國電南瑞科技股份有限公司 曹 齊 王廣彬 崔永艷 林 峰

企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)要求的產(chǎn)物，“新基建”工程是國家為了推動(dòng)電力行業(yè)朝著信息化發(fā)展而提出的項(xiàng)目。而電工裝備制造產(chǎn)業(yè)是電力行業(yè)中重要的組成部分，也是進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)的基石。電網(wǎng)的安穩(wěn)運(yùn)行需要生產(chǎn)資料的穩(wěn)定供應(yīng)，而電工裝備企業(yè)則是進(jìn)行物料生產(chǎn)的源泉[1]?；诂F(xiàn)代化國家電網(wǎng)的要求，應(yīng)為電網(wǎng)建立完整高效的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，并維持供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性和高效性。后勤保證部門穩(wěn)定才能保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的穩(wěn)定，因此應(yīng)要求進(jìn)行電工裝備平臺(tái)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)智慧物聯(lián)平臺(tái)總體的技術(shù)框架要根據(jù)電工裝備產(chǎn)業(yè)的特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對電工制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)行信息化現(xiàn)代化的升級(jí)[2]。在技術(shù)架構(gòu)及功能模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)感知延伸功能，大數(shù)據(jù)時(shí)代不再具有數(shù)據(jù)壁壘。供應(yīng)鏈和電網(wǎng)之間打破信息不平衡的狀態(tài)，建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈的時(shí)候更加的專業(yè)和完整。大數(shù)據(jù)下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全息感知有利于在平臺(tái)建設(shè)的時(shí)候明確平臺(tái)的部署要求，通過電工設(shè)備生產(chǎn)過程的分析對平臺(tái)進(jìn)行集成方式的規(guī)范，推動(dòng)基于大數(shù)據(jù)企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)的電工裝備高效企業(yè)建設(shè)，在該平臺(tái)中可以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的管理，由傳統(tǒng)的現(xiàn)場查看產(chǎn)品質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程接觸就可以對電工裝備進(jìn)行監(jiān)控。并通過對產(chǎn)品全息畫像的分析，對電工裝備的初步質(zhì)量進(jìn)行分析。在平臺(tái)的建設(shè)中要注重參數(shù)選擇的規(guī)范性，在大數(shù)據(jù)時(shí)代將平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)中利用互聯(lián)網(wǎng)思維構(gòu)建完善的電工裝備制造產(chǎn)業(yè)核心新業(yè)態(tài)，在平臺(tái)中接入多元的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接入后就會(huì)由供需單核向供需轉(zhuǎn)變?yōu)榧骖欃|(zhì)量和效率的多元數(shù)據(jù)供需，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對電工裝備的有效管理。本文設(shè)計(jì)的基于大數(shù)據(jù)的電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)在電工裝備的產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)中處于關(guān)鍵位置，降低了一定的電工設(shè)備制造的管理風(fēng)險(xiǎn)。為了供應(yīng)鏈的穩(wěn)定作出了貢獻(xiàn)。

在本文設(shè)計(jì)的電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)中，為了平衡各種裝備工藝不同帶來的差距，而裝備的生產(chǎn)方式也包括流水線生產(chǎn)和單個(gè)手工生產(chǎn)，因此數(shù)據(jù)的記錄是不能使用同一種標(biāo)準(zhǔn)的，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理方式要在平臺(tái)中輸入不同的標(biāo)準(zhǔn)[3]。需要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對協(xié)同架構(gòu)下多種生產(chǎn)方式的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并且根據(jù)不同的電網(wǎng)要求，不同電網(wǎng)對裝備的要求也不同，在生產(chǎn)之前要基于供貨的訂單進(jìn)行生產(chǎn)，這就非?？简?yàn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理能力。

1 基于大數(shù)據(jù)的電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)背景下的特征，進(jìn)行電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件的過程中，應(yīng)進(jìn)行軟件的數(shù)字化改造，為了產(chǎn)品供應(yīng)鏈的合理規(guī)劃，增加平臺(tái)的交互性，根據(jù)平臺(tái)的功能要求設(shè)計(jì)接口，并進(jìn)行平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)各部分功能的模塊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[4]。將系統(tǒng)和接口進(jìn)行有效的連接，對平臺(tái)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)框架如圖1所示，接口包括設(shè)備接口、預(yù)留接口和調(diào)試接口。以太網(wǎng)接口負(fù)責(zé)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)通訊，其余還包括傳感器、RTC時(shí)鐘和存儲(chǔ)器。

