企業級閘門遠程運維監管體系的探索

趙 睿

（山東省陽谷縣水利局，山東 聊城 252326）

1 引言

防洪工程重要的設施是啟閉機及閘門，而遠程運維平臺及監測技術是信息化工程的重要方面，因此，本研究是水利工程補短板的兩個重要方面，是行業的需求之所在，是對水利工程監管的需要。山東陽谷縣的防洪閘門目前依然采用傳統的運行管理模式[1]，即每個閘門自行進行控制調度，閘門與閘門之間沒有形成互聯。因此，由陽谷縣水利局組建運維公司或政府購買服務方式，在水利局行業指導下，建立企業級遠程運維云平臺進行集中控制和集中管理，對減少人員成本，提高管理效率等方面具有重要意義。

2 總體技術架構

（1）總體技術架構

啟閉機閘門遠程運維監管云平臺采用了面向服務體系架構，同時結合水利行業基礎數據進行研發，該平臺構建能夠統一水利地圖支撐平臺，以基礎地理信息數據、水利行業基礎數據、水利電子地圖數據等資源為基礎，以WebGIS、服務聚合等封裝集成與開發技術，將多源、多尺度、多類型基礎測繪與水利地理信息資源有機組織起來，構建水利基礎地理空間信息服務和專題應用服務，開發在線標繪系統、地圖服務資源管理系統、在線專題制圖系統和運行維護管理系統，實現基于地圖平臺進行水利資源查詢管理和水利工程在線標繪，支撐整個企業大數據運維服務的不斷開展和運行。同時可為水利相關政府部門、水利企事業單位和社會公眾等不同部門行業應用提供無縫接口，為客戶運維管理開啟服務之門的同時，也為行業主管部門開啟一扇服務之窗。平臺分為支撐層、數據層、系統層、服務層和應用層，體系架構如圖1所示。

圖1 總體技術架構

（2）標準化服務體系建設

企業層面，需要對企業運維管理業務進行梳理，依據實際情況，出臺相應的制度、導則和標準。建設和完善系統化的標準化運維管理服務體系，完成頂層設計。以平臺建設為契機，建設企業運維服務中心、精準服務和營銷中心、智能產品研發中心以及對應的機構、崗位、職能建設等。

（3）軟硬件系統補短板

①積極與各級行業主管部門、各個工程水管單位對接，引導他們開展基礎軟硬件建設，包括啟閉機閘門遠程計算機監控系統、各類自動化監測系統、視頻監控系統、安全防護系統、各類工情監控系統、各類設備監控系統以及巡檢巡查系統等。②加強接口研發，支持接口標準化開發和通信服務補短板之路。由于各級行業主管單位和水利工程管理單位的計算機監控系統、狀態監測系統、各類啟閉機及閘門自動化系統、視頻監控系統等，可能由不同廠家建設、系統規格、設備采購型號、通信協議等也不盡相同，因此需要進行接口的標準化開發，尤其是已經建設的自動化系統實時數據的對接，以便與云數據庫對接數據，為整個啟閉機及閘站運行維護維養服務。引導各級行業主管單位和水利工程管理單位提升通信服務水平，包括北斗衛星、5G應用、無線WIFI通信網絡全覆蓋等措施。

（4）雙三角監督管理建設

實現兩個三角關系的建設：①實現現地設備（啟閉機、閘門及其附屬設備）、現地管理人員（客戶，水管單位管理人員等）、企業運維中心三者的強聯系。原來啟閉機設備安裝實施完成后，就逐步淡化了企業與設備的聯系，同時也逐步淡化了與設備使用者客戶的溝通和聯系。通過該平臺的研發，為設備實時提供數據服務，為客戶提供現地設備的管理APP，APP數據及時反饋到企業運維中心，使企業與設備和客戶三者之間建立起了強三角的聯系與溝通。②建立起行業主管部門、水利工程管理單位和企業三者之間的強三角聯系。只要運維中心建設的好，行業主管部門很需要企業的大數據分析服務，無形中與行業主管部門強化了聯系，同時水利工程管理單位需要企業的設備診斷、預警和分析服務。如圖2所示。

