工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

鞍山森遠(yuǎn)路橋股份有限公司 吳占軍

“中國(guó)版工業(yè)4.0”勾畫了中國(guó)制造業(yè)未來(lái)10年發(fā)展藍(lán)圖，互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)工業(yè)的融合將是中國(guó)制造新一輪發(fā)展的制高點(diǎn)，智能制造將是中國(guó)制造未來(lái)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(shì)》報(bào)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(duì)于地域分散，使用時(shí)不易管理，并且比較分散的不同類型設(shè)備，機(jī)器狀態(tài)仍局限于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視或控制，遠(yuǎn)程設(shè)備智能化的要求非常迫切。服務(wù)處于價(jià)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(jià)值約占整體價(jià)值的三分之一，而服務(wù)所創(chuàng)造的價(jià)值約占三分之二。裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，需要從傳統(tǒng)“研發(fā)—制造”向“研發(fā)—制造—服務(wù)”過(guò)程轉(zhuǎn)變。這個(gè)變化過(guò)程除了設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警及設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷帶來(lái)便利和售后成本降低外，設(shè)備使用率、故障率、分項(xiàng)計(jì)量統(tǒng)計(jì)等大數(shù)據(jù)的分析報(bào)告更能讓客戶體會(huì)到智能制造帶來(lái)的驚喜。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)希望能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)，為了解決這些問(wèn)題，做到對(duì)全球各區(qū)域的設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)和故障及時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，同時(shí)隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，采取一些信息化的技術(shù)手段來(lái)加強(qiáng)遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程控制的能力。通過(guò)云平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一功能，隨時(shí)了解已銷售的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，所處位置等實(shí)時(shí)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(huì)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(bào)警或預(yù)警，從而保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行及最大限度降低故障時(shí)間。工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）為客戶提供更好的及時(shí)、準(zhǔn)確、正確的設(shè)備維護(hù)服務(wù)；

（2）減少客戶設(shè)備的停機(jī)和故障，為客戶贏取利益；

（3）為客戶帶來(lái)更多的收益和更少的費(fèi)用；

（4）更快的維護(hù)響應(yīng)速度，提高其客戶的滿意度；

（5）準(zhǔn)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(jí)的服務(wù)和咨詢，增強(qiáng)設(shè)備廠商的服務(wù)技術(shù)水平；

（7）提高設(shè)備廠商維護(hù)工程師的工作效率，降低人員成本；

（8）減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，降低售后服務(wù)成本；

（9）實(shí)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)共分為三個(gè)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(shí)物品的識(shí)別碼和物品的靜態(tài)與動(dòng)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(wèn)題，由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。該層被認(rèn)為主要是物品標(biāo)識(shí)和信息的智能采集，通過(guò)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(shí)讀器等基本標(biāo)識(shí)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)等）兩大部分組成。該層的核心技術(shù)涉及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(wú)線接入、以太網(wǎng)接入、衛(wèi)星接入等各類接入方式，實(shí)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(wú)線通信方式如GPRS和WiFi。

（3）應(yīng)用層，通過(guò)各種設(shè)備與人進(jìn)行交互。處理層由業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)（中間件平臺(tái)）、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)（例如M2M管理平臺(tái)）、信息處理平臺(tái)、信息安全平臺(tái)、服務(wù)支撐平臺(tái)等組成，完成協(xié)同優(yōu)化處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(jì)算服務(wù)模式、SOA系統(tǒng)架構(gòu)方法等先進(jìn)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(yuǎn)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(wú)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(chǎng)總線技術(shù)為主，電力線載波（Power Line Carrier，PLC）技術(shù)的最大特點(diǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有覆蓋范圍廣，連接方便等突出優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)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(wú)線通信技術(shù)很多，包括Zigbee、WiFi、紅外、藍(lán)牙、Z-wave等短距離通信技術(shù)以及GPRS、LoRA等長(zhǎng)距離無(wú)線通信技術(shù)，與傳統(tǒng)的有線傳輸信道相比，無(wú)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）云平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

“云平臺(tái)”簡(jiǎn)單理解就是把應(yīng)用軟件部署到“公網(wǎng)可訪問(wèn)的服務(wù)器”上，對(duì)所有用戶開(kāi)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(wèn)服務(wù)器”的服務(wù)器可以是托管在機(jī)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(tái)中，與設(shè)備端相連自動(dòng)采集所控設(shè)備的運(yùn)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(guò)GPRS/WiFi等網(wǎng)絡(luò)將這些信息發(fā)送到“云監(jiān)控平臺(tái)”。云監(jiān)控平臺(tái)獲取“被監(jiān)控端”加密通訊的數(shù)據(jù)，解析后存儲(chǔ)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和診斷,對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警，并通過(guò)推送或者短信等方式及時(shí)通知本地監(jiān)控管理服務(wù)器和相關(guān)管理人員。同時(shí)“云監(jiān)控平臺(tái)”對(duì)連入的“監(jiān)控端”進(jìn)行安全認(rèn)證和數(shù)據(jù)訪問(wèn)過(guò)濾，保證其數(shù)據(jù)的安全性。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)

數(shù)據(jù)庫(kù)是上位機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，合理的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠大大提高本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)訪問(wèn)時(shí)的響應(yīng)速度及穩(wěn)定性。面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的監(jiān)控系統(tǒng)需求，可以抽象出6個(gè)實(shí)體，如圖1所示，分別為用戶、公司、設(shè)備、歷史數(shù)據(jù)、警報(bào)和維修記錄，實(shí)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(bào)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(kù)實(shí)體關(guān)系圖

三、總結(jié)

本文針對(duì)目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷分析的需求，圍繞遠(yuǎn)程監(jiān)控綜合管理云系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，詳細(xì)論述了遠(yuǎn)程通信技術(shù)、云平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。目前，鞍山森遠(yuǎn)路橋股份有限公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了就地?zé)岣咚俟佛B(yǎng)護(hù)重鋪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了基于PLC的數(shù)據(jù)采集、基于GPRS的遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)傳輸、基于組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)控管理遠(yuǎn)程云平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)在外工作機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、設(shè)備管理、故障報(bào)警分析等功能。