馬 文

(太原重工股份有限公司 技術(shù)中心， 山西 太原 030024 )

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的外延，互聯(lián)網(wǎng)是通過電腦、移動終端等設(shè)備將人聯(lián)網(wǎng)所形成的一種連接方式，而物聯(lián)網(wǎng)是通過傳感器、通信模塊、智能芯片使物體聯(lián)網(wǎng)。傳感器、控制器和專用設(shè)備現(xiàn)存在于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，通過分配唯一的IP或網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,進(jìn)而完成雙向數(shù)據(jù)互通，這就是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)[1]。

1 大型設(shè)備大數(shù)據(jù)平臺的組成

設(shè)備大數(shù)據(jù)平臺的組成如圖1所示，通常包括以下幾部分：

(1) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

(2) 基礎(chǔ)設(shè)施，包括數(shù)據(jù)中心、呼叫中心、大屏系統(tǒng)、PC等。

(3) 大數(shù)據(jù)平臺軟件系統(tǒng)，包含定制開發(fā)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)軟件、大數(shù)據(jù)軟件等。

圖1 設(shè)備大數(shù)據(jù)平臺的組成

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)，所有的數(shù)據(jù)均來自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)(ARM/x86架構(gòu))，具有和產(chǎn)品PLC控制器及車載控制器通信交互、有線/無線傳輸、數(shù)據(jù)存儲、故障庫更新、數(shù)據(jù)分析等功能，通常要求支持多協(xié)議多接口接入，常用的接口協(xié)議有PROFIBUS、MODBUS、CAN、PROFINET，以及RS485、RS232，同時要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在本地有一定的可編程性，方便用戶靈活應(yīng)用。

3 基礎(chǔ)設(shè)施

基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)包括數(shù)據(jù)中心的建設(shè)、呼叫中心的建設(shè)、大屏系統(tǒng)建設(shè)等。

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)主要包括機(jī)房的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及機(jī)房網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、服務(wù)器的安裝與部署。數(shù)據(jù)中心是業(yè)務(wù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)資源進(jìn)行集中、集成、共享、分析的場地，從應(yīng)用層面來看，包括核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)、各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)；從數(shù)據(jù)層面來看，包括操作型數(shù)據(jù)和分析型數(shù)據(jù)的集成；從基礎(chǔ)設(shè)施層面來看，包括機(jī)房、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲和整體IT運(yùn)維服務(wù)。

4 大數(shù)據(jù)平臺軟件系統(tǒng)

構(gòu)建大型工控設(shè)備的大數(shù)據(jù)平臺，不僅要按照目前的設(shè)計(jì)容量和成本考慮，還要考慮隨著設(shè)備的接入不斷增加，數(shù)據(jù)量會不斷地動態(tài)增加，這就要求平臺必須具備處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的能力。按照某大型礦山設(shè)備、大型起重設(shè)備、大型工程機(jī)械接入2 000臺的設(shè)計(jì)量，數(shù)據(jù)存儲空間至少大于50 TB，平臺可以實(shí)時在線訪問5年內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息。

4.1 系統(tǒng)要求

對大型設(shè)備數(shù)據(jù)平臺的定制要求一般體現(xiàn)在以下4個方面：

(1) 低成本定制。隨著平臺的深入使用，對平臺肯定會不斷產(chǎn)生新的需求，因此平臺的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必須具備足夠的彈性。平臺設(shè)計(jì)只需要增加后臺服務(wù)器軟件以及硬件服務(wù)器，增加的后臺服務(wù)器軟件(如采集服務(wù)器、分析服務(wù)器、報警服務(wù)器軟件)部署到新增的硬件服務(wù)器上后，只需修改其配置信息,而無需修改程序代碼，即可實(shí)現(xiàn)平臺的無限擴(kuò)容，這樣就可以在不需要做大變動的情況下投入較少的人力和時間進(jìn)行定制開發(fā)從而滿足新的需求[2]。

