基于云端的自动化设备远程维护及节能控制服务平台开发(可行性报告)

1、【内部案例】 基于云端的自动化设备远程维护及节能控制服务平台开发（可行性分析报告）一、项目摘要随着社会环境、效率节能自动化控制的发展，互联网尤其是移动互联网、物联网的快速发展。如今自动化设备在各行各业已经占有非常大的比重，特别是在工业行业。目前我们已处于自动、节能、数据、信息过载的海量信息时代。用户在面对海量信息却很难找到自己真正需要的内容。面对这些海量数据，如何收集、从中将有用的数据挖掘出来将成为我们亟需迫切解决的问题。自动化设备的普遍应用，设备能耗受到了前所未有的关注，为了节约成本以及响应国家节能的政策，自动化设备的远程维护及节能急需攻破这一道难关。工控行业许多工厂已经运用自动化设备多年，

2、许多自动化设备已经陈旧不堪并且过了原厂保修的年限，同时许多厂家只能等待设备发生故障才能进行对自动化设备的维修。没有完善的自动化设备报警系统，不仅产生了非常大的安全隐患，同时还可能负出相当大的代价。为此，我们针对公司的售后服务业务开发了基于云计算的自动化设备远程维护平台，平台由公司总部云端服务器及设备现场监控网络组成，通过网络协议把服务器与设备现场的监控网络连接在一起，而监控网络则由分布在设备现场的监控终端通过无线wifi衔接而成，实现设备现场各监控点与公司总部云端服务器实时交互数据。这个平台依赖云计算对采集到的各行各业的、数据格式各不相同的海量数据进行整合、管理、存储以及挖掘，并在整个平台中提

3、供计算服务，实现预测、决策，进而反向控制这些监控网络，达到通过远程维护平台对设备故障进行高效快速的诊断和制定解决方案的目的。结合云计算技术的新一代数据中心拥有更可靠和严谨的虚拟化平台实现支撑，而且这样的数据中心在规划、建设、运营、维护、管理等方面具备其特有的优势。通过远程服务平台可以对自动化设备进行能耗的实时监测、分析，控制。远程操作可以达到节能的效果。在远程控制下，节能环保具有高可靠性、高可用性、安全性、可管理性及高性能方面可以满足远程维护平台的发展需要。另外这个平台还可以用于远程视频会议，方便公司总部与各分公司、客户与售后服务人员进行实时交流。在软件问题上，云平台提供了自动化设备更新软件下

4、载，客户可到云平台服务器上下载并自行安装。云平台服务不仅大大减少了售后服务成本，体现出节能的效果，同时还具有实时性。二、项目的意义和必要性随着电气化和信息化时代的发展，电器产品的技术密集程度越来越高，表现在新技术、新材料及新工艺的应用。这在实现产品功能多样化的同时，也导致了产品故障率的升高，因此产品售后服务必不可少，在电器行业就有国家制定的“三包”政策。各类电器产品生产商都会在产品售后服务上给予不同程度的重视。一方面做好售后服务对于提升企业核心竞争力很有必要，另一方面也可以通过制定售后服务政策提供有偿的技术支持为企业拓宽商业渠道。但出于售后服务成本的考虑，不同的企业所提供的服务水平参差不齐。例

5、如不同品牌的笔记本保修政策是有很大差异的，这是由于厂商自身对于品牌服务的理解与投入有很大的差异。有些品牌把售后服务当作品牌的生命线一样看重，但有些品牌的服务更像是应付差事，很难让人有客户是上帝的感觉。其实笔记本是一种需要投入大量人力、物力、财力，才可以发展的产业，也就是说成规模的厂商，实力都是不容小视的，它们都拥有全国性的维修网点，最大的差异就是维修网点的规模、数量、所处位置、服务态度等方面，但不论怎么说，是否能以最快的速度把笔记本修好才是客户最关心的问题。同样，自动化设备维护属于电器产品售后服务的范畴，它贯穿于产品的整个生命周期，传统模式是厂家依靠在各地设立服务部门或派驻员工到现场服务，这样