圖2 雙三角關系圖

（5）安全體系建設

在企業運維中心和現地配置防火墻，使控制系統與外界隔離[2]。企業運維中心與閘門控制系統采用VPN的專業通信通道，配置VPN安全通信配置。在平臺云服務建設中，專用保密數據采用政務專有云，通用數據可以選擇阿里、騰訊等大型云服務供應商，配置相對安全的云安全體系服務。在平臺軟件研發中，加強數據庫加密、軟件加密、數據傳輸加密、管理權限加密等措施。

（6）智慧服務

通過大數據積累和分析，時機成熟時，可以不斷面向公共逐步開放啟閉機及閘門水利大數據資源，逐步向行業主管部門、水管單位以及面向公共運行管理資源。實現面向大眾的公共事件處理信息發布、預警預報信息發布、公開信息發布等。開發基于大數據的各類統計、分析、報表、報告生產模塊，以便提供企業各級管理人員的制定計劃和決策；研究基于大數據和云計算模型的設備綜合管理、預警預報等為水管單位提供維修計劃制定和綜合服務應用決策等等，泛在服務平臺的建設，將真正體現智慧服務的“智慧層面”，是智慧服務的高級境界。

3 核心軟件功能

（1）地圖總覽

以GIS地圖形式展示閘門的部分信息，GIS包括常規地圖功能：放大、縮小、測量等。還包括：周邊閘門、開啟的閘門、關閉的閘門、有故障閘門、過保的閘門等信息。

周邊閘門：篩選出地圖上周邊閘門信息，查看周邊閘門的狀態。

開啟閘門：篩選出開啟閘門，查看開啟閘門的開度和閘門狀態。

關閉的閘門：顯示關閉閘門的基礎信息。

有故障的閘門：以紅色標志有故障的閘門，顯示故障原因、處理狀態、保修情況等信息。

過保的閘門：以綠色標志過保的閘門，統計過保閘門的數量。

圖例信息：上述篩選后，點擊地圖上閘門圖例，點擊查看詳情，以卡片的方式展示閘門的具體信息，主要包括：業主單位、工程位置、業主聯系人、業主聯系電話、閘門工況（開啟：開度，閉合）、閘門狀態（正常/異常）、保修情況（正常/延期/過保）、啟閉次數、閘門特性（類型、大小等）等信息。

從圖例點擊開來的卡片可以進入客戶關系管理系統查看詳細信息，可以進入閘門在線監測系統，查看某個閘門的詳細信息。

（2）閘門在線實時監測

在線監測閘門隨時掌握其具體運行情況、狀態情況和保養情況，進而隨時做出調整。可以按地區、按類型對閘門以業主單位為歸類方式，實時顯示業主單位下一個閘門的工況信息。對運行中的閘門進行實時在線監測，運行情況包括運行中閘門和未運行閘門，主要監測閘門的運行狀態、保養情況等[3]。

1）運行閘門信息：顯示運行中的閘門的開機時間、電壓、電流、開度、狀態情況等。

2）狀態情況：如正常閘門、異常閘門，異常狀態系統會發出相應的報警，提供異常閘門的基礎信息和處理方法。

3）保養信息：保養情況如過保閘門、正常保養，在線監測對過保閘門會有判斷規則，需生產日期，保養周期，保養登記記錄等（需要有異常判斷模型）。

4）視頻監控：獲取現場設備的視頻監控，可點擊查看設備的實時運行情況，也可以進行歷史數據的回放和暫停。

（3）閘門基本信息管理

每個閘門的特性、所在客戶、銷售合同、生產、維系養護記錄、運行記錄、工況記錄、故障記錄等。從生產、安裝、運行、維修養護，到報廢的全生命過程信息管理，方便用戶對閘門信息的查詢和管理。

1）閘門基本信息包括：主要運行參數（如開機時間、電壓、電流、載荷、開度）、設備狀態、動態視頻，終端設備可以與啟閉機現控柜PLC、變頻器及其它具有通信口的儀表互聯，采集其數據。

