基于NFC的水电站现场移动生产管理系统开发

2020-06-20

水电与抽水蓄能 2020年2期

（宁波市白溪水库管理局，浙江省宁波市 315600）

0 引言

随着2011年中央1号文件《关于加快水利改革发展的决定》、水利部《推进水利现代化试点工作要求》和各省水利信息化建设“十二五”规划的相继出台，兴起了水利现代化建设的热潮。水利部提出水利信息化是水利现代化的重要组成部分，以水利信息化带动水利现代化，重点实施“智慧水利”工程。水电站是水利基础产业之一，其安全生产管理是水利工作的重要组成部分，但是水电站的管理现状离现代化管理水平还有一定差距，主要表现在水电站管理信息化水平与当前信息技术发展水平有一定差距、以两票三制为核心的生产管理系统考核落后、设备台账管理流于手工、缺陷发现及处理不能信息化，导致运行检修人员在巡检、操作票、工作票、缺陷处理、台账管理等方面任务繁锁，容易出错，效率低下，且各自为战，缺乏有机联系，信息无法共享，直接影响水电站安全运行和生产效益[1]。因此非常有必要利用信息化手段建立一套涵盖水电站两票三制、缺陷管理、设备台账管理为主要内容的现场生产管理系统来提高水电站的现代化管理水平。

目前随着技术的发展，Pad等移动终端性能大幅提升，功能完备、便于携带、具备无线传输能力，能够完成电厂日常巡视、查询、分析和数据处理等任务；NFC技术也日益发展，已开始应用于水利电力等领域，实现对建筑、设备的定位、智能巡检、线路规划等信息化管理，这些都为系统的建立提供了很好的技术支撑。Pad和NFC技术结合应用于水电站现场生产管理系统在国内尚属首例，将填补国内水电站现场生产管理信息化和移动办公的空白，建成后显著节省人力和办公成本，提高电站日常管理的效率，水电站由传统管理迈入信息化管理，实现水电站规范、高效、安全运行。此系统具备水电站管理的通用性，可逐步向其他水电站推广应用，为探索提高水电站现代化水平做出贡献。该系统应用在宁波市白溪水库电站取得了良好的反响，也是浙江省水利科技项目，是“智慧水利”工程的一部分，将为水电站的现代化建设提供示范和借鉴作用。

1 系统设计原则

系统以“合理、稳定、先进、安全、易操作性、易维护性”为原则进行设计，具体如下：

（1）合理性：系统采用标准化、网络化的系统结构，具有高度的可靠性和安全性，同时符合互联标准。系统采集层与原系统相互独立，不影响原系统的正常运行；系统具备软硬件的扩充能力，支持系统结构的扩展和功能升级；系统为其他数据的接入提供标准接口，以利于其他应用调用及二次开发；系统的软硬件接口均采用标准数据接口，支持与其他标准硬件、其他网络及不同生产商的设备互联，可以达到信息资源共享[2]。

（2）稳定性：系统为标准化的成熟产品，工作站、服务器、网络存储设备及前端采集控制设备等均选用国内外知名品牌。硬、软件功能完善并采用模块化结构，系统的局部故障不影响整个一体化平台的正常工作，且便于故障排除和替换；系统具备处理多事件同时发生的能力，保证了多事件同时发生的响应速度。

（3）先进性：系统反映当今技术的先进水平，所采用的技术和设备在完全满足系统稳定、可靠运行的基础上，保证5年内不会被淘汰。

（4）安全性：系统实行操作权限管理，按工作性质对每个操作人员赋予不同权限，对系统登录、操作进行权限查验；系统具有网络安全保护功能，保证系统数据和信息不被窃取和破坏；系统保存的重要数据，具有不可删除和不可更改性；系统具有较强的容错性，不会因误操作等原因而导致系统出错和崩溃；系统具有自诊断功能，对设备、网络和软件运行进行在线诊断，可发现故障并能显示告警信息；系统具有数据备份与恢复功能。

（5）易操作性：系统软件提供全可视化中文操作界面，操作员只需经简单的培训就可熟练使用。系统软件用户界面设计合理，充分考虑实际使用的方便性及舒适美观的视觉效果。

（6）易维护性：系统具有自诊断和自恢复功能，可以报告故障位置及原因，部分系统故障可以由系统本身自行修复，帮助维护人员定位和排除故障，从而进一步减少工作量，并自动生成系统运行日志。

