、ｌ 匐 化 物联网环境下污水处理厂设备管理系统的开发 Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ 覃丽，史胜波，汤磊，古丽拜尔 ＴＡＮ Ｌｊ＇ＳＨＩ Ｓｈｅｎｇ．ｂｏ，ＴＡＮＧ Ｌｅｉ。ＧＵ Ｌｉ—ｂａｉ．ｅｒ （新疆克拉玛依市排水管理处，克拉玛依８３４０００） 摘要：设备管理是污水处理厂管理运行的重点，目前污水处理厂的设备管理还存在方式方法落后， 效率低下等问题。本文从管理现状出发，结合物联网等信息技术的发展趋势，提出二维码标 识设备、智能手机作为现场管理终端的设备移动实时管理系统方案，实现设备的实时实地管 理，提高设备管理的精细化水平。 关键词：二维码；设备移动实时管理系统；业务综合集成 中图分类号：ＴＰ２９ 文献标识码：Ａ 文章编号；１ ００９－０１ ３４（２０１ ４）０２（上）－００９５－０３ Ｄｏｉ：１ ０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１４．ｏ２（上）．２７ ０引言 克拉玛依市属共三座污水处理厂。各污水处 理厂的Ｅｌ常生产中，对各类设备的管理是保证工 艺正常运行的重中之重，但目前三座污水处理厂 为何进行维护维修、怎样进行维护维修、维护维 修过程中发现的问题、使用的工具、更换的部 件、备件的库存情况等都没有记录或是记录信息 不完善等。设备并没有真正建立起设备生命周期 的动态档案，缩短了设备的有效使用寿命、加大 了维护维修费用。 的设备管理还属于原始的手工登记管理，存在管 理手段滞后、效率低下的问题。本文所述的设备 移动实时管理系统，为污水处理厂的设备管理方 式带来新的理念与优化。 １．３设备管理模式与现场脱节 设备管理涉及到不同的管理部门和业务部 门，运行中的设备涉及的主要业务流程是设备维 护和生产管理。设备维护部门负责现场设备巡 检、设备维护维修；而生产管理关注的是设备的 运行工况，如启动、停止、工作参数和工艺参 １设备管理现状及存在问题 １．１管理方式还处于初级阶段 克拉玛依市属的三座污水处理厂均存在设备 管理方式方法落后的问题，以第二污水处理厂为 例。第二污水处理厂于２０１ １年建成并试运行， 其自动化程度先进并配置了完善的工控系统。但 数。设备的操作、维护、管理在生产现场，设备 管理部门的数据录入在办公室，设备现场及台账 在污水处理厂日常运行中，设备管理仍处于人员 现场巡检维护、手工登记设备运行状态和建立纸 录入的时间和空间上都存在距离，很多现场业务 只能事后补录，使得设备管理台账管理效率低下 及信息准确性难以保证。具备自动控制功能的设备 的运行工况已由工控系统监视，在工控系统中积累 质版设备台账的较为原始的管理方式。系统管理 主要侧重于设备实物的完整性、安全性，对如何 管好、用好设备关注不够。已进入工控系统的工 艺设备运行状态信息不能与设备管理工作有效衔 接，因此管理系统只能局限于静态管理的低水平 上。由于设备管理的模式、办法和手段的落后与 过时，存在设备维护效率低下的问题。 了大量设备运行的历史和实时数据，这部分数据不 能被设备管理部门分享，在设备故障预测、维修更 换提示等方面没有发挥出应有的作用。 ２设备移动实时管理方案 ２．１方案的提出 国际电信联盟（ＩＴＵ）在其报告（（ＩＴＵ互联网 报告：２００５：物联网》中正式提出了“物联网” 的概念。物联网即指将所有物体通过信息传感设 备如射频识别、全球定位系统、红外感应器等与 １－２设备台账承载的信息量太少 现行设备管理台账一般以月为周期，记录了 设备运行状态、维护维修时间和进行了哪些维护 维修，其他的信息例如设备设施发生何种故障、 收稿日期：２０１３－１１－１８ 作者简介：覃丽（１９７６一），女，四川人，工程师，学士，研究方向为工业自动化。 第３６卷第２期２０１４—０２（上） 【９５】 务１ 互联网相结合，形成一个智能化识别和管理的网 勺 似 案形式按一定规律在二维平面上来记录数据信息 的一种应用技术。从技术原理来看，二维码在代 络。