基于大數據的電工裝備企業智慧物聯平臺設計

國電南瑞科技股份有限公司 曹 齊 王廣彬 崔永艷 林 峰

企業智慧物聯平臺是基于工業互聯網的建設要求的產物，“新基建”工程是國家為了推動電力行業朝著信息化發展而提出的項目。而電工裝備制造產業是電力行業中重要的組成部分，也是進行電網建設的基石。電網的安穩運行需要生產資料的穩定供應，而電工裝備企業則是進行物料生產的源泉[1]。基于現代化國家電網的要求，應為電網建立完整高效的產業供應鏈，并維持供應鏈的穩定性和高效性。后勤保證部門穩定才能保證電網安全運行的穩定，因此應要求進行電工裝備平臺的設計，設計智慧物聯平臺總體的技術框架要根據電工裝備產業的特征進行設計，企業智慧物聯平臺應用大數據技術，對電工制造產業進行信息化現代化的升級[2]。在技術架構及功能模塊的設計當中，應結合物聯網的數據感知延伸功能，大數據時代不再具有數據壁壘。供應鏈和電網之間打破信息不平衡的狀態，建設產業鏈的時候更加的專業和完整。大數據下的物聯網技術全息感知有利于在平臺建設的時候明確平臺的部署要求，通過電工設備生產過程的分析對平臺進行集成方式的規范，推動基于大數據企業智慧物聯平臺的電工裝備高效企業建設，在該平臺中可以實現對產品質量的管理，由傳統的現場查看產品質量轉變為遠程接觸就可以對電工裝備進行監控。并通過對產品全息畫像的分析，對電工裝備的初步質量進行分析。在平臺的建設中要注重參數選擇的規范性，在大數據時代將平臺架構的設計中利用互聯網思維構建完善的電工裝備制造產業核心新業態，在平臺中接入多元的數據，數據接入后就會由供需單核向供需轉變為兼顧質量和效率的多元數據供需，基于大數據分析技術在平臺上實現對電工裝備的有效管理。本文設計的基于大數據的電工裝備企業智慧物聯平臺在電工裝備的產業鏈建設中處于關鍵位置，降低了一定的電工設備制造的管理風險。為了供應鏈的穩定作出了貢獻。

在本文設計的電工裝備企業智慧物聯平臺中，為了平衡各種裝備工藝不同帶來的差距，而裝備的生產方式也包括流水線生產和單個手工生產，因此數據的記錄是不能使用同一種標準的，生產數據的處理方式要在平臺中輸入不同的標準[3]。需要利用大數據技術對協同架構下多種生產方式的數據進行分類，并且根據不同的電網要求，不同電網對裝備的要求也不同，在生產之前要基于供貨的訂單進行生產，這就非常考驗平臺的數據處理能力。

1 基于大數據的電工裝備企業智慧物聯平臺軟件設計

基于大數據背景下的特征，進行電工裝備企業智慧物聯平臺軟件設計，在設計平臺軟件的過程中，應進行軟件的數字化改造，為了產品供應鏈的合理規劃，增加平臺的交互性，根據平臺的功能要求設計接口，并進行平臺中實現各部分功能的模塊系統的設計[4]。將系統和接口進行有效的連接，對平臺的電路進行設計。

電工裝備企業智慧物聯平臺軟件設計框架如圖1所示，接口包括設備接口、預留接口和調試接口。以太網接口負責平臺的網絡通訊，其余還包括傳感器、RTC時鐘和存儲器。

圖1 軟件設備框架

1.1 數據處理器系統的選型

平臺的數據處理器具有很多的數據接口，為了在多接口的情況下依然可以保證平臺使用的穩定性，在數據處理器中安裝數據出路的系統，軟件的實現平臺為AP SoC-5524548平臺，該平臺在進行系統選型的時候可以進行系統的資源對比，基于數據處理器的數據處理速度和效率的要求選擇Zynq8000/5000的資源封裝系統。系統的具體參數如表1所示。

表1 Zynq8000/5000資源封裝系統參數

本文考慮到軟件的成本問題，進行系統選型的時候將性價比算進了考量條件范圍，主控系統為CLG448和SBG225，其余皆為輔助系統。在平臺中進行數據處理的時候，既可以滿足內存的需求，又不浪費系統能量。且本文選擇的系統是可替換系統，一旦出現故障可以隨時進行維修，不需要拆卸信息處理器，簡單方便。

1.2 設計網絡通訊器

本文主要使用的數據傳輸網絡為以太網和移動網絡，在LTE的網絡模塊的設計時，為了滿足大數據的時代的傳輸要求，移動網絡采用5G網絡。在生產車間安裝品質監控的攝像。

監控攝像頭的實時傳輸需要良好的網絡環境，智慧網關與5G移動網絡依靠接口進行連接。在進行網絡的軟件設計的時候，為以太網選擇Marve型號系統作為網絡數據承載系統，按照標準的物理層應用的標準調試千兆比特介質的接口參數，在網絡的數據收發中采用數據線，為了保障傳輸速度保證數據的輸入晶振頻率在25MHz以上，在網絡傳輸的過程中需要考慮通信時鐘的頻率，時鐘的頻率應為晶振頻率的5倍左右。移動通信采用無線終端，在通訊模塊中自帶電源的管理，供電的電壓在4.5V左右，軟件的環境溫度在30℃左右。

