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电梯行业中的云计算应用
2020-11-18 14:28:19   

  1、引言


  电梯是一种使用广泛的垂直升降交通工具。电梯生产企业按照客户需求和现场条件,根据计算数据和行业经验设计、生产电梯,在安装验收后交付客户使用。使用过程中电梯零件损坏和电气系统参数改变不可避免,必须及时检修故障和定期保养,以保证电梯运行安全。


  电梯的研发设计和维保服务,都以其运行数据的监控和分析为基础。对电梯运行数据的管理分析能力显示了一家电梯企业的实力。目前奥的斯、日立、三菱等几大电梯厂家生产的在用电梯都已超过10万台,广泛分布于城乡。对电梯系统的维护升级和质量监控主要依靠工作人员现场进行。随着业务量的拓展,在用电梯不但历史数据分析的数据量越来越大,且其维护和监控的难度也越来越大。技术部门的人手统计分析已经远不能满足需求。提高数据分析能力和结果复用成为技术、工程、财务等部门共同关注的问题。


  随着企业信息化进程加速,电梯行业内对大范围电梯运行数据的提取和分析做了很多探索。如利用有限电话网络连接电梯和企业内故障监控中心,当在用电梯发生故障时立即向监控中心报警,企业及时派出维修人员到现场排除故障,但能反馈回的信息有限,维修和保养的质量主要依赖于现场人员的经验;同时,大范围电梯运行历史数据管理开始使用数据库系统,虽方便了设计和维保人员查询,但数据的录入目前主要采用人手操作,对海量数据的分析还处于起步阶段。云计算技术是一种新兴的信息处理技术,是一种面向服务的计算机技术,正从理论走向实际应用。将云计算架构引入传统电梯行业,旨在提高电梯企业对在用电梯的海量信息监控和处理能力,提高研发设计和售后维保服务水平。


  2、云计算概念


  云计算(Cloud Computing)是网格计算(Grid Computing)、分布式计算(Distributed Computing)、并行计算(Parallel Computing)、效用计算(Utility Computing)、网络存储(Net work Storage Technologies)、虚拟化(Virtualization)、负载均衡(Load Balance)等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算机实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统,并借助SaaS、PaaS、IaaS、MsP等先进的商业模式把这个强大的计算能力分布到终端用户手中。


  云计算技术在海量数据存储和分析上有巨大优势。云计算的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力,进而减少用户终端的处理负担,最终使用户端简化成一个单纯的输入输出设备,并能按需享受“云”的强大计算能力。


  按照云计算的服务方式划分,云计算架构可分为私有云架构和公有云架构。与公有云相比,私有云为一个用户单独使用而构建。用户拥有基础设施,并可控制在此基础设施上部署应用程序的方式。在用户防火墙后面只有用户及其合作伙伴才能访问,因而能对数据、安全性和服务质量作最有效控制。


  3、电梯云计算架构介绍


  电梯的云计算架构是以企业为中心的私有云服务架构。它整合企业内原有的服务器资源为管理平台,将企业在用的电梯用网络和企业内数据平台连接起来。通过远程监控各台电梯的电气系统数据,并依靠平台的数据分析处理能力,为设计和维保终端用户提供应用服务。


  电梯的云计算架构包括以下三个层次:基础终端层、云计算平台管理层、云端应用层,如图1所示。

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  3.1基础终端层


  电梯控制系统从原来的继电器组发展到PLC到单片机再到DSP。电梯主控芯片计算能力已大幅提高,大部分电梯都配有由高性能计算芯片组组成的总线控制系统。通过在电梯上加装监控终端,调用电梯内总线数据,将各电梯控制系统的硬件和企业内数据中心有线或者无线联接起来。再用电梯组成的庞大网络,构成电梯的云计算架构的基础终端层,为平台数据分析提供充足样本。[page]  3.2云计算平台管理层


  遵循平台即服务(PAAS)的原则,云计算平台管理层监控基础设施层数据,实现海量信息存储,并为云端应用层提供应用信息平台和基础软件开发环境。


  (1)I/O信息管理


  云计算平台管理层驱动与应用层数据交互和与设施层数据交互的I/O,实施电梯终端数据远程集中存储,响应应用层对数据库的查询请求,管理接入输出信息的发放权限和数据备份,并完成和企业内原有的其它各种数据库数据交互管理。


  (2)应用集成


  云计算平台管理层通过大量搜集电梯各种运行属性数据,以单台电梯为对象建立对象库,并按照既定的方法分析统计建立起构架库,将集成服务存入云计算数据库,方便应用层直接调用和信息复用。


  3.3云端应用层


  基于B/S架构,依赖平台层的分析计算能力,在云端应用层PC终端直接调用平台管理层数据库中的对象、构架和服务集成。


  基于C/S架构,各终端用户对数据的需求不同,对某些数据的采集和统计方法会有很大出入,利用平台层的对象数据,结合云端PC本地应用程序实现对数据的专项复杂分析应用。


  远程维护,通过云计算平台管理层发放权限,允许应用层终端对平台计算平台管理层进行程序和数据维护,重新设置对象和构架的组成规则。


  4、电梯云计算架构部署实例及特点分析


  随着电梯产能和在用电梯基数的不断扩大,各电梯厂商纷纷采用数据库管理生产、销售、维保等数据。一些厂家已投入到整合企业内部服务器资源搭建电梯云计算架构的应用研究中。图2是某企业的电梯云计算架构信息流示意图。