6、做不但服务成本高，人员分散无法做到专业对口的有效维护，而且客户总是希望厂家能对产品提供全程的跟踪服务，并能及时对设备故障提出解决方案。因此售后服务的成功与否相当程度取决于生产商自身的实力，能否投入大量人力、物力、财力组建全国性的维修网点以及建立庞大的技术支持队伍是关键。对于一些中小规模的企业来说，这无疑会推高售后服务的成本，令企业管理者有所顾虑。而如果售后服务的质量和效率跟不上，必然会制约企业的业务发展。为此，我们针对某公司的售后服务业务开发了基于云计算的自动化设备远程维护平台，平台由公司总部云端服务器及设备现场监控网络组成，通过网络协议把服务器与设备现场的监控网络连接在一起，而监控网络则由分

7、布在设备现场的监控终端通过无线wifi衔接而成，实现设备现场各监控点与公司总部云端服务器实时数据交互。这个平台依赖云计算对采集到的各行各业的、数据格式各不相同的海量数据进行整合、管理、存储以及挖掘，并在整个平台中提供计算服务，实现预测、决策，进而反向控制这些监控网络，达到通过远程维护平台对设备故障进行高效快速的诊断和制定解决方案的目的。结合云计算技术的新一代数据中心拥有更可靠和严谨的虚拟化平台实现支撑，而且这样的数据中心在规划、建设、运营、维护、管理等方面具备其特有的优势，在节能环保、高可靠性、高可用性、安全性、可管理性及高性能方面可以满足远程维护平台的发展需要。平台的所有业务都是建构在云端服

8、务器之上的，为了解决服务器面临的大数据及高并发等问题，数据库采用了前后端两级存储的结构，前端为内存数据库，加入内存数据库可以提高对数据的访问速度，这里经过专业测试选择了性能较好的memcache作为内存数据库。后端数据库Hbase为分布式数据仓库，为方便对分布式数据进行挖掘和搜索，这里采用了Hadoop新的MapReduce框架Yarn，它用于大规模数据集的并行运算。在业务实现上我们分别采用了面向对象的Java语言和面向并发的Erlang语言，Erlang具有高并发、分布式及容错能力强和“热交换”的优点。这样可以保障远程维护平台对云端服务器计算速度及可靠性方面的需要。在国家推动装备制造业产业转

9、型升级和行业竞争激烈的形势下，作为自动化设备解决方案行业上游的自动化设备研发生产企业也迎来了新的历史发展机遇和挑战，迫切需要加大科技研发方面的投入，在政府有力的推动和支持下，进一步加强企业和高等院校科研交流和合作，将最新的科研成果和应用转化为企业和市场需要的产品，为企业创造效益、为客户创造价值、为社会创造效益。三、国内外项目发展情况电气控制技术的发展经历了由基于电磁原理工作的硬触点开关器件控制到基于工业控制器PLC和直接数字控制器DDC的软触点开关控制的演变过程，控制系统也经历了由早期功能简单的控制电路到功能复杂的各类控制系统的过程。1968年，美国通用汽车(GM)公司率先提出了研制新型工业控

10、制器的设想。一年后，由美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，即是早期的工业电脑(PLC)。之后，西门子公司、ABB公司及日本三菱等公司纷纷推出自己的PLC产品，PLC在工业控制领域开始独占鳌头。在此基础之上，工业过程控制系统也开始出现PLC控制系统（集中式控制系统和远程式控制系统等）、分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)及现场总线控制系统(Fieldbu s Control System,FCS)等三大控制系统。PLC控制系统可用一台PC机作为主站，多台同型PLC作为从站，也可用一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络

11、。它主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能，市场上主要有Siemens公司的SINEC-L1、SINEC-H1、S5、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSECNET、MELSEC-NET/MINI等产品。分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技术于一身的监控技术，是第四代过程控制系统。它采用的是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的三级结构。既有计算机控制系统控制算式先进、精度高、响应速度快的优点，又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的要求。主要用于大规模的连

