基于快速響應碼的電廠設備管理及移動端APP開發

簡偉奇 林濱

摘? 要：為電廠設備進行狀態檢測可以及時發現設備異常并修復，然而目前的監控系統無法在故障發生前報告設備的異常狀態。為了解決上述問題，提出了一種基于快速響應碼的電廠設備管理系統。該系統可以在人工巡檢時，通過掃描設備上的二維碼，查看設備的運行狀態等信息，為電廠設備的管理提供了數據支撐。同時，開發了與電廠設備管理系統相對應的移動APP。該系統在電廠設備管理的實際使用中效果良好，可以為其他領域的設備管理工作提供參考。

關鍵詞：設備管理系統；快速響應碼；移動APP開發；工業智能化設備

中圖分類號：TP311；TV737? ? 文獻標識碼：A? 文章編號：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，使用水力進行發電是一種較為成熟的能源利用方式。水力發電存在著建設工期短、能源利用率高、投資匯報快等特點，因此建設水力發電站對山區的開發和環境的保護具有很大的意義。中國在水力發電領域取得了舉世矚目的成就，到目前為止已經建造了數千座小型水電站[1]。當前在電廠的實際生產過程中，內部的發電設備種類繁多、各個系統之間存在大量聯系，為設備的檢修和日常維護帶來了較大的困難。因此，需要結合當前電力設備現代化和智能化的發展趨勢，對現有的設備管理系統進行優化。

1? 研究背景

水利發電廠的發展經歷了從數字化、智能化到智慧化的過程。相對于傳統的人工巡檢和基于傳感器的巡檢方式，基于快速響應碼的巡檢系統可以根據采集的設備狀態信息和運行參數，對發電廠的不同設備進行實時的管理，從而實現電廠設備管理的現代化和智能化。同時，隨著手機軟件的廣泛應用，可以在工作人員的智能手機上實現信息終端的二維碼訪問與輸入[2]。近年來，許多設備管理部門立足于實際應用的角度，不斷探索和嘗試新型的信息化管理模式[3]。邢緒超[4]等人針對測繪設備信息獲取難度大、存儲效率低的問題，使用二維碼技術對測繪設備進行管理，可以有效的降低現場工作人員的設備查詢難度。胡建利[5]等人用二維碼替換了原有的卡片式醫療儀器管理模式，可以讓醫護人員高效的學習設備的使用方法及相關注意事項，同時提高了儀器的整潔性。

國外對于使用二維碼進行設備管理的研究起步較早，有較為成熟的應用經驗。Lee[6]等人利用TTS技術能夠以極高速率采集數據信息的特點，與快速響應碼技術相結合，開發了一個文本信息轉換系統。該系統針對二維碼的最大存儲容量進行了擴充，使其可以適應更多的使用場景。Tkachenko[7]等人提出了一種具有兩個存儲級別的兩級QR碼，可以用于文檔身份驗證。同時，該方法對二維碼的信息存儲容量也有一定的提升。Shirley[8]等人采用掃描二維碼的方式監控和更新乘客的行李信息，可以有效的實現旅客行李的運輸管理。

2? 快速響應碼技術

在日常生活中，二維碼幾乎已經變得隨處可見，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（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最先發明并投入使用?？焖夙憫a采用一種二維的矩陣條碼結構，以字母、數字、漢字和二進制四種不同的編碼方式存儲數據。QR碼的結構由以下八個部分組成：版本信息、格式信息、數據糾錯、必需圖案、位置標記、對齊標記、定時模式和邊界區[9]。其中，版本信息包括了當前全部的版本格式；格式信息包含了數據掩碼圖案、差錯控制等信息。位置標記位于QR碼的三個角，用于讓掃描器通過指示代碼的方向來識別和掃描二維碼，并使用對齊標記將繪制在曲面上的二維碼拉直。最后，通過邊界區將代碼與周圍環境區分開。

QR碼的實現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。在對信息進行編碼之后，在客戶端就可以下載創建的二維碼圖片，并將其用于各類業務。在解碼階段，需要通過二維碼掃描程序對二維碼進行解碼，并通過內部存儲的信息進行下一步操作。

作為目前使用最頻繁的矩陣式二維碼，QR碼有如下特點：

1）傳統的一維條形碼最多能存儲20位左右的數字，而二維的標準化標簽或二維碼能夠存儲的數據是一維的上百倍。因此，QR碼比傳統的標準化標簽有更高的儲存容量。

2）條形碼只能在一個方向上存儲信息，而二維碼可以在水平和垂直方向上存儲信息。因此在存儲相同數量的數據時，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碼帶有數據糾錯的能力，并可以通過位置標記實現對二維碼的快速定位和識別。