2）閘門客戶信息：針對閘門對應的客戶信息和銷售合同進行查看，可點擊跳轉至相應的模塊界面查看詳細信息。

3）維修養護記錄：對閘門設備進行設備檢查，填報維修養護記錄，對整體流程進行查看，發現設備故障及時記錄。

4）故障記錄：對故障的閘門進行記錄，需要上報進行流程處理，記錄流程的處理人和處理內容，達到留痕操作。

（4）客戶關系管理系統

客戶關系管理系統提供銷售訂單管理、人員管理、合同管理等功能。加強市場管理和策劃，提升企業核心競爭力。

1）銷售訂單管理：訂單中主要包括銷售訂單管理，記錄閘門訂單的詳細信息，主要包括訂單編號，閘門數量，閘門價格、規格型號等。

2）人員管理：記錄顧客的關系管理，主要包括名稱、聯系人、溝通記錄、地址、合同情況等。

3）合同管理：系統主要提供對合同基本信息、明細信息以及執行情況進行查詢、統計和打印，具有合同檢索迅速、查找方便、可靠性高、存儲量大、保密性好等優點。

（5）閘門運行預警管理

1）故障閘門列表

以列表的方式按地區、按類型展示故障的閘門，提供查詢功能，方便查詢設備的基本資料，調取運行記錄，獲取保養維護提醒和技術支持。也支持導出相應的表單信息，主要包括：閘門狀態、故障信息、運行記錄等。

2）閘門故障修復處理

獲取故障閘門的故障信息，全面了解設備使用情況，使用“傳統診斷專家”方式，利用知識處理快速診斷故障產生的大致原因、給用戶提供基礎的解決方案，后續優化閘門結構，使產品質量更好地滿足用戶需求，優化后閘門用戶點擊處理按鍵便完成閘門故障修復。

3）報表統計分析

以列表的形式統計閘門故障的總體數量，處理后的閘門數量，并形成相應的對比。系統提供按月進行篩選，按閘門名稱進行搜索，并提供按時間進行導出的功能。

（6）閘門維修養護管理

1）本月待保養閘門列表

針對閘門的日常檢查、定期檢查等數據，完善本月待保養的閘門列表，并提供查詢功能，方便查詢待保養閘門的基本資料，提醒用戶及時處理待保養閘門，也支持導出相應的表單信息[4]。

2）過保閘門列表

以列表的方式展示過保的閘門列表，提供查詢功能，方便查詢過保閘門的基本資料，也支持導出相應的表單信息。

3）續保管理

對過保后閘門進行統一管理，繼續保修登錄，納入保修范圍。

4）報表統計分析

以列表的形式統計保養閘門的總體數量，待保養閘門的數量，形成相應的對比。系統提供按月進行篩選，按閘門名稱進行搜索，并提供按時間進行導出的功能。

（7）數據采集同步系統

1）手工采集數據管理

目前現有設備制造年代久遠，很多數據無法自動采集，針對這種情況，提出手工采集數據管理操作，將舊設備數據進行手動填報，形成完整的設備管理數據。

2）自動采集接口開發

在啟閉設備的終端，嵌入安裝用于設備安全運行管理的數據和視頻的采集、處理、記錄存儲終端。終端與互聯網相連，提供自動采集接口，無需手動添加，便將設備數據采集展示于平臺上[5]。

（8）移動應用APP

1）用戶：查看閘門狀態、保養記錄、保養周期、故障提醒、使用記錄、保養提醒、狀態參數登記、廠家聯系方式。

2）閘門狀態：顯示運行中的閘門的開機時間、電壓、電流、開度、狀態情況等。

3）保養記錄：針對閘門的日常檢查、定期檢查等數據，完善本月待保養的閘門列表，并提供查詢功能，方便查詢待保養閘門的基本資料，提醒用戶及時處理待保養閘門，也支持導出相應的表單信息。

