基于快速響應(yīng)碼的電廠設(shè)備管理及移動(dòng)端APP開發(fā)

簡偉奇 林濱

摘? 要：為電廠設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并修復(fù)，然而目前的監(jiān)控系統(tǒng)無法在故障發(fā)生前報(bào)告設(shè)備的異常狀態(tài)。為了解決上述問題，提出了一種基于快速響應(yīng)碼的電廠設(shè)備管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在人工巡檢時(shí)，通過掃描設(shè)備上的二維碼，查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等信息，為電廠設(shè)備的管理提供了數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，開發(fā)了與電廠設(shè)備管理系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)APP。該系統(tǒng)在電廠設(shè)備管理的實(shí)際使用中效果良好，可以為其他領(lǐng)域的設(shè)備管理工作提供參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)備管理系統(tǒng)；快速響應(yīng)碼；移動(dòng)APP開發(fā)；工業(yè)智能化設(shè)備

中圖分類號(hào)：TP311；TV737? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）07-0031-04

Abstract： Power plant equipment state detection can detect equipment abnormalities in time and repair， but the current monitoring system is unable to report the abnormal state of equipment before failure occurs. In order to solve the above problems， a power plant equipment management system based on QR code is proposed. The system can scan the QR code on the equipment during manual inspection to check the operating state of the equipment and other information， which provides data support for the management of power plant equipments. At the same time， the mobile APP corresponding to the power plant equipment management system is developed. The system has a good effect in the actual use of power plant equipment management and can provide reference for other fields of equipment management work.

Keywords： equipment management system; QR code; mobile APP development; intelligent industrial equipment

0? 引? 言

水力屬于一種清潔能源，使用水力進(jìn)行發(fā)電是一種較為成熟的能源利用方式。水力發(fā)電存在著建設(shè)工期短、能源利用率高、投資匯報(bào)快等特點(diǎn)，因此建設(shè)水力發(fā)電站對(duì)山區(qū)的開發(fā)和環(huán)境的保護(hù)具有很大的意義。中國在水力發(fā)電領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，到目前為止已經(jīng)建造了數(shù)千座小型水電站[1]。當(dāng)前在電廠的實(shí)際生產(chǎn)過程中，內(nèi)部的發(fā)電設(shè)備種類繁多、各個(gè)系統(tǒng)之間存在大量聯(lián)系，為設(shè)備的檢修和日常維護(hù)帶來了較大的困難。因此，需要結(jié)合當(dāng)前電力設(shè)備現(xiàn)代化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1? 研究背景

水利發(fā)電廠的發(fā)展經(jīng)歷了從數(shù)字化、智能化到智慧化的過程。相對(duì)于傳統(tǒng)的人工巡檢和基于傳感器的巡檢方式，基于快速響應(yīng)碼的巡檢系統(tǒng)可以根據(jù)采集的設(shè)備狀態(tài)信息和運(yùn)行參數(shù)，對(duì)發(fā)電廠的不同設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理，從而實(shí)現(xiàn)電廠設(shè)備管理的現(xiàn)代化和智能化。同時(shí)，隨著手機(jī)軟件的廣泛應(yīng)用，可以在工作人員的智能手機(jī)上實(shí)現(xiàn)信息終端的二維碼訪問與輸入[2]。近年來，許多設(shè)備管理部門立足于實(shí)際應(yīng)用的角度，不斷探索和嘗試新型的信息化管理模式[3]。邢緒超[4]等人針對(duì)測(cè)繪設(shè)備信息獲取難度大、存儲(chǔ)效率低的問題，使用二維碼技術(shù)對(duì)測(cè)繪設(shè)備進(jìn)行管理，可以有效的降低現(xiàn)場(chǎng)工作人員的設(shè)備查詢難度。胡建利[5]等人用二維碼替換了原有的卡片式醫(yī)療儀器管理模式，可以讓醫(yī)護(hù)人員高效的學(xué)習(xí)設(shè)備的使用方法及相關(guān)注意事項(xiàng)，同時(shí)提高了儀器的整潔性。