2 系统框架

整个方案设计基于以太网和SOA架构，利用先进的数据库技术、计算机网络技术、物联网及信息基础，通过TCP进行数据传输。系统框架见图1。

图1 系统框架图Figure 1 System Framework Diagram

2.1 系统网络架构

系统通过巡检服务器将上位机监控系统、视频监控数据和巡检轨迹数据进行汇总，并通过Web容器进行信息发布，供Web浏览器和巡检终端访问及数据交互。巡检服务器通过不同的网卡与原上位机监控系统、视频监控系统和巡检轨迹建立物理通信链路，在建设过程中与原系统网段隔开，提高系统的安全性。网络架构见图2。

节目要真实，有情感，选取的对象要有样本价值。要做到这一点，就必须坚持走转改、涉深水、抓活鱼，通过采编人员的亲身体验和现场调查，做出有张力、有内涵的节目。

图2 网络架构图Figure 2 Network Architecture Diagram

2.2 移动终端软件

移动终端软件基于当前最流行的Java编程语言开发，采用NFC近场通信、二维码扫描、云服务等技术手段，实现用户登记注册、巡检记录、消息推送、巡检信息共享、文档查询、设备查询等功能，其与服务器端采用互联网标准的http协议进行数据传输。系统主要功能模块见图3。

图3 功能菜单Figure 3 Function Menu

3 系统功能模块设计

3.1 智能巡检系统

目前电厂现场工作人员进行日常巡视和安全检查时，往往要前往多个地点巡查设备，每到一处需检查核对的项目繁杂。传统使用手工抄表记录，效率低、出错率高，难以适应现代管理的需求。设备巡检路线、检查项目、运行数据监视范围完全靠专业人员自己掌握，缺乏监管，而且发现缺陷时不能及时记录故障现场，不便分析和检修处理。巡检期间发生其他设备故障及报警时无法知晓和处理。本模块基于NFC技术基础上研发，巡检人员手持移动终端对电站巡查，将行走路线和抄表数据实时上送，在系统中自动形成巡查路线和报表，若发现的设备异常情况以文字、照相、录像实时上传后方，方便后台管理人员提供实时指导及快速处理，同时按规定程序进入缺陷处理流程。巡检人员配备移动终端后，在任何时候均可通过网络接收上位机数据，实时了解全站设备运行情况、网络视频数据和告警信息[3]。

3.2 定期检查试验管理

目前设备的定期试验检查虽有周期，但容易遗漏且试验结果无记录，不便分析设备发展趋势。本模块按拟定的试验项目周期自动提醒，在试验后记录文字、图像或视频等信息自动上传并按设备属性分类形成台账。

3.3 操作票管理

本模块主要按安规规定实现操作票的拟票、核票、发令、监护、复诵、逐项操作等程序的数字化和无纸化工作，监护人手持Pad，设备状态与中控室监控同步显示，操作全程做好录音记录，操作完成自动归档。

3.4 工作票管理

本模块主要按照安规规定实现工作票的填写、签发、操作、许可、工作终结等工作，实现数字化和无纸化管理。该模块上可接缺陷处理流程，下接设备台账管理。检修人员手持Pad到现场许可工作，所需的设备资料如历史检修情况、说明书、图纸等可方便查阅，工作终结后检修和验收结果的文字、图像或视频等信息自动按设备属性分类形成设备履历台账[4]。

3.5 缺陷处理

本模块实现缺陷内容现象的实时上报，按照处理权限分配至不同层，可上接巡检模块，下接工作票管理模块，从缺陷发现、缺陷单填写、通知、处理、验收、归档实现缺陷处理的闭环管理。

3.6 设备台账管理

本模块主要包含三部分：设备属性、设备履历和备件管理。设备属性按照设备分类详细列入参数、规格、数量、说明书、运行规程、图纸、监视数据范围，此部分与巡检模块和工作票模块关联，是以上所有模块的基础。设备履历包含历来缺陷处理、大小修情况记录，可按设备分类、故障性质、时间等分类查询。备件管理包括备件的常规管理（出入库和定置），备件的规格、型号、数量、有效期等信息共享，每件备件都隶属于设备分类[5]。

4 移动生产管理系统后台网页端

4.1 工作台

登录后，进入的页面就是工作台页面，见图4。本页面主要展示了今日日期、系统公告、报警信息、未完成工作事项、未完结操作票事项和待办事项。左侧的功能按钮能快捷进入各个系统界面。使用时将鼠标悬停在要进入的功能菜单上1s，子菜单根据此时的功能菜单对应显示出相应的子功能菜单列表，鼠标单击进入。功能主菜单包括工作台、主接线图、巡检管理、生产报表、工作票管理、操作票管理、资产管理和系统设置。

