基于快速响应码的电厂设备管理及移动端APP开发

简伟奇 林滨

摘  要：为电厂设备进行状态检测可以及时发现设备异常并修复，然而目前的监控系统无法在故障发生前报告设备的异常状态。为了解决上述问题，提出了一种基于快速响应码的电厂设备管理系统。该系统可以在人工巡检时，通过扫描设备上的二维码，查看设备的运行状态等信息，为电厂设备的管理提供了数据支撑。同时，开发了与电厂设备管理系统相对应的移动APP。该系统在电厂设备管理的实际使用中效果良好，可以为其他领域的设备管理工作提供参考。

关键词：设备管理系统；快速响应码；移动APP开发；工业智能化设备

中图分类号：TP311；TV737    文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）07-0031-04

Abstract： Power plant equipment state detection can detect equipment abnormalities in time and repair， but the current monitoring system is unable to report the abnormal state of equipment before failure occurs. In order to solve the above problems， a power plant equipment management system based on QR code is proposed. The system can scan the QR code on the equipment during manual inspection to check the operating state of the equipment and other information， which provides data support for the management of power plant equipments. At the same time， the mobile APP corresponding to the power plant equipment management system is developed. The system has a good effect in the actual use of power plant equipment management and can provide reference for other fields of equipment management work.

Keywords： equipment management system; QR code; mobile APP development; intelligent industrial equipment

0  引  言

水力屬于一种清洁能源，使用水力进行发电是一种较为成熟的能源利用方式。水力发电存在着建设工期短、能源利用率高、投资汇报快等特点，因此建设水力发电站对山区的开发和环境的保护具有很大的意义。中国在水力发电领域取得了举世瞩目的成就，到目前为止已经建造了数千座小型水电站[1]。当前在电厂的实际生产过程中，内部的发电设备种类繁多、各个系统之间存在大量联系，为设备的检修和日常维护带来了较大的困难。因此，需要结合当前电力设备现代化和智能化的发展趋势，对现有的设备管理系统进行优化。

1  研究背景

水利发电厂的发展经历了从数字化、智能化到智慧化的过程。相对于传统的人工巡检和基于传感器的巡检方式，基于快速响应码的巡检系统可以根据采集的设备状态信息和运行参数，对发电厂的不同设备进行实时的管理，从而实现电厂设备管理的现代化和智能化。同时，随着手机软件的广泛应用，可以在工作人员的智能手机上实现信息终端的二维码访问与输入[2]。近年来，许多设备管理部门立足于实际应用的角度，不断探索和尝试新型的信息化管理模式[3]。邢绪超[4]等人针对测绘设备信息获取难度大、存储效率低的问题，使用二维码技术对测绘设备进行管理，可以有效的降低现场工作人员的设备查询难度。胡建利[5]等人用二维码替换了原有的卡片式医疗仪器管理模式，可以让医护人员高效的学习设备的使用方法及相关注意事项，同时提高了仪器的整洁性。

国外对于使用二维码进行设备管理的研究起步较早，有较为成熟的应用经验。Lee[6]等人利用TTS技术能够以极高速率采集数据信息的特点，与快速响应码技术相结合，开发了一个文本信息转换系统。该系统针对二维码的最大存储容量进行了扩充，使其可以适应更多的使用场景。Tkachenko[7]等人提出了一种具有两个存储级别的两级QR码，可以用于文档身份验证。同时，该方法对二维码的信息存储容量也有一定的提升。Shirley[8]等人采用扫描二维码的方式监控和更新乘客的行李信息，可以有效的实现旅客行李的运输管理。

2  快速响应码技术

在日常生活中，二维码几乎已经变得随处可见，成为了人们生活的重要组成部分。其中，二维码可以按编码原理分为邮政码、矩阵式二维码和线性堆叠式二维码三种类型。其中，矩阵式二维码中的快速响应（Quick Response， QR）码使用最为广泛。QR码的使用最早可追溯至1994年，由日本丰田子公司Denso Wave最先发明并投入使用。快速响应码采用一种二维的矩阵条码结构，以字母、数字、汉字和二进制四种不同的编码方式存储数据。QR码的结构由以下八个部分组成：版本信息、格式信息、数据纠错、必需图案、位置标记、对齐标记、定时模式和边界区[9]。其中，版本信息包括了当前全部的版本格式；格式信息包含了数据掩码图案、差错控制等信息。位置标记位于QR码的三个角，用于让扫描器通过指示代码的方向来识别和扫描二维码，并使用对齐标记将绘制在曲面上的二维码拉直。最后，通过边界区将代码与周围环境区分开。