圖1 軟件設(shè)備框架

1.1 數(shù)據(jù)處理器系統(tǒng)的選型

平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理器具有很多的數(shù)據(jù)接口，為了在多接口的情況下依然可以保證平臺(tái)使用的穩(wěn)定性，在數(shù)據(jù)處理器中安裝數(shù)據(jù)出路的系統(tǒng)，軟件的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)為AP SoC-5524548平臺(tái)，該平臺(tái)在進(jìn)行系統(tǒng)選型的時(shí)候可以進(jìn)行系統(tǒng)的資源對比，基于數(shù)據(jù)處理器的數(shù)據(jù)處理速度和效率的要求選擇Zynq8000/5000的資源封裝系統(tǒng)。系統(tǒng)的具體參數(shù)如表1所示。

表1 Zynq8000/5000資源封裝系統(tǒng)參數(shù)

本文考慮到軟件的成本問題，進(jìn)行系統(tǒng)選型的時(shí)候?qū)⑿詢r(jià)比算進(jìn)了考量條件范圍，主控系統(tǒng)為CLG448和SBG225，其余皆為輔助系統(tǒng)。在平臺(tái)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，既可以滿足內(nèi)存的需求，又不浪費(fèi)系統(tǒng)能量。且本文選擇的系統(tǒng)是可替換系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)故障可以隨時(shí)進(jìn)行維修，不需要拆卸信息處理器，簡單方便。

1.2 設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通訊器

本文主要使用的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，在LTE的網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿足大數(shù)據(jù)的時(shí)代的傳輸要求，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用5G網(wǎng)絡(luò)。在生產(chǎn)車間安裝品質(zhì)監(jiān)控的攝像。

監(jiān)控?cái)z像頭的實(shí)時(shí)傳輸需要良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，智慧網(wǎng)關(guān)與5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)依靠接口進(jìn)行連接。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，為以太網(wǎng)選擇Marve型號(hào)系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)承載系統(tǒng)，按照標(biāo)準(zhǔn)的物理層應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試千兆比特介質(zhì)的接口參數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)中采用數(shù)據(jù)線，為了保障傳輸速度保證數(shù)據(jù)的輸入晶振頻率在25MHz以上，在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中需要考慮通信時(shí)鐘的頻率，時(shí)鐘的頻率應(yīng)為晶振頻率的5倍左右。移動(dòng)通信采用無線終端，在通訊模塊中自帶電源的管理，供電的電壓在4.5V左右，軟件的環(huán)境溫度在30℃左右。

1.3 設(shè)計(jì)PL端接口

為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的信息的高效互通性，當(dāng)數(shù)據(jù)資源無法滿足平臺(tái)的數(shù)據(jù)需求的時(shí)候，在PL端可以增加新的IP地址，增加PL端接口的數(shù)據(jù)擴(kuò)展功能，PL端接口的系統(tǒng)采用可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)5000鏈接處理的復(fù)位系統(tǒng)，為PL端實(shí)現(xiàn)文件的約束。配置如表2所示。

表2 PL端接口引腳配置

系統(tǒng)引腳的參數(shù)如表2所示，引腳的約束條件是一種按轉(zhuǎn)序讀取的命令。

2 基于大數(shù)據(jù)的電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交互協(xié)議

平臺(tái)的配置文件包括智慧物聯(lián)軟件的基本參數(shù)信息和平臺(tái)各模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息。文件的保存和收發(fā)都采用統(tǒng)一的格式，平臺(tái)初始默認(rèn)的格式為SON，后期可根據(jù)平臺(tái)的使用環(huán)境等條件進(jìn)行改造。為了讓數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存更加具有層次化，配置文件現(xiàn)在保存之前首先要實(shí)現(xiàn)分類和動(dòng)態(tài)管理，在企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)中為了滿足平臺(tái)的管理功能，需要增加平臺(tái)的交互性。交互協(xié)議的字段代表著不通過的含義，交互協(xié)議各字段的協(xié)議規(guī)范如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)交互協(xié)議規(guī)范

如表3所示，基于大數(shù)據(jù)的電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)的交互協(xié)議規(guī)范中，將遠(yuǎn)程的交互指令協(xié)議規(guī)范按照自定義的方式進(jìn)行重新規(guī)劃，控制指令采用簡潔的控制方式。這樣無論是遠(yuǎn)程對平臺(tái)的控制指令發(fā)出，還是平臺(tái)對遠(yuǎn)程操控設(shè)備的信號(hào)節(jié)點(diǎn)后都可以實(shí)現(xiàn)指令快速解析。講解的交互協(xié)議可以降低平臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間，提升運(yùn)行效率。

