企业级闸门远程运维监管体系的探索

2022-08-20赵睿

水电站机电技术 2022年8期

赵睿

（山东省阳谷县水利局，山东聊城 252326）

1 引言

防洪工程重要的设施是启闭机及闸门，而远程运维平台及监测技术是信息化工程的重要方面，因此，本研究是水利工程补短板的两个重要方面，是行业的需求之所在，是对水利工程监管的需要。山东阳谷县的防洪闸门目前依然采用传统的运行管理模式[1]，即每个闸门自行进行控制调度，闸门与闸门之间没有形成互联。因此，由阳谷县水利局组建运维公司或政府购买服务方式，在水利局行业指导下，建立企业级远程运维云平台进行集中控制和集中管理，对减少人员成本，提高管理效率等方面具有重要意义。

2 总体技术架构

（1）总体技术架构

启闭机闸门远程运维监管云平台采用了面向服务体系架构，同时结合水利行业基础数据进行研发，该平台构建能够统一水利地图支撑平台，以基础地理信息数据、水利行业基础数据、水利电子地图数据等资源为基础，以WebGIS、服务聚合等封装集成与开发技术，将多源、多尺度、多类型基础测绘与水利地理信息资源有机组织起来，构建水利基础地理空间信息服务和专题应用服务，开发在线标绘系统、地图服务资源管理系统、在线专题制图系统和运行维护管理系统，实现基于地图平台进行水利资源查询管理和水利工程在线标绘，支撑整个企业大数据运维服务的不断开展和运行。同时可为水利相关政府部门、水利企事业单位和社会公众等不同部门行业应用提供无缝接口，为客户运维管理开启服务之门的同时，也为行业主管部门开启一扇服务之窗。平台分为支撑层、数据层、系统层、服务层和应用层，体系架构如图1所示。

图1 总体技术架构

（2）标准化服务体系建设

企业层面，需要对企业运维管理业务进行梳理，依据实际情况，出台相应的制度、导则和标准。建设和完善系统化的标准化运维管理服务体系，完成顶层设计。以平台建设为契机，建设企业运维服务中心、精准服务和营销中心、智能产品研发中心以及对应的机构、岗位、职能建设等。

（3）软硬件系统补短板

①积极与各级行业主管部门、各个工程水管单位对接，引导他们开展基础软硬件建设，包括启闭机闸门远程计算机监控系统、各类自动化监测系统、视频监控系统、安全防护系统、各类工情监控系统、各类设备监控系统以及巡检巡查系统等。②加强接口研发，支持接口标准化开发和通信服务补短板之路。由于各级行业主管单位和水利工程管理单位的计算机监控系统、状态监测系统、各类启闭机及闸门自动化系统、视频监控系统等，可能由不同厂家建设、系统规格、设备采购型号、通信协议等也不尽相同，因此需要进行接口的标准化开发，尤其是已经建设的自动化系统实时数据的对接，以便与云数据库对接数据，为整个启闭机及闸站运行维护维养服务。引导各级行业主管单位和水利工程管理单位提升通信服务水平，包括北斗卫星、5G应用、无线WIFI通信网络全覆盖等措施。

（4）双三角监督管理建设

实现两个三角关系的建设：①实现现地设备（启闭机、闸门及其附属设备）、现地管理人员（客户，水管单位管理人员等）、企业运维中心三者的强联系。原来启闭机设备安装实施完成后，就逐步淡化了企业与设备的联系，同时也逐步淡化了与设备使用者客户的沟通和联系。通过该平台的研发，为设备实时提供数据服务，为客户提供现地设备的管理APP，APP数据及时反馈到企业运维中心，使企业与设备和客户三者之间建立起了强三角的联系与沟通。②建立起行业主管部门、水利工程管理单位和企业三者之间的强三角联系。只要运维中心建设的好，行业主管部门很需要企业的大数据分析服务，无形中与行业主管部门强化了联系，同时水利工程管理单位需要企业的设备诊断、预警和分析服务。如图2所示。

图2 双三角关系图

（5）安全体系建设

在企业运维中心和现地配置防火墙，使控制系统与外界隔离[2]。企业运维中心与闸门控制系统采用VPN的专业通信通道，配置VPN安全通信配置。在平台云服务建设中，专用保密数据采用政务专有云，通用数据可以选择阿里、腾讯等大型云服务供应商，配置相对安全的云安全体系服务。在平台软件研发中，加强数据库加密、软件加密、数据传输加密、管理权限加密等措施。

（6）智慧服务

通过大数据积累和分析，时机成熟时，可以不断面向公共逐步开放启闭机及闸门水利大数据资源，逐步向行业主管部门、水管单位以及面向公共运行管理资源。实现面向大众的公共事件处理信息发布、预警预报信息发布、公开信息发布等。开发基于大数据的各类统计、分析、报表、报告生产模块，以便提供企业各级管理人员的制定计划和决策；研究基于大数据和云计算模型的设备综合管理、预警预报等为水管单位提供维修计划制定和综合服务应用决策等等，泛在服务平台的建设，将真正体现智慧服务的“智慧层面”，是智慧服务的高级境界。