图4 工作台界面Figure 4 Worktable interface

4.2 工作票模块

在这里可以新建或调用工作票。单击进入未完成的工作票事项进行签发和签字审核操作。先确认审核该工作票是否合格，再由签发人确认并签字。经过签发的工作票将进入已签发状态，再由各级审批签字（以输入登录密码的方式代替签字），最终通过并终结该工作票。单击工作票管理按钮，进入工作票管理页面。工作票管理一共包含第一种工作票、第二种工作票、动火工作票、继电保护专业工作票和机械工作票五种。

4.3 操作票模块

点击进入未完成的操作票事项进行签字审核操作。先确认审核该操作票是否合格，再由各级确认并签字。经过审核的操作票将由值长发令并提醒相关操作人员开工。完成操作后汇报值长后完结该操作票。

4.4 巡检管理模块

通过点击左侧巡检管理按钮，进入巡检管理界面。划分为巡检项目管理子模块、巡检记录模块、巡检异常查询模块。巡检项目管理列出了所有巡检的地点（设备）以及所在位置。网页上还可以点击相关按键来查看具体设备的详细信息或者删除多余设备、创建新的巡检项目。回到列表页面，进入项目详情，可以看到该项目所在的地点、相关设备NFC卡编码、项目的序号以及巡检的具体内容。巡检记录查询模块可以查到之前所有的巡检记录，每条记录后有两个按钮，分别为巡检记录和巡检数据。

4.5 缺陷管理模块

进入缺陷通知单可以看到故障相关的设备名称、相关地点、发现时间、发现人、缺陷内容、缺陷程度、故障处理状态、通知人通知时间以及需要通知的人员等信息。

4.6 报表管理模块

主要包含水机运行日志、电气运行日志报表，均可以查询日志的具体数据，并可以把报表导出到Excel。

4.7 资产管理模块

主要包含设备管理和档案管理两个相互关联的子模块。设备管理界面可以查看、修改、添加或删除设备。档案管理主要管理各个设备的图纸说明书等资料。档案管理界面可以对已有的档案进行修改、删除和超链接，也可以添加新的档案。

4.8 系统设置模块

这里主要包括部门管理、员工管理、设备分类管理、档案分类管理、位置管理、用户管理等。

5 移动生产管理系统移动端

5.1 主菜单

点击桌面白溪水库的图标就进入了白溪水库生产管理系统软件，该软件需要注册用户才能登录系统，进入软件后看到的是等待用户登录的界面。登录成功后，软件自动进入主菜单界面。主菜单左上部分显示的是登录用户的基本信息。右上角是退出按钮，点击可以退出当前登录的用户。中间位置显示的是系统十大功能模块的图标，既系统公告、巡检管理、工作票管理、操作票管理、接线图、缺陷管理、定期试验、生产信息、资产管理和系统设置。点击相应的图标可以进入对应的功能模块中。

5.2 系统公告

系统公告模块主要用来展示整个系统产生的通知类信息，方便用户及时地了解整个生产过程中的状况。这些消息来源于四个方面：设备异常信息、工作票提醒信息、操作票提醒信息以及公告信息。进入系统公告界面，该界面正上方显示的是当前日期。公告界面的第一部分显示的是异常通知，主要接收并发布设备的异常状况。第二部分显示未完结的工作票事项，点击可以进入此工作票并进行相应的操作。第三部分显示的是未完结操作票事项，点击可以进入此操作票，继续完成此操作票。第四部分是系统公告，用来展示系统发送出来的公告信息，点击可以查看对应的系统公告详情。

5.3 巡检管理

巡检管理功能是整个巡检系统的核心功能之一，是信息登记的关键。主要分为巡检、项目管理、记录查询和异常查询。点击开始本轮巡检，系统开始获取巡检项目，等待获取巡检项目完成，系统自动进入巡检项目界面，见图5。巡检员到达指定巡检地点，将手持终端的NFC感应区贴近待巡检的设备的NFC卡上，稍等片刻，待手持终端发出扫描成功的提示音后，系统将自动跳转到具体巡检项目。未经过巡检的项目以红色标示，巡检完成的项目以绿色标识。如图6所示为巡检中控室（继保室）的具体项目，每个具体项目分为抄表项、巡检项、备注和拍照。抄表项需要根据具体项目填写对应的数据。巡检项目根据指示检查设备的运转情况点选“正常”或者“故障”。如果故障，则会弹出一张缺陷表，根据缺陷程度，点选“一般缺陷”“重要缺陷”或者“紧急缺陷”。然后根据异常数据或者现象填写缺陷备注并可以拍摄故障设备的照片，然后提交。