(2) 可靠性和穩(wěn)定性。工控大數(shù)據(jù)平臺是面向用戶的設(shè)計(jì)部門、生產(chǎn)部門、銷售部門提供應(yīng)用服務(wù)的平臺，因此必須具備優(yōu)良的可靠性和穩(wěn)定性，同時要求平臺能夠?qū)崿F(xiàn)7×24 h的平穩(wěn)運(yùn)行。故障恢復(fù)時間小于60 min，平均無故障時間大于1.6 ×104h。平臺同時可登錄用戶不低于500名，查詢設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)延時小于60 s，服務(wù)器平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)下的峰值(CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)流量)小于最大值60%。

(3) 可伸縮性。由于平臺的入網(wǎng)設(shè)備數(shù)量持續(xù)增加，一次性構(gòu)建一個龐大的數(shù)據(jù)中心對廠家來說并不是最經(jīng)濟(jì)的方案，因此平臺必須具備可伸縮性，在設(shè)備入網(wǎng)數(shù)增加后可通過增加服務(wù)器數(shù)量來滿足其性能需求。

(4) 維護(hù)和管理。平臺除滿足銷售部門、技術(shù)部門、售后服務(wù)部門、最終用戶的需求外，還需滿足后臺運(yùn)維人員、開發(fā)人員、測試人員的需求，便于日常維護(hù)，滿足開發(fā)人員對于新功能的測試需求[3]。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

接入平臺的設(shè)備均為大型工控設(shè)備，數(shù)據(jù)量規(guī)模大，根據(jù)平臺要求，采用云計(jì)算架構(gòu)，對此架構(gòu)設(shè)計(jì)了設(shè)備層、平臺層、業(yè)務(wù)層三層，此架構(gòu)整合了智能制造的多層次需求，系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示[4]。

設(shè)備層由服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、交換機(jī)、路由器等構(gòu)成；平臺層負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的上下行通訊；業(yè)務(wù)層采用了多級均衡設(shè)計(jì)，有較高的可靠性和伸縮性，同時根據(jù)用戶的需求進(jìn)行定制開發(fā)，將平臺層的計(jì)算和分析結(jié)果進(jìn)行輸出和展示。平臺層存儲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送過來的設(shè)備原始數(shù)據(jù)，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)崩潰時，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的恢復(fù)，同時平臺層還可向第三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口輸出數(shù)據(jù)，并開放相應(yīng)的接口。業(yè)務(wù)層根據(jù)用戶的差異化需求進(jìn)行需求結(jié)果輸出。平臺將數(shù)據(jù)運(yùn)算和業(yè)務(wù)處理進(jìn)行隔離，數(shù)據(jù)運(yùn)算在平臺層進(jìn)行，業(yè)務(wù)處理在業(yè)務(wù)層進(jìn)行,通過這樣的設(shè)計(jì)來保障數(shù)據(jù)的安全可靠，同時也可降低業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)周期及成本[5]。

4.3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)

業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要結(jié)合業(yè)務(wù)需求和云計(jì)算的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行定制開發(fā)，遠(yuǎn)程實(shí)時檢測設(shè)備的運(yùn)行情況、運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時定位設(shè)備的工作位置，記錄設(shè)備在線情況、設(shè)備離線狀態(tài)、設(shè)備售后服務(wù)、設(shè)備保養(yǎng)、設(shè)備報修、派工管理，實(shí)現(xiàn)維修歷史查詢、設(shè)備工時統(tǒng)計(jì)、能耗統(tǒng)計(jì)、故障統(tǒng)計(jì)、健康分析、實(shí)時故障統(tǒng)計(jì)與推送、故障點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢與同步回放、自定義故障觸發(fā)規(guī)則、故障預(yù)測與主動防護(hù)等功能，利用大數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、故障統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)、報表生成等。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

目前本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求如圖3所示。

圖3 平臺業(yè)務(wù)需求

5 結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，用戶的需求會不斷增加，工控設(shè)備平臺的建設(shè)應(yīng)緊密結(jié)合用戶的需求，通過定制、優(yōu)化設(shè)備不斷提升設(shè)備性能。

參考文獻(xiàn)：

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