3 核心软件功能

（1）地图总览

以GIS地图形式展示闸门的部分信息，GIS包括常规地图功能：放大、缩小、测量等。还包括：周边闸门、开启的闸门、关闭的闸门、有故障闸门、过保的闸门等信息。

周边闸门：筛选出地图上周边闸门信息，查看周边闸门的状态。

开启闸门：筛选出开启闸门，查看开启闸门的开度和闸门状态。

关闭的闸门：显示关闭闸门的基础信息。

有故障的闸门：以红色标志有故障的闸门，显示故障原因、处理状态、保修情况等信息。

过保的闸门：以绿色标志过保的闸门，统计过保闸门的数量。

图例信息：上述筛选后，点击地图上闸门图例，点击查看详情，以卡片的方式展示闸门的具体信息，主要包括：业主单位、工程位置、业主联系人、业主联系电话、闸门工况（开启：开度，闭合）、闸门状态（正常/异常）、保修情况（正常/延期/过保）、启闭次数、闸门特性（类型、大小等）等信息。

从图例点击开来的卡片可以进入客户关系管理系统查看详细信息，可以进入闸门在线监测系统，查看某个闸门的详细信息。

（2）闸门在线实时监测

在线监测闸门随时掌握其具体运行情况、状态情况和保养情况，进而随时做出调整。可以按地区、按类型对闸门以业主单位为归类方式，实时显示业主单位下一个闸门的工况信息。对运行中的闸门进行实时在线监测，运行情况包括运行中闸门和未运行闸门，主要监测闸门的运行状态、保养情况等[3]。

1）运行闸门信息：显示运行中的闸门的开机时间、电压、电流、开度、状态情况等。

2）状态情况：如正常闸门、异常闸门，异常状态系统会发出相应的报警，提供异常闸门的基础信息和处理方法。

3）保养信息：保养情况如过保闸门、正常保养，在线监测对过保闸门会有判断规则，需生产日期，保养周期，保养登记记录等（需要有异常判断模型）。

4）视频监控：获取现场设备的视频监控，可点击查看设备的实时运行情况，也可以进行历史数据的回放和暂停。

（3）闸门基本信息管理

每个闸门的特性、所在客户、销售合同、生产、维系养护记录、运行记录、工况记录、故障记录等。从生产、安装、运行、维修养护，到报废的全生命过程信息管理，方便用户对闸门信息的查询和管理。

1）闸门基本信息包括：主要运行参数（如开机时间、电压、电流、载荷、开度）、设备状态、动态视频，终端设备可以与启闭机现控柜PLC、变频器及其它具有通信口的仪表互联，采集其数据。

2）闸门客户信息：针对闸门对应的客户信息和销售合同进行查看，可点击跳转至相应的模块界面查看详细信息。

3）维修养护记录：对闸门设备进行设备检查，填报维修养护记录，对整体流程进行查看，发现设备故障及时记录。

4）故障记录：对故障的闸门进行记录，需要上报进行流程处理，记录流程的处理人和处理内容，达到留痕操作。

（4）客户关系管理系统

客户关系管理系统提供销售订单管理、人员管理、合同管理等功能。加强市场管理和策划，提升企业核心竞争力。

1）销售订单管理：订单中主要包括销售订单管理，记录闸门订单的详细信息，主要包括订单编号，闸门数量，闸门价格、规格型号等。

2）人员管理：记录顾客的关系管理，主要包括名称、联系人、沟通记录、地址、合同情况等。

3）合同管理：系统主要提供对合同基本信息、明细信息以及执行情况进行查询、统计和打印，具有合同检索迅速、查找方便、可靠性高、存储量大、保密性好等优点。

（5）闸门运行预警管理

1）故障闸门列表

以列表的方式按地区、按类型展示故障的闸门，提供查询功能，方便查询设备的基本资料，调取运行记录，获取保养维护提醒和技术支持。也支持导出相应的表单信息，主要包括：闸门状态、故障信息、运行记录等。

2）闸门故障修复处理

获取故障闸门的故障信息，全面了解设备使用情况，使用“传统诊断专家”方式，利用知识处理快速诊断故障产生的大致原因、给用户提供基础的解决方案，后续优化闸门结构，使产品质量更好地满足用户需求，优化后闸门用户点击处理按键便完成闸门故障修复。

3）报表统计分析

以列表的形式统计闸门故障的总体数量，处理后的闸门数量，并形成相应的对比。系统提供按月进行筛选，按闸门名称进行搜索，并提供按时间进行导出的功能。

（6）闸门维修养护管理

1）本月待保养闸门列表

针对闸门的日常检查、定期检查等数据，完善本月待保养的闸门列表，并提供查询功能，方便查询待保养闸门的基本资料，提醒用户及时处理待保养闸门，也支持导出相应的表单信息[4]。

