IoT技术在备用电源行业中的应用.pdf

应用研究30与车辆302023年第4期移动电源IoT技术在备用电源行业中的应用田蔚芙（湖南涉外经济学院，湖南长沙410 2 0 5）摘要：边缘网关读取柴油发机组控制器和其它传感器信息，通过3G、4G、Wi Fi 等无线传输方式接入互联网，云管理系统为应急备用电源设备提供设备管理、故障报警管理、智能运维、大数据统计分析、备品备件管理、客户管理、账号管理等功能进行综合性管理的平台，具有实时监控、实时故障告警、故障诊断、智能运维管理等多种业务，其中实时监控设备运行数据进行远程监控，提供全面的运维管理、智能分析故障告警，实现了预测性维护。在机组日常维护管理中，监控人员难以2 4h实地掌握柴油发电机组状态，但可以根据移动终端接收到的报警信息或故障信息，分权限级别及时向相关人员汇报并得以及时处理，及时消除隐患或完成维修，保障备用电源系统机组处于良好的在线备用或运行状态。关键词：IoT；备用电源；智慧云网Doi:110.3969/j.issn.1003-4250.2023.04.008中图分类号：TM624文献标志码：A文章编号：10 0 3-42 50（2 0 2 3）0 4-0 0 30-0 61引言物联网(IoT)是在互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术建构的一个关联万事万物的“Internet ofThings，通过约定的协议将原本独立存在的设备相互连接起来，并最终实现智能识别、定位、跟踪、监测、控制和管理的一种网络。目前物联网产业发展迅速，推动了各行各业智能化发展。柴油发电机组作为备用电源普遍应用于各行各业以提供应急或备用供电，具有使用场景复杂和地点分散的特点，备用电源云管理系统开发具有以下积极的意义：1）出于设备管理方面的需求，可实现基于设备李生工业设备仿真可视化管理，设备全生命周期的全景数据管理，包括合同、生产、出厂、安装、运行、故障、运维及退役等八个阶段的管理过程。实现柴油发电机备用电源的数据采集、监控、运行管理、故障管理、设备状态监测和设备管理及分析等功能。从而降低设备的故障率，提升设备安全运行稳定性、提升设备运行效率，提高用户满意度。2）从日常运维管理方面的需求，建设备用电源云管理系统，利用备用电源云管理系统开展设备智能运维，实现柴油发电机组数字化管理和运维精细化管理，提高运维服务效率，提升服务水平。基于大数据、人工智能算法建立预测性维护模型，提前预防故障；根据实时故障信号，及时处理设备故障处理流程；售后服务工单协同，优化人员行程，配合专家库及专家知识，控制故障处理过程及质量。“智能运维中心 可使运维人员足不出户便可实现之前现场巡视、现场调取数据、现场沟通判断等工作和差旅，公司内部专家中心信息共享协同处理疑难问题，从而提升了设备维护、维修等工作效率，大大降低了运维人员的数量和差旅成本。3）从用户体验角度可以带来相关附加价值，如主动预防性运维、快速服务反应等提升了用户的满意度，同时用户移动端帮助用户随时随地掌握设备状况，增加了用户的体验好感，进而增加了用户的黏性，为新增设备延保服务、新增设备退役更换服务、新增新场景采购等提供了及时信息和品牌影与车辆31移动电源2023年第4期响力，助力业务拓展。据了解，目前国内备用电源机组生产头部厂家和控制器厂家如郑州众智，以及为国内机组厂家供应控制器的国外品牌如DEIF等，以及目标为全行业提供云管理系统的厂家如特斯拉云!、孚创“发电熊猫”等均开发了相关的基于IoT技术的云管理平台，具有较多共同性能特点和个性特点，由于备用电源行业企业规模和运营战略、数据的保密和安全、排他竞争等因素和原因，各种云管理系统都有其对应的应用领域和客户。2IoT技术在备用电源行业的应用技术方案组成和内容2.1系统组成系统由柴油发电机组、机组状态监测各类传感器、机组控制器、嵌入式系统为基础的数据采集终端、GPRS无线数传模块、天线模块、服务器、监控系统平台等组成。一是实现远程后台与现场系统间的通讯和数据交互，进而完成基本的远程测控功能；二是建立易于随时随地访问、长于数据处理、便于服务业务拓展的后台服务系统，以及建立或选择相适应的运行环境平台2 。备用电源云管理系统原理示意图如图1所示。诚油发电机烤机炜许制激GPPS热纳邦快使金控系规平台PC教#网户手机VAP发活用户图1备用电源云管理系统原理示意图2.2备用电源云管理系统通常需完成以下功能和软硬件开发2.2.1云系统需开发的面对用户侧的主要功能主要功能如下：（1)手机APP功能（iPhone/安卓等系统兼容）1)实时数据监控；2)实时报警提醒；3)日常维保提醒；4)售后录入功能；5)售后台账管理；6)实时视频监控；7)二维码管理；8)关键词搜索；9)远程控制功能；10)移动办公室平台。（2）电脑后台功能列表1)网页版登陆平台；2)企业信息管理；3)地图监控平台；4)实时WEB视频监控；5)维保参数管理；6)iERP分层组织管理；7)批量机组绑定；8)机组资料批量录入；9)数据统计管理；10)自定义角色权限。