1.3 設計PL端接口

為了實現平臺的信息的高效互通性，當數據資源無法滿足平臺的數據需求的時候，在PL端可以增加新的IP地址，增加PL端接口的數據擴展功能，PL端接口的系統采用可以同時實現5000鏈接處理的復位系統，為PL端實現文件的約束。配置如表2所示。

表2 PL端接口引腳配置

系統引腳的參數如表2所示，引腳的約束條件是一種按轉序讀取的命令。

2 基于大數據的電工裝備企業智慧物聯平臺軟件設計

2.1 設計基于大數據的數據交互協議

平臺的配置文件包括智慧物聯軟件的基本參數信息和平臺各模塊的運行數據信息。文件的保存和收發都采用統一的格式，平臺初始默認的格式為SON，后期可根據平臺的使用環境等條件進行改造。為了讓數據的儲存更加具有層次化，配置文件現在保存之前首先要實現分類和動態管理，在企業智慧物聯平臺中為了滿足平臺的管理功能，需要增加平臺的交互性。交互協議的字段代表著不通過的含義，交互協議各字段的協議規范如表3所示。

表3 數據交互協議規范

如表3所示，基于大數據的電工裝備企業智慧物聯平臺的交互協議規范中，將遠程的交互指令協議規范按照自定義的方式進行重新規劃，控制指令采用簡潔的控制方式。這樣無論是遠程對平臺的控制指令發出，還是平臺對遠程操控設備的信號節點后都可以實現指令快速解析。講解的交互協議可以降低平臺的響應時間，提升運行效率。

2.2 設計企業智慧物聯平臺數據庫

基于企業智慧物聯平臺設計了產業鏈流程，設計符合平臺設計的數據庫。根據平臺與產業鏈管理之間的關系為電工裝備企業提供管理服務，平臺與不同設備進行綁定的時候，需要進行設備認證。不同的設備進行不同的權限設置，平臺不僅需要對正常運轉的數據進行記錄，還應對設備的數據等進行記錄，這就需要數據庫具有強大的內存。對平臺的用戶信息也進行儲存和分類，企業智慧物聯平臺中的管理模塊和應用模塊處于相互獨立又相互連接的狀態。

平臺的數據庫進行設計之前對數據的統一標準進行制定，在數據庫中進行數據的存儲首先要保證對設備采集數據自動化的數據采集時效性，將設備的生產計劃按照訂單進行有效的規劃。既保證客戶的訂單要求得到滿足，又不會積壓太多的庫存。當訂單數據和生產數據之間的差值超過帶來風險的標準的時候，平臺會自動向管理員進行報警。在對數據庫的數據進行監測的時候，應該用以數據的表結構和字段的基本含義。裝備的生產過程和質量檢測數據要與合同信息中的規定數據相符合。備貨信息的數值大于發貨信息，數據庫中也要對應好主要產品和原材料物料的關系。

3 平臺測試

為了驗證本文設計的平臺的優越性，采用平臺測試的方式對上述設計的平臺軟件進行測試。首先要搭建大數據的實驗環境，在符合要求的實驗環境中進行平臺的用例測試，測試平臺的功能能否正常實現，進行平均響應時間的測試，驗證平臺的基礎性能。

3.1 環境搭建

在實驗環境的搭建的過程中，需要驗證平臺的穩定性和軟件的穩定性。軟件的穩定性需要通過拷機測試的方式進行，在通過引發構建穩定性之后繼續進行平臺的性能測試，環境的構架如圖2所示。

圖2 平臺測試環境搭建

如圖3所示，進行平臺測試環境搭建之后，在平臺的腳本中將企業智慧物聯平臺設置為電工裝備生產自動啟動，網關設備保持24小時全天候的啟動模式。在平臺顯示登錄之后進行主控模塊的智能調度測試，本平臺在測試中連接的是移動網絡，進行子程序模塊的運行測試，在經過測試之后，測試的數據也是通過網絡進行上傳的，數據可以實現遠程傳輸。

圖3 平臺測試結果

在整個平臺的測試中，借助了WinSCP作為平臺測試的工具。將WinSCP客戶端連接在平臺登錄的軟件設備上，并通過常規訪問和串口訪問兩種方式進行SSH協議的連接。平臺測試的工具可以作為輔助的測試工具。

3.2 平臺用例測試

基于大數據的技術原理以及上一步搭建的測試環境，對平臺的基礎用例進行測試，用例測試的結果如表4所示。

用例測試結果如表4所示，7項重要用例的測試全部通過，本文平臺可以實現正常的功能。

3.3 性能測試

通過平臺的數據統計模塊統計的數據，在本平臺的響應時間結果如圖3所示。

實驗結果如圖3所示，本電工裝備企業智慧物聯平臺在6次實驗中的平臺響應時間在0.3s～0.6s之間，在保證平臺穩定性的前提下實現了響應的迅速性，增加了企業的智慧管理效率，在廣義上實現了供應鏈集約化的成本管控，將物聯和人聯結合起來，提升了企業的生產效率。

表4 用例測試

4 結語

本文針對大數據技術的技術特征，結合了物聯網和物聯網的技術對電工裝備企業智慧物聯平臺進行設計，在設計的過程中通過協同技術對電工設備的數據進行處理，推動了平臺的建設中數據的處理環節的進步，通過對平臺進行的商業共聯，在未來的電工設備圈中可以占有一席之地，對著大數據時代的發展和時代建設的研究，在未來一定會實現產品精度監測精度的提升。為我國電力行業的發展做出貢獻。