12、续过程控制，如石化等，市场上主要有制造商：Bailey（美）、Westinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB（瑞士）等。FCS控制系统可以说是第五代过程控制系统，由PLC（Programmable Controller）或DCS（Distributed Control System）发展而来,是3C技术（Communication，Computer， Control）的融合。把微机处理器转入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能力，信号传输精度高，远程传输。实现信号传输全数字化、控制功能

13、分散、标准统一全开放。可上局域网，再可与internet相通。既是通信网络，又是控制网络。制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher-Rosemount、 AB/Rockwell、Foxboro 、Yamatake 、Yokogawa、Siemens、GEC-Alsthom 、Schneider、ABB等。上述三大控制系统都有各自的优缼点，随首云计算和物联网技术的发展，在云计算平台上构建远程控制系统成为可能，云计算对采集到的各行各业的、数据格式各不相同的海量数据进行整合、管理、存储以及挖掘，并在整个平台中提供计算服务，实现预测、决策，进而反向控制这些监控网络，达到通过远程维护平台

14、对设备故障进行高效快速的诊断和制定解决方案的目的。 目前，国内一些公司如北京映翰通网络推出的InHand Device Network设备管理云平台就是针对设备进行远程监控、维护、管理的系统软件。该软件为工业用户提供设备远程监控、远程维护、网络管理及高级业务功能，帮助客户实现的设备信息化，生产数字化。其产品在金融类、电信类、工控类等多个行业获得了应用。但是在实现对数据采集和挖掘，监控信号智能分析辅助故障诊断，移动终端监控和远程操作上还存在不足，为此开发出基于云端的远程设备维护及节能控制服务平台对于提升企业售后服务质量和效率都很有必要。四、项目的研究内容、技术水平与创新性1.研究内容自动化设备及

15、其维保的云平台是一种集成了海量数据的存储以及服务，技术先进并且含量高，能明显提高公司项目的承接数量、大大减少售前和售后的服务成本、减少工业自动化设备的维护成本、提高设备的安全系数的服务性系统平台。云计算在国内外属当今最热门的技术之一，但是由于精通云计算人才紧缺，能提供云计算服务的公司标出的价格昂贵，很大程度上制约了云计算在工业自动化的普及和大面积的应用，不能满足绝大多数中小企业的需求。本方案由自动化设备及其维保的云平台服务器和终端组成。云平台服务器由十台计算机搭建而成，采用并发式存储数据，构成安全性极高的容错系统。终端由手机和平板开发板组成，数目由客户个数和技术人员确定。这一套云平台系统集成了

16、云计算、远程视频通讯、嵌入式等多项技术。云平台整体布局图如下：图1 云平台整体布局图自动化设备通过PLC传感器将温湿度等数据通过485或者com传输主控制室，进行相应的控制，同时利用485或者com将数据传送到安卓开发板。图2 自动化设备与安卓开发板通讯图云平台服务器由十台服务器组建而成，采用hadoop文件系统，利用hbase做云平台的后端数据库，设立其中两部计算机作为主机，其余八台作为从机，实现分布式大数据存储和服务。图3 云平台服务器搭建结构图 云平台服务器搭建完成后，云平台服务器可通过安卓开发板发送短信到客户手机进行数据服务交流，同时客户可以运用手机跟售后服务人员进行视频通话。图4 云

17、平台服务器与手机之间的通讯图2.项目的关键技术1）分布式文件系统云计算技术本项目研究的节能自动化设备及其维保的云平台采用hadoop的HDFS分布式文件系统。具体配置：在十台计算机上安装配置hadoop，设置其中两部计算机为主机，其余八台为从机。HDFS使用块作为存储单元，大大简化了云平台存储子系统的设计。同时使用HDFS分布式文件系统非常适合用于工业自动化设备的数据备份，提供了非常优秀的容错能力和可用性。2）Map/Reduce云计算技术本项目采用Map/Reduce这种数据处理的编程模型。编写出来的Map/Reduce程序是并行运行的，在前面部署的十台计算机因此可以大规模的进行数据分析和采