程序制作过程中对巡检人员的定位是实现移动巡检的关键技术之一，在发电厂房内记录巡检人员的轨迹，以及实现人员的定位。巡检流程主要依据现场设备或者关键厂房内特定地点贴好的NFC标志，在处理过程中将设备贴近标签读取巡检流程预设的工作任务。实际使用中NFC标签变更对管理要求较高，需要尽量提前设定NFC的内容。采用如下程序实现了上述功能。代码及程序片段如下：

图5 巡检项目Figure 5 Patrol inspection items

图6 中控室（继保室）巡检点Figure 6 Patrol inspection point of central control room （relay room）

5.4 工作票管理

工作票管理分为七大版块，包括工作区、签发区、第一种、第二种、动火、继电保护、机械。其中第一种、第二种、动火、继电保护和机械五块可以查看相关的工作票列表。列表主要展示工作票的编号、工作票的标题、工作票的状态、工作票的开始结束时间以及工作票的负责人信息。点击工作票，页面会显示选中工作票的详细信息。只能对该工作票的详细信息进行查看，不可修改。签发区主要用来签发可签发的工作票。点击指定的工作票显示该工作票的详细。信息签发人需点击“签发人”项，在弹出的界面的灰色区域进行签名，点击灰色区域下方的“√”号保存签名，或者点击“×”号取消签名，签名结果会显示在工作票的“签发人”的下方。然后，签发人需核对工作票，如果工作票合格，点击“审核通过”按钮；如果工作票不合格，点击右上方“不合格”按钮。提交完成后，工作票签发流程完成。工作区主要处理已经签发的工作票的后续签字审批程序。首先需经过工作负责人和许可人签名来确认此工作票，然后需要工作班组签名来确认负责人布置的工作任务和安全措施。如果需要延期，则需要工作负责人和许可人设定延长日期并在相应位置签名以确定工作延期。当工作票完成时，需填选工作票终结日期，以及工作负责人和许可人的签名确认，最后点击右上角的“下一步”完成此工作票的上传。

5.5 操作票管理

操作票管理分为三大版块，包括工作区、签发区和操作票。操作票版块可以查看最近的操作票列表，列表显示操作票的编号、操作票的名称、操作票的状态、操作票的拟票人和操作票的执行人。单击操作票可以查看操作票的详细信息，此处的操作票信息只能查看不能修改。签发区主要用来签发待签发的操作票。首先，签发人需单击“指派监护人”，在弹出的人员类表中选择一个作为该工作票的监护人。然后，签发人需核对操作票，如果操作票合格，单击“审核通过”按钮；如果操作票不合格，单击右上方“不合格”按钮。提交完成后，签发流程完成。工作区主要显示和执行可操作的操作票。经过上一步签发后的操作票会显示在工作区中。执行人可以对其进行下一步操作。操作人需要单击“未录音”按钮，进入录音模式，并录取操作中朗读和复读安全事项的声音。录制声音完成后，录制按钮变为播放按钮，单击可以收听刚刚录制的声音。在其右边按照实际情况点选“正常”或者“不正常”。所有操作玩成后，需要操作人填写总结，并签字。确保录入准确、完整后单击页面右上角的“提交审核”按钮，工作票进入审核状态。最后需要操作人、监护人和值长以此进行总结并签字，操作票进入下一个状态。如果操作人、监护人和值长有一方没有审核通过，那么该操作票会返回上一状态，需重新进行上述的总结、签字和提交过程，总值长签字后，该操作票终结。

5.6 缺陷管理

缺陷管理分为缺陷通知和检修记录两个模块。缺陷通知界面展示有缺陷的设备列表，列表内容包括设备名称和缺陷程度信息。单击右上角的输入框，输入设备名称，然后单击“查询”按钮，可以查询输入关键字相关的设备信息列表。单击缺陷通知条目，显示缺陷通知的详细情况，包括缺陷编号、设备名称、发现地点、当前状态、现场照片等信息，方便直接了解缺陷状况。

5.7 生产报表

生产管理报表分为四个部分，分别是电气采集、水机采集、电气日志和水机日志。电气采集和水机采集主要用于在固定时段记录下相关数据，以便生产相应的电气日志和水机日志。电气采集和水机采集的方式基本上一样。左侧标题显示当天日期，标题下方的为时间列表，表示一小时采集一次。采集数据时，先在左侧列表中选中时间，然后在右侧列表中录入对应的抄表项，录入数据时无需手动保存。

5.8 资产管理

资产管理主要分为设备管理和档案管理两部分。设备管理部分罗列了所有运行设备的详细信息，包括设备名称和设备的参数。单击设备，可以查看和该设备关联的各种数据。档案管理部分罗列了所有设备的说明书与图纸。点击相应的文档，可以直接自动下载并打开文档（支持的类型包括office文档格式、cad文档格式、pdf等）。