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  基于云计算架构的信息传递系统,该电梯企业实现了对大范围在用电梯的数据监控。该系统具有如下一些特点。


  (1)硬件复用


  在云计算架构中,电梯终端处于云计算系统的基础终端层。组网时仅需在每台电梯控制柜加装数据转换装置。该装置绑定电梯主控电子板,把不同型号电梯的系统内通信数据转化成统一数据协议,通过手机无线网络与平台管理层数据交互。其它的电梯硬件设备可以复用。


  企业内部设置集中数据存储计算中心,将企业内各类服务器重新部署搭建统一的虚拟化资源池。电梯运行实时信息返回放入平台管理层的存储资源池中,实现服务器硬件资源的复用。[page]  (2)动态的集中存储与计算结合


  单台电梯数据存储能力有限,通常只存储有限量的电梯故障码,许多运行过程的有用历史数据被丢弃,而实时获取电梯运行数据依靠传统技术则不能实现,在该云计算应用架构中,平台管理层利用SQL数据库统一管理电梯终端网络传回的数据信息,建立单台电梯为对象的基础数据库并实时更新。单台电梯历史运行数据存储量的瓶颈得到解决。


  同时,企业内许多用户对数据的分析计算出现重复,造成很大的资源浪费。遵循计算向服务器转移的原则,云计算服务器不仅完成简单的虚拟化数据存储,还在服务器端实时对大样本数据按既定规则分析计算,创建构架库,方便用户直接调用分析结果和构架。基于虚拟化技术,云计算平台管理层同时完成数据信息的灾难备份。


  (3)满足研发设计需求


  研发设计人员常需要统计大量现场运行信息作为制定方案的依据,如通过统计启动次数分析器件使用情况作为设计选型裕量依据;通过比对大范围同一梯型电梯运行数据,计算平均值,分析每台电梯运行参数设置的偏差。


  在云计算架构中,在应用端可以监视指定电梯的停靠楼层、载重、速度、电机电流等运行状态信息。研发设计终端用户在局域网DMZ区域内的PC端通过远程虚拟桌面,调用云计算平台管理层数据库内生成的对象屙|生和集成服务,并基于C/S架构对信息进行二次开发应用。


  (4)满足维保需求


  传统作业方式中,现场维保人员对电梯故障处理往往得不到足够信息,受到人员经验和技术水平限制,维保效果不容易保证。


  基于云计算架构,现场操作人员可以获得足够信息支持。借助PDA终端通过无线网络查询平台数据库中故障电梯的历史运行信息,并根据同类电梯故障处理方案统计制定故障解决方案,大大提高了现场维保效率。


  (5)反向自动控制


  大多云计算服务用于实现终端对对象信息的获取。能实现从云端应用层对基础终端层系统的信息修改是电梯云计算架构的一大特点。


  基于电梯的云计算架构,从PC端通过平台管理层驱动无线网络向电梯终端上的数据转换装置发出远程程序升级、清除电梯终端故障码指令;或者当电梯终端丢失数据时,由平台管理层自行将电梯参数进行同步恢复是可行的。


  通过比对大范围同一梯型电梯运行数据,计算管理平台自动计算平均值,监视每台电梯运行数据异常状态,统计分析电梯历史信息并做出风险的预测判断和启动预案。达到在用电梯运行的大范围自动监控质量的目的。


  (6)数据安全


  电梯运行参数设置是每个企业经验的总结,对电梯运行参数的控制关系着乘客的生命安全,需要对数据信息加密保护。


  实际应用中,数据转换装置采集的电梯系统内各数据总线信息为电梯企业秘密,这也是电梯的云计算架构是基于私有云架构的主要原因。采集的电梯系统数据信息会采取周期采样加密封包。通过加密手机短信与无线网络运营商数据交互,再由运营商预置有线网络实现与企业私有云设备数据交互。企业内DMZ区和运营商间设有防火墙。数据解密在企业内部完成。


  考虑到数据传输速率和信息安全性等问题,应用中对电梯终端数据的维护和升级还是由现场操作人员手工完成。他们借助PDA终端通过无线网络向PDA服务器提出查询申请,PDA服务器部署在企业防火墙后,与云计算数据库同步。每个PDA终端需要在云计算平台管理服务器备案,数据传输过程经过SSL加密,PDA终端定期清除下载的数据,以保证私有云内信息不外泄。


  (7)云际云


  电梯云计算架构平台预留了云际云接I=1,即企业私有云系统与公网数据交互接口,为各企业间数据共享,组成云际云创造条件。


  5、结语


  将先进的云计算技术引入传统电梯行业,大大提高了企业对产品质量的监控能力,减轻工程维护工作强度,拓展研发设计分析数据支持。可以预见,电梯云计算架构的引入将对行业的技术发展和管理能力提升产生重要影响。


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