18、集，将任务分配出去，大大提高了处理海量数据的能力。3）能耗分析节能云计算技术 传统的自动化设备与控制器采用一对一控制，能耗较高，并且当控制器数量很大的时候，管理将变得困难。本项目选取西门子的控制，采用一对多控制，再设计一套完善的能耗分析节能软件，将自动化设备运行中的一系列数据传送到云平台服务器进行能耗分析，然后将分析结果从云平台服务器发送到客户手机，提醒客户采取最优节能决策。4）嵌入式、模块驱动设计技术 本项目中终端选用的是安卓开发板，采用的系统是android4.0。安卓系统采用Linux的内核，需要用到linux驱动开发的技术。通过编写安卓开发板的485串口和GPRS木块的内核驱动，通过内

19、核移植技术，将完成后的内核烧进安卓开发板中，使得安卓开发板能够与485串口和GPRS进行通讯。5）安卓，IOS应用设计技术 自动化设备传输数据到云平台服务器上，然后经过处理发送到用户终端，本项目使用的终端有安卓开发板和安卓，苹果手机。数据从服务器发送到安卓和苹果手机，需要相应的应用才能够处理发送过来的数据，这里就需要用到android和ios应用开发的技术。本项目将为安卓和苹果终端设计相应的app应用，让用户轻松的、实时的观察到从服务器发过来的信息和数据。6）数据挖掘技术 自动化设备时时将数据发送到云平台服务器，这些数据经过设计好的功能强大的数据挖掘技术，把这些海量数据转化为有用的信息，帮助公

20、司更好更快地制定决策。通过数据挖掘，将自动化设备的温湿度等数据等绘成曲线，时时监控自动化设备的运行数据，检测自动化设备工作情况，做到预防报警等作用。7）远程视频电话技术 本项目致力研究远程视频电话，用于售前的调研和售后的维保服务。传统的视频会议若采用腾讯等视频，数据吞吐量一大，就将发生崩溃。本项目采用分布式数据存储，采用先进的流媒体技术，将云平台服务器和终端之间的流媒体交互提升到一个高度，能实现流畅地对话，轻松实现远程视频会议。8）终端短信、485串口通讯技术 当云平台服务器从自动化设备收集到的数据检测到自动化设备运行发生故障，就会通过发送信息让安卓开发板发送短信给到技术人员或者维保人员。而云

21、平台服务器跟安卓开发板之间的通讯采用485串口通讯，其中的通讯协议技术涉及安全保密，采用一套标准的编写流程，使得的开发人员和技术人员使用起来更加方便。 3.项目创新性 本项目提出的自动化设备及其维保的云平台，是目前市场上空缺的新型存储服务系统，能够存储海量数据并对数据进行挖掘，得到有用信息，同时提供售前售后维保服务多功能的先进技术平台。采用了android，IOS应用开发技术，让云平台发送到用户的信息更加可观，普及到手机用户更加容易，使得远程服务得以实现。云平台采用了hadoop的HDFS文件系统和hbase后端数据库，构成一个能够存储和处理海量数据的系统，更重要的是构成了一个可容错环境，使得

22、自动化设备的数据得以安全地存储。云平台实时监控自动化设备的数据，由一套完善的能耗分析软件进行分析处理，提供最佳控制决策，有效的节约能源和预防设备出现大故障，大大降低了设备维保成本，同时给工业安全提高了一个等级。本云平台无论从功能上还是技术上，与同类服务存储系统相比，都具有明显的优势和特点。如果项目实施，预期将迅速抢占国内外市场，为国内外数以万计的使用工业自动化设备的企业带来福音，降低了企业对自动化设备的维保成本，同时提高了自动化设备的安全系数，将云计算先进技术引入企业，降低使用门槛，具有广阔的市场前景。五、项目总体目标，实施年限，计划安排与阶段目标，具体考核指标 这个平台依赖云计算对采集到的各

23、行各业的、数据格式各不相同的海量数据进行整合、管理、存储以及挖掘，并在整个平台中提供计算服务，实现预测、决策，进而反向控制这些监控网络，达到通过远程维护平台对设备故障进行高效快速的诊断和制定解决方案的目的。该平台主要性能指标可达到国内领先，占领国内市场。 该平台研发成功后，将会迅速进行应用到大范围的设备维护项目中，并利用现有销售渠道和代理商，采用协议折扣优惠的形式，建立 2-3个示范平台和产品展示窗口，以直观、体验式的售前服务，增强目标客户的购买信心，使产品更加快速进入市场。 项目安排和阶段目标如下 第一阶段：2013 年12月-2014年3月，前期工作，云平台的架构搭建；技术选型部分方案构思