2）过保闸门列表

以列表的方式展示过保的闸门列表，提供查询功能，方便查询过保闸门的基本资料，也支持导出相应的表单信息。

3）续保管理

对过保后闸门进行统一管理，继续保修登录，纳入保修范围。

4）报表统计分析

以列表的形式统计保养闸门的总体数量，待保养闸门的数量，形成相应的对比。系统提供按月进行筛选，按闸门名称进行搜索，并提供按时间进行导出的功能。

（7）数据采集同步系统

1）手工采集数据管理

目前现有设备制造年代久远，很多数据无法自动采集，针对这种情况，提出手工采集数据管理操作，将旧设备数据进行手动填报，形成完整的设备管理数据。

2）自动采集接口开发

在启闭设备的终端，嵌入安装用于设备安全运行管理的数据和视频的采集、处理、记录存储终端。终端与互联网相连，提供自动采集接口，无需手动添加，便将设备数据采集展示于平台上[5]。

（8）移动应用APP

1）用户：查看闸门状态、保养记录、保养周期、故障提醒、使用记录、保养提醒、状态参数登记、厂家联系方式。

2）闸门状态：显示运行中的闸门的开机时间、电压、电流、开度、状态情况等。

3）保养记录：针对闸门的日常检查、定期检查等数据，完善本月待保养的闸门列表，并提供查询功能，方便查询待保养闸门的基本资料，提醒用户及时处理待保养闸门，也支持导出相应的表单信息。

4）智能提醒：提醒主要包括故障提醒、保养提醒，及时推送用户需要故障处理的数据，和闸门需要保养的提醒。

5）厂家联系方式：获取厂家信息，可以通过该模块直接联系厂家，提供新的设备或者维护问题。

6）厂家：保养登记、状态参数登记、GIS周边闸门信息、GIS周边客户信息、周边故障闸门信息、周边过保闸门信息。

7）保养登记：对所需要保养的设备进行登记，登记后可以查看详细的信息。

8）GIS周边闸门、客户：以GIS展示地图上周边闸门信息，查看周边闸门、周边故障闸门、周边过保闸门的状态，还可以查看闸门相关的客户信息。

9）行政管理部门：查看工程闸门信息、闸门状态、闸门供应商等信息。

4 智能采集终端研发

智能采集终端是数据采集基础，拟采用基于Modbus RTU协议的采集终端，以及基于Midbus RTU协议的无线遥测终端，前者用来采集现场的所有硬件设备的数据，后者用来采集前者采集到的所有数据，并通过无线传输方式将数据上传到云端。根据现场具体情况，本地设备可能包含基于模拟量信号的传感器、基于485串口的Modbus协议的传感器、基于开关量信号的按钮/开关、基于TCP/IP协议的传感器等等，因此，采集终端及无线遥测终端的选型是根据具体情况而变化的，现场设备良好的情况下，采集终端甚至是不需要的，只需遥测终端便可满足所有功能需求。本设备已经在禹贡科技多个水库、灌区、闸站、泵站改造项目应用，需要进一步研发和小体积化，并逐步降低成本，达到以最小投入，采集到更多的数据，并以小体积的“黑匣子”模块形式存在。

本智能采集终端采用基于云服务的系统，使用到的云技术有云数据库构建，云存储服务，云计算服务等。无线遥测终端上报的数据由云服务器接收，并进行实时解码，然后将有效数据存入云数据库以备后用。

5 实践分析

（1）生产和运维的应用联合

企业从生产的智能化，到运维的现代化，两条腿跑步的布局思维，是一种基于生产基础而逐步打通运维之门的应用联合布局理念。该理念的实现恰到时机，天时为全国水利工程运维市场刚刚开启；地利为山东水利领先全国；人和为行业支持、技术成熟、企业整合到位、朋友协助；三者具备！

（2）互联网和行业的精准服务

运维云服务中心及平台的建设，必将发挥互联网+行业的大数据效应，通过数据积累，包括客户数据、设备数据、实时监测数据、流程化管理数据、静态数据等，通过模型分析和云计算，可以为企业带来精准销售、精准运营、精准决策等服务，从而节约大量的商务成本，同时可以带来更多的主动请求服务。

（3）上下游企业的合作

只是一个启闭机或闸门的生产企业，能够合作的机会较少。如果是一个具备生产、检测、运维、服务一体化的现代化企业，就可以打通上下游企业的合作关节和寻求合作契机。单打独斗越来越不适合现代市场的发展环境，只有强强联合才是生存之道。企业需要源源不断的血液补充，强强联合必须使自己不断状大，该平台将为企业的强大运营注入源源不断的血液，只有这样，才能为后续的发展带来无限机遇。