2.2 設(shè)計(jì)企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫

基于企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)設(shè)計(jì)了產(chǎn)業(yè)鏈流程，設(shè)計(jì)符合平臺(tái)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)平臺(tái)與產(chǎn)業(yè)鏈管理之間的關(guān)系為電工裝備企業(yè)提供管理服務(wù)，平臺(tái)與不同設(shè)備進(jìn)行綁定的時(shí)候，需要進(jìn)行設(shè)備認(rèn)證。不同的設(shè)備進(jìn)行不同的權(quán)限設(shè)置，平臺(tái)不僅需要對正常運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，還應(yīng)對設(shè)備的數(shù)據(jù)等進(jìn)行記錄，這就需要數(shù)據(jù)庫具有強(qiáng)大的內(nèi)存。對平臺(tái)的用戶信息也進(jìn)行儲(chǔ)存和分類，企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)中的管理模塊和應(yīng)用模塊處于相互獨(dú)立又相互連接的狀態(tài)。

平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)之前對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定，在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)首先要保證對設(shè)備采集數(shù)據(jù)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集時(shí)效性，將設(shè)備的生產(chǎn)計(jì)劃按照訂單進(jìn)行有效的規(guī)劃。既保證客戶的訂單要求得到滿足，又不會(huì)積壓太多的庫存。當(dāng)訂單數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)之間的差值超過帶來風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)向管理員進(jìn)行報(bào)警。在對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測的時(shí)候，應(yīng)該用以數(shù)據(jù)的表結(jié)構(gòu)和字段的基本含義。裝備的生產(chǎn)過程和質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)要與合同信息中的規(guī)定數(shù)據(jù)相符合。備貨信息的數(shù)值大于發(fā)貨信息，數(shù)據(jù)庫中也要對應(yīng)好主要產(chǎn)品和原材料物料的關(guān)系。

3 平臺(tái)測試

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的平臺(tái)的優(yōu)越性，采用平臺(tái)測試的方式對上述設(shè)計(jì)的平臺(tái)軟件進(jìn)行測試。首先要搭建大數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在符合要求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行平臺(tái)的用例測試，測試平臺(tái)的功能能否正常實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行平均響應(yīng)時(shí)間的測試，驗(yàn)證平臺(tái)的基礎(chǔ)性能。

3.1 環(huán)境搭建

在實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建的過程中，需要驗(yàn)證平臺(tái)的穩(wěn)定性和軟件的穩(wěn)定性。軟件的穩(wěn)定性需要通過拷機(jī)測試的方式進(jìn)行，在通過引發(fā)構(gòu)建穩(wěn)定性之后繼續(xù)進(jìn)行平臺(tái)的性能測試，環(huán)境的構(gòu)架如圖2所示。

圖2 平臺(tái)測試環(huán)境搭建

如圖3所示，進(jìn)行平臺(tái)測試環(huán)境搭建之后，在平臺(tái)的腳本中將企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)設(shè)置為電工裝備生產(chǎn)自動(dòng)啟動(dòng)，網(wǎng)關(guān)設(shè)備保持24小時(shí)全天候的啟動(dòng)模式。在平臺(tái)顯示登錄之后進(jìn)行主控模塊的智能調(diào)度測試，本平臺(tái)在測試中連接的是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行子程序模塊的運(yùn)行測試，在經(jīng)過測試之后，測試的數(shù)據(jù)也是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上傳的，數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。

圖3 平臺(tái)測試結(jié)果

在整個(gè)平臺(tái)的測試中，借助了WinSCP作為平臺(tái)測試的工具。將WinSCP客戶端連接在平臺(tái)登錄的軟件設(shè)備上，并通過常規(guī)訪問和串口訪問兩種方式進(jìn)行SSH協(xié)議的連接。平臺(tái)測試的工具可以作為輔助的測試工具。

3.2 平臺(tái)用例測試

基于大數(shù)據(jù)的技術(shù)原理以及上一步搭建的測試環(huán)境，對平臺(tái)的基礎(chǔ)用例進(jìn)行測試，用例測試的結(jié)果如表4所示。

用例測試結(jié)果如表4所示，7項(xiàng)重要用例的測試全部通過，本文平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)正常的功能。

3.3 性能測試

通過平臺(tái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，在本平臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間結(jié)果如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，本電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)在6次實(shí)驗(yàn)中的平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間在0.3s～0.6s之間，在保證平臺(tái)穩(wěn)定性的前提下實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)的迅速性，增加了企業(yè)的智慧管理效率，在廣義上實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈集約化的成本管控，將物聯(lián)和人聯(lián)結(jié)合起來，提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

表4 用例測試

4 結(jié)語

本文針對大數(shù)據(jù)技術(shù)的技術(shù)特征，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)對電工裝備企業(yè)智慧物聯(lián)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中通過協(xié)同技術(shù)對電工設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，推動(dòng)了平臺(tái)的建設(shè)中數(shù)據(jù)的處理環(huán)節(jié)的進(jìn)步，通過對平臺(tái)進(jìn)行的商業(yè)共聯(lián)，在未來的電工設(shè)備圈中可以占有一席之地，對著大數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展和時(shí)代建設(shè)的研究，在未來一定會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品精度監(jiān)測精度的提升。為我國電力行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。