國外對(duì)于使用二維碼進(jìn)行設(shè)備管理的研究起步較早，有較為成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。Lee[6]等人利用TTS技術(shù)能夠以極高速率采集數(shù)據(jù)信息的特點(diǎn)，與快速響應(yīng)碼技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了一個(gè)文本信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對(duì)二維碼的最大存儲(chǔ)容量進(jìn)行了擴(kuò)充，使其可以適應(yīng)更多的使用場(chǎng)景。Tkachenko[7]等人提出了一種具有兩個(gè)存儲(chǔ)級(jí)別的兩級(jí)QR碼，可以用于文檔身份驗(yàn)證。同時(shí)，該方法對(duì)二維碼的信息存儲(chǔ)容量也有一定的提升。Shirley[8]等人采用掃描二維碼的方式監(jiān)控和更新乘客的行李信息，可以有效的實(shí)現(xiàn)旅客行李的運(yùn)輸管理。

2? 快速響應(yīng)碼技術(shù)

在日常生活中，二維碼幾乎已經(jīng)變得隨處可見，成為了人們生活的重要組成部分。其中，二維碼可以按編碼原理分為郵政碼、矩陣式二維碼和線性堆疊式二維碼三種類型。其中，矩陣式二維碼中的快速響應(yīng)（Quick Response， QR）碼使用最為廣泛。QR碼的使用最早可追溯至1994年，由日本豐田子公司Denso Wave最先發(fā)明并投入使用?？焖夙憫?yīng)碼采用一種二維的矩陣條碼結(jié)構(gòu)，以字母、數(shù)字、漢字和二進(jìn)制四種不同的編碼方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。QR碼的結(jié)構(gòu)由以下八個(gè)部分組成：版本信息、格式信息、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、必需圖案、位置標(biāo)記、對(duì)齊標(biāo)記、定時(shí)模式和邊界區(qū)[9]。其中，版本信息包括了當(dāng)前全部的版本格式；格式信息包含了數(shù)據(jù)掩碼圖案、差錯(cuò)控制等信息。位置標(biāo)記位于QR碼的三個(gè)角，用于讓掃描器通過指示代碼的方向來識(shí)別和掃描二維碼，并使用對(duì)齊標(biāo)記將繪制在曲面上的二維碼拉直。最后，通過邊界區(qū)將代碼與周圍環(huán)境區(qū)分開。

QR碼的實(shí)現(xiàn)流程主要分為編碼階段和解碼階段。其中，編碼階段即是利用二維碼生成器制作二維碼。通過利用二維碼生成器，人們可以隱藏編碼中的各種信息。在對(duì)信息進(jìn)行編碼之后，在客戶端就可以下載創(chuàng)建的二維碼圖片，并將其用于各類業(yè)務(wù)。在解碼階段，需要通過二維碼掃描程序?qū)ΧS碼進(jìn)行解碼，并通過內(nèi)部存儲(chǔ)的信息進(jìn)行下一步操作。

作為目前使用最頻繁的矩陣式二維碼，QR碼有如下特點(diǎn)：

1）傳統(tǒng)的一維條形碼最多能存儲(chǔ)20位左右的數(shù)字，而二維的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)簽或二維碼能夠存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是一維的上百倍。因此，QR碼比傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)簽有更高的儲(chǔ)存容量。

2）條形碼只能在一個(gè)方向上存儲(chǔ)信息，而二維碼可以在水平和垂直方向上存儲(chǔ)信息。因此在存儲(chǔ)相同數(shù)量的數(shù)據(jù)時(shí)，二維碼所占用的空間為一維條形碼的十分之一。

3）使用二維碼更為簡單和安全。QR碼帶有數(shù)據(jù)糾錯(cuò)的能力，并可以通過位置標(biāo)記實(shí)現(xiàn)對(duì)二維碼的快速定位和識(shí)別。

