1背景介紹

為了深入貫徹落實(shí)國(guó)發(fā)[2010]23號(hào)《國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》精神，按照國(guó)質(zhì)檢特聯(lián)[2011]137號(hào)《大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)施方案》J，在2013年前期示范試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，質(zhì)檢總局和安全監(jiān)管總局決定2014年對(duì)前期試點(diǎn)成果進(jìn)行推廣和應(yīng)用，同時(shí)繼續(xù)在大型起重機(jī)械方面深入開展安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)試點(diǎn)工作J。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)物聯(lián)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，基于傳統(tǒng)思維設(shè)計(jì)的起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)已難以適應(yīng)起重行業(yè)的高速發(fā)展。基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)同步、實(shí)時(shí)傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程維護(hù)、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域?yàn)槠鹬貦C(jī)的安全高效工作起到不可或缺的作用。起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是由傳感器、信號(hào)采集器、控制執(zhí)行器、顯示儀表、監(jiān)控系統(tǒng)等組成，將顯示、控制、報(bào)警、視頻監(jiān)控等功能集合一體。具體監(jiān)控內(nèi)容包含：起重量、起重力矩、起升高度＼下降深度、運(yùn)行行程、幅度、大車運(yùn)行偏斜、水平度、風(fēng)速、回轉(zhuǎn)角度、同一或不同一軌道運(yùn)行機(jī)構(gòu)安全距離、操作指令、支腿垂直度、工作時(shí)間、每次工作時(shí)間、每次工作循環(huán)、起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器狀態(tài)、抗風(fēng)防滑狀態(tài)、聯(lián)鎖保護(hù)、工況設(shè)置狀態(tài)、供電電纜卷筒狀態(tài)、過孔狀態(tài)、視頻系統(tǒng)。(各式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)差異化詳情參考：GBT28264—2012)。下面筆者以金沙江中游觀音巖水電站壩頂雙向門機(jī)3600kN／1200kN門機(jī)為案例介紹該項(xiàng)系統(tǒng)的應(yīng)用。

2系統(tǒng)架構(gòu)

2．1系統(tǒng)構(gòu)成

觀音巖水電站安全監(jiān)控系統(tǒng)由4部分組成(如圖1所示)：監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)、監(jiān)控云平臺(tái)、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心、客戶登錄端。

2．1．1監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)

起重機(jī)設(shè)備控制器(PLC)與智能路南終端通過網(wǎng)線相連，終端通過無線技術(shù)連接至ADSL網(wǎng)絡(luò)(3G／4G無線網(wǎng)絡(luò)作為備份)，實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)服務(wù)器的連接。

2．1．2監(jiān)控云平臺(tái)

作為實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的主體，主要由通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器組成；系統(tǒng)基于B／S架構(gòu)，保證了大容量客戶端接人；系統(tǒng)依賴智能路由終端在進(jìn)行變量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可以進(jìn)行智能預(yù)處理，提高傳輸效率；

系統(tǒng)向監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)PLC和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心提供安全的VPN虛擬通道；系統(tǒng)對(duì)外開放API接口，可供實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層二次開發(fā)；觀音巖壩頂門機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)采用阿里云平臺(tái)，避開了服務(wù)器的搭建與維護(hù)_丁作，安全性也極高。

2．1．3遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心

觀音巖水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控中心具有設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)、故障日志、操作日志、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)釋維修及設(shè)備管理6大功能塊。實(shí)時(shí)狀態(tài)：檢測(cè)門機(jī)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)；故障日志：實(shí)時(shí)顯示故障并進(jìn)行故障診斷，同時(shí)對(duì)歷史故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；操作日志：記錄門機(jī)司機(jī)所有的操作，對(duì)小規(guī)范的危險(xiǎn)操作行為進(jìn)行限制；操作志在門吊發(fā)生事故時(shí)可以最大程度的還原事故真相，具有“黑匣子”功能，操作口志存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)la以上：視頻監(jiān)控：對(duì)門機(jī)重要工作部位進(jìn)行視頻監(jiān)視與記錄(如吊鉤、小車機(jī)房、門架外側(cè)、司機(jī)竄、電氣房等)，視頻數(shù)據(jù)記錄時(shí)間不少于30d；遠(yuǎn)程維修：通過身份論證或授權(quán)的l】師可以通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)fJ吊的電氣系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程維修；設(shè)備管理：可以迎過系統(tǒng)制訂科學(xué)的預(yù)防性維修計(jì)劃，通過預(yù)設(shè)的郵件、短信等方式自動(dòng)提醒檢修人員進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)作業(yè)。所有數(shù)據(jù)均可生成各種形式的報(bào)表，用于沒備管理分析。

2．1．4客戶登錄端

使用分配的賬號(hào)和密碼，使客廠1可以通過聯(lián)網(wǎng)臀錄監(jiān)控中心，查看現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控信息。

2．2系統(tǒng)整體架構(gòu)

本文所述的整體系統(tǒng)架構(gòu)，如2所示。

2．2．1硬件層

岡2中，最底層為硬件層，包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、用戶終端等物理設(shè)備。2．2．2系統(tǒng)軟件層硬件層之上是系統(tǒng)軟件層，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫與業(yè)務(wù)中間件。

2．2．3支持層

軟件層之上是支持層，為具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)提供各種應(yīng)用組件。該層提供了可工作于不同應(yīng)用內(nèi)容項(xiàng)目中的核心服務(wù)功能，作為基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)，支撐在其上開發(fā)的應(yīng)用邏輯的運(yùn)行。該層提供用戶管理、視頻引擎、GPS／GIS引擎等基礎(chǔ)服務(wù)，以上所述部件成為整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)支撐平臺(tái)。