2.2.2备用电源云管理系统需配置的智能边缘计算网关以数据采集功能为基础边缘计算网关，通常支持阿里云、华为云、百度云、腾讯云等互联网云数据上传，具有一体化平台的网络化、多功能系统，通过用户指定的通讯协议和通讯介质（如RS232/422/485通讯方式、CAN通讯方式等）送到远方监控后台，完成后台对整个现场的监控6 ,如图2所示，具有的功能如下：（1）协议支持Modbus_RTU、M o d b u s _T CP、CDT、D L47 6、D L6 45、I EC 10 1、I EC 10 4、O PC、BACnet等；支持通过云端OTA升级的方式扩展规约库来支持其他协议，支持MQTTv3.1（或3.1版本以上）。（2）组网方式RS485、LO R A、有线LAN。（3）边缘计算网关支持历史数据存储，存储时间间隔为5分钟，存储时长30 天，可调整；边32与车辆322023年第4期移动电源缘计算网关支持历史数据断网主动上送，自动判断与云端连接状态，记录断网时长，主动上送断网时间内的历史数据，（4）支持历史数据召唤传输，边缘计算网关通过MQTT订阅获取互联网云平台下发历史数据召唤命令，上送要求时间段内的历史数据。（5）工业设备连接数据接入中心时，基于移动4G网络，支持MQTT协议，为保证通道安全，采用TLSV1.2算法加密，通过发布与订阅机制实现数据传输；固件升级采用HTTPS协议获取固件，并通过MD5校验固件更新。边缘计算网关通过MQTT协议订阅获取互联网云平台固件版本升级信息，通过HTTPS协议获取更新程序或配置3。（6）支持互联网自动对时，支持云端与边缘计算网关对时。（7）边缘计算网关接收和发送日志消息（8）就地计算，云端通过远程配置方式下发自定义计算脚本，设备端可生成、上传、存储计算点。（9）边缘网关支持数据的清洗和加工，过滤无效数据，给云端提供熟数据。设备总览T63027177072189i1068910689AI图2 系系统界面示例12.2.3SaaS应用软件IoT云系统为备用电源设备提供设备管理、故障报警管理、智能运维、大数据统计分析、备品备件管理、客户管理、账号管理等功能进行多方面综合性管理的云端平台，可以完成机组状态实时监控、实时机组故障告警、故障诊断和预防预测、智能化运行和维护管理等多种业务，其中实时监控机组运行数据，通过全面的运维管理和智能分析故障告警，实现了预测性维护。系统界面示例2 如图3所示。（1）实时监控：实时刷新采集机组运行中的各类数据，与预设值比较及时发现异常情况，便于快速进行故障定位和故障排除，避免事故扩大。系统监测发动机、发电机等参数，查看运行数据曲线，实现精细化管理，保证设备的安全运行。（2）运行分析：长期运行后系统中会积累大量可利用数据，可以通过对机组各类历史数据进行大数据分析，完整掌握设备的各项性能指标，并完成图表分析汇总，为运维工作提供可以参考的支撑依据。统计故障报警的数据，精准评估设备的健康和寿命情况。分析历史机组事件，以图表形式为系统的设备改造和系统升级提供数据支持。完成按时间、按工况等类别的系统运行数据分析，便于总结规律提高机组运行效率；设备监控预警分析，预防性预警性保障设备安全稳定运行；通过数据分析结果汇总，为业主方经营管理者提供相关决策依据。（3）故障报警管理：通过声音和界面图标闪动等方式实时推送告警和故障事件，便于值班人员及时发现并处理异常情况；反馈实时机组状态，优化充电启动等管理提高蓄电池使用寿命；多角度和方位视频监测机组，可直观地看到机组运行状况，如是否有较大振动或过热部位；实时监测运行环境，通过传回的各类传感器数据掌握温湿度及消防等状态。实时信息负载发电市电控制器自动停机AUTOSTOP手动启动MANUALSTARTC/OC/O合闸分间合闸/分闸Open/CloseOpen/Close图3系统界面示例233与车辆2023年第4期移动电源（4）智能运维功能：故障报警智能化处理流程，故障信息同步传递到各岗位人员从而快速驱动运维工作，同时实现了运维工作的自动化，提高了运维工作效率；周期性提醒便于设备维护更新，与网络互联或VPN系统互联实现自动远程参数设置和软件升级。依据大数据分析机组状态，精准到人完成推送。出现故障事件时可一键完成处理，系统实现了闭环管理且保留相关记录。系统支持多人短信、app消息定期和不定期推送。系统界面示例3如图4所示。系统界面示例4如图5所示。1500图4系系统界面示例3（5）运营管理：通过日、月、年的设备运行数据、派工工单数据、各类故障报警数据，分析设备及售后运维效率，有依据的优化调整售后策略，完成售后服务计划目标制定，工作人员需及时完成系统中各种进度汇总表格便于实时跟踪目标完成情况，及时纠偏。（6）支持接入：支持多品牌多种型号控制器接入，目前兼容常用2 0 0 余种控制器。