3? 二維碼設(shè)備查詢功能

3.1? 發(fā)電機(jī)組設(shè)備信息

發(fā)電機(jī)組的設(shè)備信息主要由設(shè)備的三維模型和二維圖紙組成。其中，從設(shè)備所屬系統(tǒng)的不同，可將其三維模型劃分為主設(shè)備模型、管路通道模型、電氣組件模型和輔助設(shè)備模型四類。在對(duì)具體設(shè)備的三維模型進(jìn)行操作時(shí)，可以通過調(diào)用參數(shù)選項(xiàng)查看該設(shè)備的幾何參數(shù)和裝配流程等信息。同時(shí)，也可以通過爆炸視圖查看三維裝配模型的內(nèi)部細(xì)節(jié)，并從不同角度查看其剖視圖。在爆炸視圖中，可以單獨(dú)查看設(shè)備中具體某一個(gè)零件的詳細(xì)信息，例如零件材料、尺寸參數(shù)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等。水電站發(fā)電機(jī)的剖視圖如圖1所示，可以觀察到內(nèi)部的轉(zhuǎn)子、定子、主軸、導(dǎo)葉、機(jī)座、控制環(huán)、上下機(jī)架、軸流式轉(zhuǎn)輪等主要零件。

發(fā)電機(jī)組的二維圖紙包括機(jī)械圖紙和電氣圖紙兩個(gè)部分，其中機(jī)械圖紙包括設(shè)備結(jié)構(gòu)圖紙和管路通道圖紙。首先需要將現(xiàn)有的紙質(zhì)圖紙進(jìn)行數(shù)字化，并轉(zhuǎn)化為AutoCAD格式和PDF格式存儲(chǔ)到圖紙庫中。圖2為數(shù)字化后的止漏環(huán)二維圖紙。

為了方便對(duì)設(shè)備的具體零件進(jìn)行操作和訪問，需要將現(xiàn)有的電子二維圖紙以樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)。第一級(jí)包括發(fā)電機(jī)組圖紙、調(diào)速器設(shè)備圖紙、水輪機(jī)組圖紙、管路通道圖紙和電氣元件圖紙五個(gè)部分。第二級(jí)為對(duì)應(yīng)的上一級(jí)的各個(gè)機(jī)構(gòu)，如發(fā)電機(jī)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。第三級(jí)在第二級(jí)的基礎(chǔ)上，對(duì)所在的機(jī)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化，以零件為單位進(jìn)行劃分。以發(fā)電機(jī)組的定子為例，包括了機(jī)座、線圈和由扇形沖片、通風(fēng)槽片、齒壓板、拉緊螺栓、托塊、定位筋等組成的鐵芯。基于這種圖紙的存儲(chǔ)方式，可以有效的對(duì)二維的電子圖紙進(jìn)行檢索。同時(shí)，也可以按照?qǐng)D紙的名稱對(duì)其進(jìn)行模糊查詢，并選擇所需要的圖紙格式。

3.2? 基于快速響應(yīng)碼的圖紙查詢功能

快速響應(yīng)碼對(duì)圖紙的操作可以分為圖紙查詢和圖紙定位兩種類型。首先，圖紙查詢即在掃描設(shè)備上的二維碼后，返回的結(jié)果為設(shè)備對(duì)應(yīng)的設(shè)備信息、二維圖紙和三維模型。設(shè)備上張貼的快速響應(yīng)碼如圖3所示。工作人員可以根據(jù)返回的設(shè)備信息完成設(shè)備的維護(hù)工作。圖紙定位即在掃描設(shè)備中的二維碼后，返回設(shè)備的紙質(zhì)檔案保存位置。同時(shí)，圖紙查詢和圖紙定位的操作均可在移動(dòng)端的APP內(nèi)實(shí)現(xiàn)，從而避免了工作地點(diǎn)限制審閱檔案圖紙的問題。

由于設(shè)備以樹形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，因此在現(xiàn)場(chǎng)可以基于發(fā)電機(jī)組、調(diào)速器設(shè)備、水輪機(jī)組、管路通道和電氣元件五個(gè)主要設(shè)備對(duì)下屬部件進(jìn)行查詢，其查詢方式均為掃描設(shè)備上張貼的快速響應(yīng)碼。在發(fā)電機(jī)組中，可以查詢水輪發(fā)電機(jī)、控制裝置、冷卻系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)信息。在水輪機(jī)組中，可以查詢水輪機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、支承系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)信息。在管路通道中，可以查詢引水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和油氣系統(tǒng)的相關(guān)信息。