QR码的实现流程主要分为编码阶段和解码阶段。其中，编码阶段即是利用二维码生成器制作二维码。通过利用二维码生成器，人们可以隐藏编码中的各种信息。在对信息进行编码之后，在客户端就可以下载创建的二维码图片，并将其用于各类业务。在解码阶段，需要通过二维码扫描程序对二维码进行解码，并通过内部存储的信息进行下一步操作。

作为目前使用最频繁的矩阵式二维码，QR码有如下特点：

1）传统的一维条形码最多能存储20位左右的数字，而二维的标准化标签或二维码能够存储的数据是一维的上百倍。因此，QR码比传统的标准化标签有更高的储存容量。

2）条形码只能在一个方向上存储信息，而二维码可以在水平和垂直方向上存储信息。因此在存储相同数量的数据时，二维码所占用的空间为一维条形码的十分之一。

3）使用二维码更为简单和安全。QR码带有数据纠错的能力，并可以通过位置标记实现对二维码的快速定位和识别。

3  二维码设备查询功能

3.1  发电机组设备信息

发电机组的设备信息主要由设备的三维模型和二维图纸组成。其中，从设备所属系统的不同，可将其三维模型划分为主设备模型、管路通道模型、电气组件模型和辅助设备模型四类。在对具体设备的三维模型进行操作时，可以通过调用参数选项查看该设备的几何参数和装配流程等信息。同时，也可以通过爆炸视图查看三维装配模型的内部细节，并从不同角度查看其剖视图。在爆炸视图中，可以单独查看设备中具体某一个零件的详细信息，例如零件材料、尺寸参数、设计标准等。水电站发电机的剖视图如图1所示，可以觀察到内部的转子、定子、主轴、导叶、机座、控制环、上下机架、轴流式转轮等主要零件。

发电机组的二维图纸包括机械图纸和电气图纸两个部分，其中机械图纸包括设备结构图纸和管路通道图纸。首先需要将现有的纸质图纸进行数字化，并转化为AutoCAD格式和PDF格式存储到图纸库中。图2为数字化后的止漏环二维图纸。

为了方便对设备的具体零件进行操作和访问，需要将现有的电子二维图纸以树形结构进行存储。第一级包括发电机组图纸、调速器设备图纸、水轮机组图纸、管路通道图纸和电气元件图纸五个部分。第二级为对应的上一级的各个机构，如发电机的齿轮传动机构。第三级在第二级的基础上，对所在的机构进行细化，以零件为单位进行划分。以发电机组的定子为例，包括了机座、线圈和由扇形冲片、通风槽片、齿压板、拉紧螺栓、托块、定位筋等组成的铁芯。基于这种图纸的存储方式，可以有效的对二维的电子图纸进行检索。同时，也可以按照图纸的名称对其进行模糊查询，并选择所需要的图纸格式。

3.2  基于快速响应码的图纸查询功能

快速响应码对图纸的操作可以分为图纸查询和图纸定位两种类型。首先，图纸查询即在扫描设备上的二维码后，返回的结果为设备对应的设备信息、二维图纸和三维模型。设备上张贴的快速响应码如图3所示。工作人员可以根据返回的设备信息完成设备的维护工作。图纸定位即在扫描设备中的二维码后，返回设备的纸质档案保存位置。同时，图纸查询和图纸定位的操作均可在移动端的APP内实现，从而避免了工作地点限制审阅档案图纸的问题。

由于设备以树形的结构进行存储，因此在现场可以基于发电机组、调速器设备、水轮机组、管路通道和电气元件五个主要设备对下属部件进行查询，其查询方式均为扫描设备上张贴的快速响应码。在发电机组中，可以查询水轮发电机、控制装置、冷却系统和制动系统的相关信息。在水轮机组中，可以查询水轮机、励磁系统、支承系统和制动系统的相关信息。在管路通道中，可以查询引水系统、排水系统和油气系统的相关信息。