其目的是让所有的物品与网络连接在一起， 方便识别和管理。随着移动互联网技术、通信技 术、传感识别技术、嵌入式控制技术的迅速发展和 智能手机的快速普及，在物联网这个大的概念和技 码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的 ／００和／１０比特流的概念，使用若干与二进制相对应 的几何形体来表示数值信息，并通过图像输入设 备或光电扫描设备自动识读以实现信息的自动处 术趋势下，信息系统与业务工作进一步融合，出现 了许多新的信息系统解决方案和业务模式。 针对上述污水处理厂设备管理中存在的问 题，从现阶段克拉玛依市排水管理处的实际情况 理。与现在广泛使用的一维码（即条型码）相比，二 维码信息容量是一维码信息容量的几十倍，能够 把图片、声音、文字等可以数字化的信息进行编 出发，通过比较各类设备标识和管理的方式方 法，结合技术的发展趋势，我们提出了物联网环 境下设备管理系统开发的方案。 确定为管理对象的设备上贴上二维码，通过 智能手机识别二维码来管理设备。在日常工作 中，操作人员通过智能手机便可了解掌握设备的 相关信息，设备维修、维护、操作后及时对信息 进行录入和更新。 我们将基于此解决方案所开发的信息系统称 为“设备移动实时管理系统”。 ２．２系统组成与功能 从硬件组成上说，设备移动实时管理系统由 管控中心设备、通讯网络和用于设备现场管理的 手持终端组成。 管控中心设备包括设备管理服务器和设备管 理工作站，设备管理服务器用于存储设备数据和 作为设备管理的应用服务器，支撑设备管理的业 务流程，主要功能有设备采购、设备管理、设备 维护、备件管理。设备管理工作站用于设备管理 的前台操作，根据部门的分工和物理位置，设备 管理工作站也可以设置在相关的业务部门。 系统运行的网络环境分为外网和内网两大部 分。外网为基于中国移动、中国联通等运营商的 移动互联网。内网为有线介质（局域网）和无限介 质（无线局域网）组成的厂内局域网。内外网之间 设置放火墙、路由器和网络服务器。管控中心设 备、各业务部门的管理计算机通过内网进行信息交 换。作为手持终端的智能手机与设备管理服务器的 信息交换可以通过外网也可以通过ＷＩＦＩ内网。 手持终端设备选用基于Ａｎｄｒｏｉｄ平台的智能手 机。智能手机的功能一是对二维码拍照以识别设 备，另一方面作为现场人员进行设备信息查询与 录入的人机界面。 ２．３二维码的应用 二维码是用某种特定几何图形以黑白相间图 ［０６１ 第３６卷第２期２０１４－０２（上） 码并表示出来；二维码容错能力强，具有纠错功 能，当二维码因穿孔、污损等引起局部损坏时， 甚至损坏面积达５０％时，仍可以正确识读，其译码 错误率不超过千万分之一，远低于一维码百万分 之二的错误率。 目前在商业领域，二维码的应用正在迅速普 及开来，考虑技术的发展趋势和二维码的优势， 我们选择通用的智能手机做为终端设备、二维码 用于设备的标识，而没有选择工业领域常用的条 码和ＲＦＩＤ技术。 ３应用软件系统开发 ３．１软件体系结构设计 设备移动实时管理系统技术方案决定了其应用 软件系统是在分布式环境中创建的应用程序，即是 一个分布式应用程序，或说是一个网络应用程序。 分布式应用程序利用多台机器的资源及许多 进程的空间，把应用程序分成更容易管理的任务 组，这些任务组能在各种不同的结构下进行部 署。把应用程序分解为任务组便于重复使用、扩 充和管理。应用程序分解成怎样的任务组，各任 务组之间如何进行信息的交互，是软件体系结构 设计要解决的问题。 为了使系统具有更好的性能和可扩展性，以 支持业务目标的不断增长，应用软件系统采用三 层结构。如图１所示。 在数据服务层，构建设备对象模型，并通过 此对象模型的实例化在计算机系统的程序空间中 建立起污水处理厂全部设备的数字化映像。对于 某一个具体设备，其对应设备对象的各种属性表 示了该设备的实际状态。设备对象的属性数据分 别存储在设备数据库和生产过程控制实时数据库 中。所以在数据服务层提供对设备数据库和实时 数据库的存取功能。 