在掃描設(shè)備的QR碼后，可以返回設(shè)備的主要參數(shù)信息、設(shè)備結(jié)構(gòu)信息、設(shè)備使用文檔和工作參數(shù)閾值。設(shè)備的主要參數(shù)信息包括設(shè)備的機(jī)器名稱、出廠時(shí)間、設(shè)備型號(hào)、額定電壓和額定功率等信息。設(shè)備結(jié)構(gòu)信息包括尺寸信息、裝配信息、電氣線路等。設(shè)備使用文檔包括油罐的油位最大值和額定值、排水泵的壓力額定值、設(shè)備檢修周期、工作額定溫度、設(shè)備使用說明、設(shè)備維護(hù)流程、設(shè)備檢修手冊(cè)等。所返回的相關(guān)數(shù)據(jù)和文檔可以為設(shè)備的維護(hù)和檢修提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

同時(shí)，與產(chǎn)品生命周期有關(guān)的其他數(shù)據(jù)也可以通過掃描二維碼獲取。通過掃描整體管控的二維碼，可以瀏覽電廠設(shè)計(jì)規(guī)劃、設(shè)備采購信息、廠房施工文件、設(shè)備試運(yùn)行文檔等整體性的資料。同時(shí)，設(shè)備檢修和維護(hù)所需要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)流程等文檔都可以通過掃描對(duì)應(yīng)的二維碼進(jìn)行查詢。

4? 基于快速響應(yīng)碼的移動(dòng)APP設(shè)備管理

為了最大程度提高電廠主設(shè)備圖紙、資料等數(shù)據(jù)的查詢速度和效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)組設(shè)備資料查詢不受時(shí)間和空間的限制，從而隨時(shí)調(diào)用設(shè)備歷史檢修數(shù)據(jù)信息的目標(biāo)，在移動(dòng)端開發(fā)了對(duì)應(yīng)的設(shè)備管理APP。在移動(dòng)端下載相應(yīng)的軟件后，即可實(shí)現(xiàn)通過掃描二維碼來訪問設(shè)備文檔的功能。根據(jù)電廠內(nèi)部的設(shè)備電子文檔，可以讓每一個(gè)設(shè)備都對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的快速響應(yīng)碼，作為其專屬的標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的設(shè)備文檔。如圖4所示，在APP首頁的掃碼界面掃描設(shè)備的二維碼后，可以查看對(duì)應(yīng)設(shè)備的詳細(xì)信息和管理標(biāo)準(zhǔn)。

在設(shè)備檢修和維護(hù)的過程中，維護(hù)人員使用手機(jī)掃描設(shè)備的二維碼，可以了解當(dāng)前設(shè)備的檢修流程及注意事項(xiàng)。同時(shí)，也可以訪問該設(shè)備的歷史維修記錄和故障信息，從而針對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)的問題進(jìn)行檢修和維護(hù)。在維護(hù)完成后，需要對(duì)本次的維護(hù)進(jìn)行記錄和存檔，從而形成設(shè)備維護(hù)檔案庫。這種方法不僅提高了檢修人員的工作效率，而且可以極大降低水電廠資料管理和歸檔的人力成本。

5? 結(jié)? 論

目前，我國正逐步擴(kuò)大水電開發(fā)的規(guī)模，水電廠的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型和智能化管理受到了極大的關(guān)注。本文實(shí)現(xiàn)了基于快速響應(yīng)碼的電廠設(shè)備管理系統(tǒng)，并完成了與之對(duì)應(yīng)的移動(dòng)端APP開發(fā)。該系統(tǒng)可以有效的對(duì)電廠設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的管理，在降低管理成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了電廠設(shè)備和文檔資料管理的智能化。該系統(tǒng)在電廠設(shè)備管理的實(shí)際使用中效果良好，具有較高的通用性，可以為其他領(lǐng)域的設(shè)備管理工作提供參考。

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作者簡介：簡偉奇（1973—），男，漢族，福建南靖人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：電力安全生產(chǎn)管理、電氣工程及其自動(dòng)化；林濱（1979—），男，漢族，福建龍巖人，工程師、高級(jí)技師，本科，研究方向：水電生產(chǎn)技術(shù)管理、水動(dòng)。