在扫描设备的QR码后，可以返回设备的主要参数信息、设备结构信息、设备使用文档和工作参数阈值。设备的主要参数信息包括设备的机器名称、出厂时间、设备型号、额定电压和额定功率等信息。设备结构信息包括尺寸信息、装配信息、电气线路等。设备使用文档包括油罐的油位最大值和额定值、排水泵的压力额定值、设备检修周期、工作额定温度、设备使用说明、设备维护流程、设备检修手册等。所返回的相关数据和文档可以为设备的维护和检修提供重要的数据支撑。

同时，与产品生命周期有关的其他数据也可以通过扫描二维码获取。通过扫描整体管控的二维码，可以浏览电厂设计规划、设备采购信息、厂房施工文件、设备试运行文档等整体性的资料。同时，设备检修和维护所需要的技术标准和维护流程等文档都可以通过扫描对应的二维码进行查询。

4  基于快速响应码的移动APP设备管理

为了最大程度提高电厂主设备图纸、资料等数据的查询速度和效率，实现机组设备资料查询不受时间和空间的限制，从而随时调用设备历史检修数据信息的目标，在移动端开发了对应的设备管理APP。在移动端下载相应的软件后，即可实现通过扫描二维码来访问设备文档的功能。根据电厂内部的设备电子文档，可以让每一个设备都对应一个唯一的快速响应码，作为其专属的标识存储对应的设备文档。如图4所示，在APP首页的扫码界面扫描设备的二维码后，可以查看对应设备的详细信息和管理标准。

在设备检修和维护的过程中，维护人员使用手机扫描设备的二维码，可以了解当前设备的检修流程及注意事项。同时，也可以访问该设备的历史维修记录和故障信息，从而针对经常出现的问题进行检修和维护。在维护完成后，需要对本次的维护进行记录和存档，从而形成设备维护档案库。这种方法不仅提高了检修人员的工作效率，而且可以极大降低水电厂资料管理和归档的人力成本。

5  结  论

目前，我国正逐步扩大水电开发的规模，水电厂的现代化转型和智能化管理受到了极大的关注。本文实现了基于快速响应码的电厂设备管理系统，并完成了与之对应的移动端APP开发。该系统可以有效的对电厂设备进行实时准确的管理，在降低管理成本的同时，实现了电厂设备和文档资料管理的智能化。该系统在电厂设备管理的实际使用中效果良好，具有较高的通用性，可以为其他领域的设备管理工作提供参考。

参考文献：

[1] CHENG X. Small hydropower resource and technical development of China [J].Rural Electrification China，2006：40-42.

[2] 赵海多，李龙妹，赵海盼.基于二维码变电站设备间物联网管理体系的创建 [J].东北电力技术，2021，42（4）：20-23.

[3] 辛良，申建，袁冠.RFID+二维码设备标签管理系统构建 [J].实验技术与管理，2019，36（1）：278-282.

[4] 邢绪超，刘津，车健.二维码的测绘设备管理系统设计与实现 [J].测绘科学，2021，46（7）：153-157.

[5] 胡建利，陈燕，周红娣，等.二维码在科室仪器管理中的应用 [J].中华护理杂志，2017，52（4）：458-460.

[6] LEE K J，KIM S W，LEE C W，et al. Implementation of information access embedded system using two-dimensional bar code and TTS [J].Journal of IEMEK，2006，1（2）：31-36.

[7] TKACHENKO I，PUECH W，DESTRUEL C，et al. Two-Level QR Code for Private Message Sharing and Document Authentication [J].IEEE Transactions on In-formation Forensics and Security，2016，11（3）：571-583.

[8] SHIRLEY R A，AMRUTHAVARSHNI R B，DURAINATHAN A，et al. QR Code based Stock Management System [C]//Processing of 2021 5th International Conference on Intelligent Computing and Control Systems （ICICCS）.Madurai：IEEE，2021：1180-1185.

[9] MUKESH A，CHETAN K，AUTL K V，et al. Increase capacity of QR code using compression technique [C]//Processing of 2018 3rd International Conference and Workshops on Recent Advances and Innovations in Engineering （ICRAIE）.Jaipur：IEEE，2018：1-5.

作者簡介：简伟奇（1973—），男，汉族，福建南靖人，高级工程师，本科，研究方向：电力安全生产管理、电气工程及其自动化；林滨（1979—），男，汉族，福建龙岩人，工程师、高级技师，本科，研究方向：水电生产技术管理、水动。