24、已完成。 第二阶段： 2014 年 4 月-2014 年 5 月，系统架构设置及框架学习；对业务流程进行调研和部分功能实现。研制出一个远程维护框架，建立实验调试平台。 第三阶段：2014 年 6月 -2014年7月，平台功能调试，改进阶段。合作双方共同完成试验维护平台的测试并提出试验意见，双方根据这些意见提出修改设计，使系统指标达到设计要求。合作双方根据修改意见，做出修改设计，并对维护平台进行升级改版。 第四阶段：2014 年 8 月 -2014 年 9 月，维护平台投放到公司维保业务上应用。根据应用过程经验，定型产品，并收集客户意见和使用报告。六、知识产权和技术标准现状和预期分析 本项目基于

25、市场需求的方向和公司的云计算平台，研发出一套带有设备故障进行高效快速的诊断和制定解决方案的远程维护平台。该远程维护平台产品化后，将攻克设备远程维护的关键技术，价格和性能上与国内外同类型产品比较，都具有明显的优势和特点，预期将迅速抢占国内外市场，为国内外数以万计的中小型设备生产企业和项目工程承包商带来福音，降低了用户的使用门槛，打破设备维护的价格垄断地位，实现国产化。 本项目拟在远程维护平台的结构设计和数据预测方法方面申请专利 2到3项。基于海量数据进行整合、管理、存储以及挖掘技术，在云平台的架构设计方面申请专利 1项；在云计算监测平台及监控网络方法，不需要工程人员现场作业，实现设备数据预警和远

26、程视频会议，申请专利12 项。另外在国内外的核心期刊发表论文3到5篇。七、项目总投资预算说明八、项目预期成果的经济、社会、环境效益，与国内外同类产品或技术的竞争分析，成果应用和产业化前景1. 预期达到的技术指标 1)基于云端的自动化设备远程维护及节能控制服务平台能够收集从售出设备中获取数据，数据挖掘中从而分析设备使用情况以及汇总，对设备使用情况进行良好的监控。 2)终端服务器将对数据进行备份，以防丢失。对数据保存进行保护作用。 3)对数据进行分布式存储，使得数据存储、数据分析和协调变得十分简单。读取数据速度变得很快。 4)远程视频会话技术，公司技术人员可以直接与客户进行可视通话，进行需求分析，

27、达到解决售前认知误差、售后设备出现故障需要实地解决的问题。 5)终端短信 设备通过串口将数据发送到安卓、IOS开发板中，通过开发板将数据反馈到技术人员。6) 报警 系统界面均要能够提供自动报警功能，根据用户定义报警条件和报警动作级别进行提示。报警动作能够支持告警灯闪烁、声音提示、短信通知。7) .平台保存至少12个月的统计数据和定制数据，至少30天的明细数据原始流。8) 对于当地流量和特征事件数据的查询，在返回记录不超过10万条的情况下，查询时间不超过_；9) 对于全网流量和特征事件数据的查询，在返回记录不超过10万条的情况下，查询时间不超过_。10) 查询1TB的本地原始流记录，查询结果返回

28、时间不长于_；11) 查询1TB的异地原始流记录，在返回记录不超过一百万条的情况下，查询结果返回时间不长于_；12) 系统支持实时的技术人员内网IP和中国各省IP地址定位，可依据定位信息进行检索和统计；提供IP地址定位表的更新机制。13) 系统能够实时分析客户设备使用终端，并发出预警2. 预期实现的经济指标本课题计划投资_万元，2014年将在广东省内进行实现应用，预计形成销售收入及服务收入_万元。使产品更加快速进入市场。更利于快速反馈客户的意见和问题，改进产品的质量和技术性能。2015年将在华南地区进行应用，预计形成销售及服务收入_万元。将工作的重心放在如何为客户提供优质服务上，实现“零距离”

