分析等。单个企业用户使用PB级数据存储。装车站设备维护管理平台支持在线扩容，根据需要增加存储空间和设备接入能力，而不影响在线系统。

3.4 安全性

对于链路层的通信网关，在远程控制模式下通过建立专用隧道保证远程系统的控制安全。 在传输层，设备维护管理平台各服务间数据传输使用安全的HTTPS协议。通对通讯中的数据过安全传输层协议（TLS）提供加密保障。加密算法采用128位密钥的高级加密标准 AES 算法，使用RSA算法实现密钥交换，并通过SHA签名算法保证传输中数据的完整性。设备维护管理平台针对具有数据保密需求的用户，可选择数据加密后归档，用户必须将数据导出并解密后才能查看归档的数据。 由于平台服务间使用了ACL技术进行认证，非法操作将被隔离。使用严格的认证和授权机制来认证用户身份和限制用户使用范围。设备维护管理平台对及时监测出异常操作进行跟踪并通知管理用户。

3.5 用户应用体验

在后台方面针对用户需求，装车站设备维护管理平台采用了HTTPS/RESTFUL接口和纯HTML5可视化页面，通过响应式布局技术管理控制在不同尺寸浏览器客户端的显示规则，可以自动适用各种尺寸的移动端设备的显示系统。同时，方便与企业用户的应用系统集成，如ERP系统、CRM系统、售后服务支持系统等。

地图应用服务及视频在线监视（见图4）：设备维护管理平台提供了地图信息服务。地图中可展示设备所处位置，或通过地图快速查找到指定设备。设备出现故障时，报警与地图信息联动，方便设备位置的定位。在线视频功能可以实时监视设备情况和设备状态，也可将视频信息存储于云端，方便设备状态的观察与回溯。

数据监测服务（见图5）：实现监视设备最新状态和参数变化。并可以追溯设备各参数的历史变化趋势，形成针对历史变化趋势的统计分析图表等。设备维护管理平台利用Dashboard 提供了丰富的可视化组件工具和各式组件，可快捷创建数据监测界面系统。图5显示了装车站液压泵站所属电机的工作监视情况，包括温度，时间，启停次数，故障次数等。

设备维护管理平台的远程控制服务（见图6）：在保证高度安全的前提下，實现对现场设备的控制和运行参数修改等功能。该图显示了对现场电磁阀使用情况的统计，以及对该系统电磁阀设备的健康分析。当电磁阀使用次数超过阀值时，除报警外可停止电磁阀使用，直至管理者利用平台实现授权后再次投入使用。

报警服务：设备维护管理平台在云平台提供了计算引擎，由用户定义触发器条件，计算引擎服务实时计算设备当前状态、变量和参数是否符合触发条件，对符合条件的情况触发报警。触发器所产生的报警，可通过邮件或微信的形式通知给指定的用户。

微信是移动端的即时通讯服务平台，支持跨通信运营商、跨操作系统。除了实现上述报警功能外，还可以通过微信确认设备，查看所有仪表盘内容，浏览动态流程图画面（见图7）。

4 结 论

面对煤炭行业形势趋紧的大环境下，减员增效是众多煤炭企业渡过难关的必要手段。对机电设备维护模式的转变是降低成本，增加效益的重要一环。对于设备提供商，基于云技术下的维护模式，维护成本同样大大降低，远程服务管理成为新的效益增长点。

远程服务管理模式出现并不算晚，但是受限于技术平台，其之前的建设往往是一对一的专网模式。这种模式成本高，对网络的技术要求多，使用复杂繁琐，涉及部门多，维护麻烦，因此之前在有限的煤矿企业使用。新云服务平台的使用，使维护平台统一，连接的模式简单通用，同时平台服务器集群的维护交给云平台服务提供商完成，维护更专业更有效率。最重要的是云服务平台的成本要比专网的使用低很多。可以预见，基于云技术的装车系统设备维护管理平台将会迅速实现产业化，产出经济效益。

主要参考文献

[1]肖军. 浅谈国外品牌风电机组及主要部件的运行及维护[J].风能产业， 2014（3）：30-36.

[2]孙国顺，张新，齐玫. 快速定量装车站全自动控制系统研究[J]. 工矿自动化，2011，37（7）：65-67.

[3]耿冰，于修理. SaaS与传统软件的比较研究[J]. 沈阳师范大学学报：自然科学版，2009，27（1）：84-86.

[4]李翠平，张佳，钟媛. 基于云计算和工作流的煤矿设备管理EAM系统[J]. 工程科学学报，2015（4）：528-534.

[5]苗永新，马海林，王志荣. 煤矿设备动态管理信息系统设计[J].工矿自动化，2013，39（5）：87-89.

[6] 周莹莲，刘甫. 服务器负载均衡技术研究[J]. 计算机与数字工程， 2010，38（4）：11-14.endprint