业务逻辑层接收表现层的用户输入，将用户 输入转换为业务事件，根据业务规则推动业务流 １ 表现 ｌ ｕ－１置 层 业 訇 化 采用Ｂ／Ｓ结构就要考虑面对特定浏览器的问题。为 １３１ Ｉ圆 Ｉ ＵＩ Ｉ 了减小开发工作的难度，提高系统的运行可靠性 和效率，我们采用了Ｃ／Ｓ结构的技术方案。在这样 Ｊ设备采购ｌＪ设备管理ｌＪ维修维护ｌＪ生产管理ｌ Ｉ备件管理ＩＪ系统管理Ｉ 层 的具体技术方案下，数据服务层和业务逻辑层的 功能运行在设备管理服务器上，表现层的功能运 数据 设各对象模型ｆ 服 务 设备静态数据存取 ｌ设备运行数据存取 １ １广 离国 图１设备移动实时管理系统软件体系结构 程的运行。业务流程的运行改变了设备对象的 相应属性，这是由业务逻辑层的业务逻辑调用设 备对象模型来完成的。同时业务逻辑层根据用户 的请求将用户需要的设备属性展现给用户。系统 支持的业务流程有设备采购、设备管理、维修维 护、生产管理和备件管理。系统管理用于系统功 能配置和设备对象模型的配置与管理。 表现层用于系统与用户的交互。用户可能通 过局域网上的工作站、互联网上的工作站、无线 局域网上的智能手机和移动互联网上的智能手 机使用表现层。表现层将用户的输入转换成对业 务逻辑层的请求，并将业务逻辑层的响应展现给 用户。表现层的运行平台和具体界面风格可能不 同，但不同终端与业务逻辑层的接口是一致的。 三层结构的软件体系结构设计不仅使表现层 的具体界面形式调整不影响业务逻辑，当需要增 加新的业务功能或调整业务规则时，只需增加新 的业务流程或调整现有业务规则即可，不需改变 数据服务层的设计与软件。进一步地，在此三层 应用程序的基础上可深化发展，增加应用程序的 层次，使系统具有更好的运行性能、更好的可维 护性、可扩展性和扩充性。 ３．２应用软件的技术实现 表现层完成了系统与用户的交互，从用户的 角度看，表现层即用户界面。如何实现界面，有 不同的技术方案，一种是用户界面是系统可执行 程序的一部分，即所谓的Ｃ／Ｓ结构；另一种是将浏 览器作为一个主要的用户界面使用，用户界面是 表现在网络浏览器内的，即所谓的Ｂ／Ｓ结构。 设备移动实时管理系统的终端设备包括作为 工作站的ＰＣ机和作为移动终端的智能手机，如果 行在设备管理工作站和智能手机上。图２为智能手 机通过二维码识别了设备后的信息显示界面。 图２信息显不界面 一 服务器操作系统为Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ，工作站操 作系统为ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ或ＷＩＮ７。服务器上和工作站 上应用程序采用．ＮＥＴ平台，ｃ≠｝语言开发。智能手机 选用Ａｎｄｒｏｉｄ平台，应用程序采用Ａｎｄｒｏｉｄ ＳＤＫ＋ Ｅｃｌｉｐｓｅ开发环境下Ｊａｖａ语言开发。客户端程序连接 到Ｗｉｎｄｏｗｓ套接字库，以便在本地网或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上 与服务器连接。 我们采用组件技术进行应用软件的开发。业 务和数据访问逻辑封装在组件内，这样在条件具 备和需要时，可以将表现层重新开发，将微软的 ＩＩＳ（作为网络服务器）与ＡＳＰ（作为应用服务 器）组合，提供应用程序组件，使得系统的部分 或全部功能支持Ｂ／Ｓ结构。 ４结束语 我们研究开发的设备移动实时管理系统通过 二维码作为线上和线下信息沟通的桥梁，智能手 机作为现场终端设备，不仅提高了设备管理工作 的效率，而且使得设备管理业务与生产运行管理 在系统中达到了业务综合集成，为污水处理厂的 设备管理方式带来新的理念与优化。 参考文献： ［１】宋娟，唐守廉．二维码的应用一移动商务的加速器［Ｊ］．电 子商务，２００７（２）：７０—７３． 【２】黄宇．二维码在移动电子商务中的应用［Ｊ］．中国新通信， ２００６（５）：７８—８０． 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