2．2．4業(yè)務(wù)層

支持層之上是業(yè)務(wù)層，通過組裝支持層應(yīng)用組件，成為最終提供給用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。

2．2．5颶戶接口層

圖2中，最上層為用戶接口層，實(shí)現(xiàn)界面顯示邏輯和集成，例如信息在不同終端——瀏覽器、EXE終端、手機(jī)、PDA、Email等設(shè)備上的展現(xiàn)與輸入。

3關(guān)鍵模塊

圖2系統(tǒng)架構(gòu)框圖

3．1智能路由終端

智能路由終端(以下簡(jiǎn)稱終端)在系統(tǒng)中承擔(dān)了極其關(guān)鍵的角色與作用。現(xiàn)場(chǎng)PLC與監(jiān)控云平臺(tái)的對(duì)接需要通過終端來實(shí)現(xiàn)，且系統(tǒng)監(jiān)控的起重?cái)?shù)據(jù)具有高采集頻率的要求，GBT28264—2012L3J中要求在系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)采樣周期不應(yīng)大于100ms。即對(duì)終端而言，每組完整數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸整鏈路必須在100ms內(nèi)完成。終端系統(tǒng)的固件可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的處理頻率，并輔以多線程并發(fā)機(jī)制處理數(shù)據(jù)的采集和傳輸。

(1)具備高安全性保護(hù)，支持IPSecVPN、DM—VPN、L2TP等證書，支持SPI包狀態(tài)監(jiān)測(cè)防火墻、ACL訪問控制，IP—MAC綁定等防火墻功能。

(2)設(shè)計(jì)采用全工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，包括不限于EMC等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、寬溫特性等方面。

(3)具備以太網(wǎng)接口、RS232／485串口，以滿足多種PLC設(shè)備的兼容。

(4)支持3G／4G網(wǎng)絡(luò)鏈路備份，以適應(yīng)各無網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)場(chǎng)的使用環(huán)境。

(5)具備良好的存儲(chǔ)容量擴(kuò)展性，用以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期備份，GBT28264—2012中要求數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期不應(yīng)小于30d。

3．2VPN通道

本文中所述的VPN通道用以使用戶遠(yuǎn)程連接至現(xiàn)場(chǎng)終端，對(duì)PLC設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程編程、遠(yuǎn)程維護(hù)。客戶端和VPN服務(wù)端之間通過特殊的加密通訊協(xié)議進(jìn)行通信，通過對(duì)數(shù)據(jù)包的加密和數(shù)據(jù)包目標(biāo)地址的轉(zhuǎn)換，在兩端之間建立一條專有的通訊線路，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。在VPN網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理時(shí)，有2個(gè)參數(shù)對(duì)于VPN通信十分重要：原始數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址(VPN目標(biāo)地址)和遠(yuǎn)程VPN網(wǎng)關(guān)地址。根據(jù)VPN目標(biāo)地址，VPN網(wǎng)關(guān)能夠判斷對(duì)哪些數(shù)據(jù)包進(jìn)行VPN處理，對(duì)于不需要處理的數(shù)據(jù)包通常情況下可直接轉(zhuǎn)發(fā)到上級(jí)路由；遠(yuǎn)程VPN網(wǎng)關(guān)地址則指定了處理后的VPN數(shù)據(jù)包發(fā)送的目標(biāo)地址，即VPN通道的另一端VPN網(wǎng)關(guān)地址。由于網(wǎng)絡(luò)通信是雙向的，在進(jìn)行VPN通信時(shí)，通道兩端的VPN網(wǎng)關(guān)都必須知道VPN目標(biāo)地址和與此對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)端VPN網(wǎng)關(guān)地址。PN為支持IPSecVPN、DMVPN、SSLVPN等不同協(xié)議的通道。

3．3云平臺(tái)管理中心

云平臺(tái)管理中心即監(jiān)控云平臺(tái)與遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心的合稱。云平臺(tái)上部署有通信服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)以及WEB終端發(fā)布服務(wù)。由于云平臺(tái)上集中了用戶廠商的私有信息和大量起重機(jī)械的運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此對(duì)云平臺(tái)的安全性和可靠性要求極高。

(1)云平臺(tái)具備至少4層的DDoS攻擊防護(hù)，包括CC，SYNflood，UDPflood等DDoS攻擊方式。

(2)具備密碼暴力破解、平臺(tái)后門檢測(cè)和處理、異地登陸等反入侵服務(wù)。

(3)具備WEB攻擊防火墻，用以攔截SQL注入攻擊，XSS跨站攻擊，以保證用戶賬號(hào)隱私安全和起重機(jī)數(shù)據(jù)安全等等。

4、結(jié)語

雖然起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)屬于應(yīng)國(guó)家要求而產(chǎn)生，便是其對(duì)于水電站起重機(jī)在生產(chǎn)管理、安全監(jiān)控、設(shè)備維護(hù)上的作用價(jià)值已經(jīng)很明顯。而基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更可在去平臺(tái)獲得大數(shù)據(jù)的支撐下，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行、高效運(yùn)行、故障分析、遠(yuǎn)程維護(hù)、故障預(yù)警等多方面起到無法預(yù)估的作用，具備極高的實(shí)際意義和推廣價(jià)值，觀音巖電站壩頂門機(jī)的起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)自安裝以后，管理人員通過系統(tǒng)可嚴(yán)格地監(jiān)控設(shè)備的安全使用和科學(xué)維護(hù)，為水電站的起重設(shè)備安全生產(chǎn)起到了得要的作用。