4）智能提醒：提醒主要包括故障提醒、保養提醒，及時推送用戶需要故障處理的數據，和閘門需要保養的提醒。

5）廠家聯系方式：獲取廠家信息，可以通過該模塊直接聯系廠家，提供新的設備或者維護問題。

6）廠家：保養登記、狀態參數登記、GIS周邊閘門信息、GIS周邊客戶信息、周邊故障閘門信息、周邊過保閘門信息。

7）保養登記：對所需要保養的設備進行登記，登記后可以查看詳細的信息。

8）GIS周邊閘門、客戶：以GIS展示地圖上周邊閘門信息，查看周邊閘門、周邊故障閘門、周邊過保閘門的狀態，還可以查看閘門相關的客戶信息。

9）行政管理部門：查看工程閘門信息、閘門狀態、閘門供應商等信息。

4 智能采集終端研發

智能采集終端是數據采集基礎，擬采用基于Modbus RTU協議的采集終端，以及基于Midbus RTU協議的無線遙測終端，前者用來采集現場的所有硬件設備的數據，后者用來采集前者采集到的所有數據，并通過無線傳輸方式將數據上傳到云端。根據現場具體情況，本地設備可能包含基于模擬量信號的傳感器、基于485串口的Modbus協議的傳感器、基于開關量信號的按鈕/開關、基于TCP/IP協議的傳感器等等，因此，采集終端及無線遙測終端的選型是根據具體情況而變化的，現場設備良好的情況下，采集終端甚至是不需要的，只需遙測終端便可滿足所有功能需求。本設備已經在禹貢科技多個水庫、灌區、閘站、泵站改造項目應用，需要進一步研發和小體積化，并逐步降低成本，達到以最小投入，采集到更多的數據，并以小體積的“黑匣子”模塊形式存在。

本智能采集終端采用基于云服務的系統，使用到的云技術有云數據庫構建，云存儲服務，云計算服務等。無線遙測終端上報的數據由云服務器接收，并進行實時解碼，然后將有效數據存入云數據庫以備后用。

5 實踐分析

（1）生產和運維的應用聯合

企業從生產的智能化，到運維的現代化，兩條腿跑步的布局思維，是一種基于生產基礎而逐步打通運維之門的應用聯合布局理念。該理念的實現恰到時機，天時為全國水利工程運維市場剛剛開啟；地利為山東水利領先全國；人和為行業支持、技術成熟、企業整合到位、朋友協助；三者具備！

（2）互聯網和行業的精準服務

運維云服務中心及平臺的建設，必將發揮互聯網+行業的大數據效應，通過數據積累，包括客戶數據、設備數據、實時監測數據、流程化管理數據、靜態數據等，通過模型分析和云計算，可以為企業帶來精準銷售、精準運營、精準決策等服務，從而節約大量的商務成本，同時可以帶來更多的主動請求服務。

（3）上下游企業的合作

只是一個啟閉機或閘門的生產企業，能夠合作的機會較少。如果是一個具備生產、檢測、運維、服務一體化的現代化企業，就可以打通上下游企業的合作關節和尋求合作契機。單打獨斗越來越不適合現代市場的發展環境，只有強強聯合才是生存之道。企業需要源源不斷的血液補充，強強聯合必須使自己不斷狀大，該平臺將為企業的強大運營注入源源不斷的血液，只有這樣，才能為后續的發展帶來無限機遇。

6 結束語

通過企業級閘門遠程運維監管體系的探索，可以得出如下結論：

（1）可以提供面向生產的產品增值服務。在啟閉機和閘門生產或改造環節，嵌入了智能采集終端，為客戶提供APP管理系統，為啟閉機及閘門的后期運行、管理、維護、保養、操作、巡視、檢修、售后服務、報表、預警預報、設備狀態等環節提供了增值服務。

（2）可提供面向運維的互聯體系架構。正像前面所敘，平臺的建設，面向運維構建了兩個三角，實現了行業主管部門、水利工程管理單位、企業、設備的互聯體系架構和建設。使得數據在各個環節象“水”一樣不斷流動、積蓄并發揮效益。

（3）可樹立面向行業的現代品牌。高新技術的應用和面向行業的現代化服務，無形中強化了行業的影響力，通過不斷的積累影響，將樹立起企業的現代化服務品牌。

（4）可打通面向產業的上下鏈條。平臺的大數據效應，最終會打通生產、安裝、檢測、試驗、運維、保養、分析、預警等各個環節產業鏈路。