报警统计历史故障统计图数量日期05/11当前故障报警总数：7 个（分布于5个机组）图5系统界面示例4（7）设备备品备件耗材管理：系统已建立模块区输入机组供应商和备品备件耗材信息数据，已将机组备件耗材和仓储、物流等管理流程统一纳入线上平台管理，实现售后与备件耗材调配的联动，便于及时补充库存、便于及时调拨等提升运维工作效率，同时提升了用户满意度；（8）售后工作服务流程：系统中建立了与公司呼叫中心的联动互动工作平台，可一键完成呼叫和故障报告，实现统一的售后服务管理和运维工作流程，建立如以就近原则人员自动工单自动派遣系统，实现服务现场线上记录和可视化管理，现场服务后质量调研和客户确认等功能，实现了服务工作规范化、服用标准一致化等的可快速反应售后服务机制，大幅度提高客户满意度和客户粘性。2.2.4远程视频厂验部分客户因各种原因不能到OEM厂家现场监督测试进行验收，在界面中可开发远程视频厂验，实现客户远程厂验，避免机组发到现场才由客户提出整改意见而因现场条件不足不能及时整改的困难，同时，客户专家在机组测试运行期间可以随时在线监督而提高客户的满意度。远程视频厂验主要功能如下：视频采集：固定位摄像头及移动位摄像头多个，实现多方位采集。数据采集：a机组运行相关数据（如机组电池电压、油压、转数，负载功率等）。b现场环境相关数据（如温湿度，噪音等）远程视频厂验界面整合了采集的数据以及视频监控的画面，访客可以单独放大观看某个视频，通过网页/APP形式的形式进行访问。2.2.5附加应用：利用VPN技术的PLC远程调试功能应用VPN技术远程调试PLC等软硬件产品（主要应用于发电机组机组控制器、配备PLC的项目），可带来调试运维等成本降低，实现远程软件升级、程序下载上传、参数设置、调试等任务7 。基于VPN的PLC远程调试设备，用于调试机34与车辆342023年第4期移动电源组控制器、PLC，包括VPN接入交换机和安装有PLC控制器相关程序的计算机，VPN通过接入交换机可以连接多个现场PLC，并最终通过运营商VPN网络与计算机连接，在计算器界面完成软件下载和升级、远程调试，资深技术人员可在后方协助现场经验技术能力相对较弱的调试工人完成调试，减少资深技术人员频繁出差的费用和不能多点服务的不足。3基于行业现实需求的IoT云管理系统需具备的主要结构和内容(1)应建设备用电源设备物联网监控及服务云平台，实现备用电源设备的大数据采集、监控、存储、管理、分析及数据挖掘预测和辅助决策，智慧运维提升服务的效率；(2)开发边缘网关与边缘计算设备，实现设备数据稳定、安全上云；(3)建设IoT云WEB版和工业智能APP及移动应用，提供备用电源设备设备远程实时监控、智能分析诊断、智能化运维等功能，实现安全、低故障率运行；(4)建设一体化服务中心，对故障和安全隐患进行提前预警和诊断，实现备用电源设备全数据全流程的线上管控，实现运维精细化管理，提升售后服务水平；(5)基于大数据、云计算和AI深度学习，建立应用电源设备健康和寿命评估模型4，开发设备全生命周期管理智能引擎，提升设备使用寿命，降低设备故障率。(6)相关关键技术内容主要包括：a基于大数据处理框架的备用电源智能管理云平台：基于互联网和物联网，采用云计算、大数据、提供平台定制服务；b基于备用电源设备主要部件各品牌各型号控制器的可配置通讯网关；c设备健康及寿命的AI算法：基于历史大数据的设备性能分析，全生命周期健康及寿命评估与预测。4备用电源行业IOT系统常见信息安全方案目前在线运行系统多采用从以下方面进行信息安全实现和管理：(1)IaaS基础，采用华为防火墙:USG6650，防病毒阿里云盾等；(2)设备链路，设备三元组身份验证；（在使用MQTT通信协议连接阿里云物联网平台的时候，设备需要进行身份认证，认证时需要使用三元组信息，也就是设备的DeviceName、Pr o d u c t K e y 和DeviceSecret三个重要的信息5。这3个信息用来构建MQTT协议中connect报文中的客户端ID、用户名和密码。）(3)网络传输主要通过HTTPS加密通讯，包括网页访问及API接口；(4)数据内容主要是二级制编码的，安全性极强；(5)API接口都采用用户认证机制来确保访问安全。5备用电源行业采用云管理系统的成效据了解相关厂家云管理系统运行后，给用户和公司售后服务系统带来很多益处和附加价值，如可以集中监测用户备用电源现场状态，提升工作效率，运维人员可以随时随地通过PC端或移动终端，对备用电源系统进行监控，或者系统会自动推送相关信息，极大的提高了信息的及时性和传递的顺畅性。移动电源车用户调度中心可以准确掌握车辆位置和工作状态，有应急发电需要时就近调用车辆，为应急发电及时投入争取了时间。其它如数据报表自动统计生成、维护保养周期届时提醒、在线资料查35与车辆2023年第4期移动电源阅、线上报修等功能更是极大方便了用户，助力用户做好维保工作使机组始终保持良好状态，同时可节省维护和管理成本。对于租赁机组，还可以对恶意欠费等实施警告和远程锁机等限制措施。