29、服务，建立用户对产品的信心，形成市场良好的口碑，快速扩大市场占有率。2016年，将应用范围扩展到华中、华北等全国各个地方，形成产业链，预计形成销售及服务收入_万元。3. 项目社会及经济效益本项目平台主要应用到各公司企业、形成重要的信息系统,首先会在广州市和深圳市进行了试点应用，2014年年计划首先在全省21个地市推广应用。本平台每个服务应用平台的项目投资_万元（根据网络出口和用户数而定），为方便分析，暂以平均成本_万元/套，售价_万元/套，20142015年每年每套技术服务费_万元，2016年降低到每年每套_万元。20142017年经济效益情况如下表（经预测分析，本项目（）年即可实现投资回收，

30、有非常好的经济可行性和市场前景）： 投产年份销售量（套）销售额技术服务费毛利润缴税总额税后利润2014201520162017合计九、管理机制：项目的组织管理措施，企业参与程度、产学研联合机制，其他必要的支撑和配套条件落实情况1.管理机制项目承担单位之一：广州市能迪自动化设备有限公司 广州市能迪自动化设备有限公司成立于2002年12月8日。 是专业从事暖通空调自动化控制设备及系统，工业自动化控制设备及系统，低压配电控制设备及系统设计开发、生产销售、系统集成、工程总包及技术服务于一体的专业化、个性化的高新科技企业。 公司总部在广州市番禺区，在北京、苏州、成都均设有办事处。 公司有现代化的办公场所

31、和近2000平方米的现代化的生产厂区。 公司在2010年取得国家认可的 “3C”认证，并被国家评定为“高新技术企业”。 公司产品及服务已广泛应用于医疗手术室、电子、烟草、化工、制药、食品、民用建筑、商场、工业厂房、机械自动化等各行业，且与美国Rockwell Automation(AB)、德国西门子、新加坡索龙等国际知名公司签定长期合作协议，同时也与多家国内外知名空调设备厂及专业工程公司建立了长期的合作关系。项目承担单位之二：华南理工大学自动化学院自动化科学与工程学院成立于 2002 年 1 月，其前身为 1961 年原华南工学院成立的自动化系。自动化科学与工程学院实行院系二级管理，设有两个系

32、（控制与信息工程系、自动化与网络工程)，两个中心（自动化教学实验中心、自动化技术研究开发中心），一个系统工程研究所；设有控制科学与工程一级学科博士 学位授权点（内设控制理论与控制工程、系统工程、模式识别与智能系统、检测技术与自动化装置等专业的博士与硕士授权点）；控制科学与工程博士后流动站；2000 年控制理论与控制工程被省教育厅批准为广东省重点学科；2001 年自动化专业被广东省教育厅评为省名牌专业。 目前，自动化学院拥有一支水平高，职称、学位、年龄结构合,老中青相结合的师资队伍， 按照学校“以人为本，以教学为中心，以科研为重点，建设一流大学”的宗旨和“重人品，厚基础，强能力，宽适应”的要求，

33、学院改革创新，组建了设备齐全先进、管理规范完善的、列入学校十大基础教学实验中心之一的自动化教学实验中心，其固定资产达 1500 多万元；通过“211 工程”与“985工程”，建立了先进控制技术实验室、基于现场总线与 Internet 实时控制技术实验室、复杂系统控制及信息技术实验室等创新基地。40 多年来，自动化系年年桃李，岁岁芬芳，人才辈出，硕果累累,为国家培养了本科生 5000 多人，专科生 600 多人，硕士生 600 多人，博士生 150 多人，他们在高级管理干部、专家教授、总工程师、企业家等等岗位上，为国家的四化建设做出了卓越的贡献。自动化学院在科学研究与技术开发方面拥有一批优秀的科研人,已经形成几处于自动控制理论研究前沿和与经济发展紧密结合的达到国内领先或国际先进水平的研究方向： (1) 复杂系统的建模、控制与优化； (2) 控制系统的分析与综合； (3) 智能检测与智能控制； (4) 工业过程的智能