其它优点和拓展功能如下：1)增加新客户：通过云平台主动寻找客户，增加服务业绩；提高曝光和点击率，被更多产业链客户找到；2)维护老客户：通过云平台可以查看代维机组信息，对机组进行远程维护；3)节省人力：通过云平台方便外勤管理及派单，提高工作效率；4)节省时间：通过机组地图及导航，快速反应，直达目的地，提高服务效率；5)提高资金利用：根据机组信息优化零配件备货及库存，提高资金利用率。6结束语总之，基于IoT技术的备用电源云管理系统，有效实现了机组运行管理和维保工作等的线上管理，可帮助备用电源生产企业和用户企业创新商业盈利模式，提升核心竞争力，轻松实现智能化、数字化智慧运营，在互联网技术迅速发展，赋能千行百业的大形势下，促进了相对传统的备用电源行业数字化转型升级。参考文献：1牛特斯拉云介绍资料R.成都特斯拉云网络技术有限公司,2 0 2 2.2 庞长华.云计算、大数据、物联网等技术在智能电网的应用J.电子乐园，2 0 19（2 9）：34.3许涛，宫胜，康金龙.虚拟化技术在云计算中的实践运用J.互联网刊，2 0 2 2（10）：6 2-6 5.4 罗忠祺.智慧城市中云计算及物联网技术的运用J.软件,2 0 2 2(3)：140-142.5江联.边缘云计算节点-云-边-端协同-超融合技术J.世界轨道交通，2 0 2 2（1)：6 9.6 任道远.边缘智能与云边协同技术趋势J软件和集成电路，2 0 19（7）：7 9-8 1.7 刘佳宁.基于云管理VPNRegistry的AutoVPN实现方式研究J.信息与电脑，2 0 2 1（4)：190-192.作者简介：田蔚芙（1999-），女，陕西省宝鸡市人，物联网工程专业本科在读，主要研究方向为物联网工程。Application of IoT Technology in Standby Power Supply IndustryTIANWei-Fu(Hunan International Economics University,Changsha 410205,China)Abstract:The edge gateway reads the information of the diesel generator set controller and other sensors,and connects to theInternet through 3G,4G,WiFi and other wireless transmission methods.Cloud system provides a comprehensive managementplatform with functions such as equipment management,fault alarm management,intelligent operation and maintenance,big datastatistical analysis,spare parts management,customer management,account management,etc.for the emergency standby powerequipment,with real-time monitoring real time fault alarm,fault diagnosis,intelligent operation and maintenance management andother businesses,including real-time monitoring of equipment operation data for remote monitoring,providing comprehensiveoperation and maintenance management,intelligent analysis of fault alarm,and realizing predictive maintenance.In the dailymaintenance and management of the unit,it is difficult for the monitoring personnel to grasp the status of the diesel generator set inthe field for 24 hours,but they can report and deal with it in time according to the real-time monitoring fault or alarm informationreceived by the mobile phone,so as to realize the timely elimination of the alarm and fault of the unit and ensure that the unit isalways in a good operating state.KeyWords:IoT;emergencypower supply;smart cloud