3? 二維碼設備查詢功能

3.1? 發電機組設備信息

發電機組的設備信息主要由設備的三維模型和二維圖紙組成。其中，從設備所屬系統的不同，可將其三維模型劃分為主設備模型、管路通道模型、電氣組件模型和輔助設備模型四類。在對具體設備的三維模型進行操作時，可以通過調用參數選項查看該設備的幾何參數和裝配流程等信息。同時，也可以通過爆炸視圖查看三維裝配模型的內部細節，并從不同角度查看其剖視圖。在爆炸視圖中，可以單獨查看設備中具體某一個零件的詳細信息，例如零件材料、尺寸參數、設計標準等。水電站發電機的剖視圖如圖1所示，可以觀察到內部的轉子、定子、主軸、導葉、機座、控制環、上下機架、軸流式轉輪等主要零件。

發電機組的二維圖紙包括機械圖紙和電氣圖紙兩個部分，其中機械圖紙包括設備結構圖紙和管路通道圖紙。首先需要將現有的紙質圖紙進行數字化，并轉化為AutoCAD格式和PDF格式存儲到圖紙庫中。圖2為數字化后的止漏環二維圖紙。

為了方便對設備的具體零件進行操作和訪問，需要將現有的電子二維圖紙以樹形結構進行存儲。第一級包括發電機組圖紙、調速器設備圖紙、水輪機組圖紙、管路通道圖紙和電氣元件圖紙五個部分。第二級為對應的上一級的各個機構，如發電機的齒輪傳動機構。第三級在第二級的基礎上，對所在的機構進行細化，以零件為單位進行劃分。以發電機組的定子為例，包括了機座、線圈和由扇形沖片、通風槽片、齒壓板、拉緊螺栓、托塊、定位筋等組成的鐵芯?；谶@種圖紙的存儲方式，可以有效的對二維的電子圖紙進行檢索。同時，也可以按照圖紙的名稱對其進行模糊查詢，并選擇所需要的圖紙格式。

3.2? 基于快速響應碼的圖紙查詢功能

快速響應碼對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備上的二維碼后，返回的結果為設備對應的設備信息、二維圖紙和三維模型。設備上張貼的快速響應碼如圖3所示。工作人員可以根據返回的設備信息完成設備的維護工作。圖紙定位即在掃描設備中的二維碼后，返回設備的紙質檔案保存位置。同時，圖紙查詢和圖紙定位的操作均可在移動端的APP內實現，從而避免了工作地點限制審閱檔案圖紙的問題。

由于設備以樹形的結構進行存儲，因此在現場可以基于發電機組、調速器設備、水輪機組、管路通道和電氣元件五個主要設備對下屬部件進行查詢，其查詢方式均為掃描設備上張貼的快速響應碼。在發電機組中，可以查詢水輪發電機、控制裝置、冷卻系統和制動系統的相關信息。在水輪機組中，可以查詢水輪機、勵磁系統、支承系統和制動系統的相關信息。在管路通道中，可以查詢引水系統、排水系統和油氣系統的相關信息。

在掃描設備的QR碼后，可以返回設備的主要參數信息、設備結構信息、設備使用文檔和工作參數閾值。設備的主要參數信息包括設備的機器名稱、出廠時間、設備型號、額定電壓和額定功率等信息。設備結構信息包括尺寸信息、裝配信息、電氣線路等。設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、設備檢修周期、工作額定溫度、設備使用說明、設備維護流程、設備檢修手冊等。所返回的相關數據和文檔可以為設備的維護和檢修提供重要的數據支撐。

同時，與產品生命周期有關的其他數據也可以通過掃描二維碼獲取。通過掃描整體管控的二維碼，可以瀏覽電廠設計規劃、設備采購信息、廠房施工文件、設備試運行文檔等整體性的資料。同時，設備檢修和維護所需要的技術標準和維護流程等文檔都可以通過掃描對應的二維碼進行查詢。

4? 基于快速響應碼的移動APP設備管理

為了最大程度提高電廠主設備圖紙、資料等數據的查詢速度和效率，實現機組設備資料查詢不受時間和空間的限制，從而隨時調用設備歷史檢修數據信息的目標，在移動端開發了對應的設備管理APP。在移動端下載相應的軟件后，即可實現通過掃描二維碼來訪問設備文檔的功能。根據電廠內部的設備電子文檔，可以讓每一個設備都對應一個唯一的快速響應碼，作為其專屬的標識存儲對應的設備文檔。如圖4所示，在APP首頁的掃碼界面掃描設備的二維碼后，可以查看對應設備的詳細信息和管理標準。

在設備檢修和維護的過程中，維護人員使用手機掃描設備的二維碼，可以了解當前設備的檢修流程及注意事項。同時，也可以訪問該設備的歷史維修記錄和故障信息，從而針對經常出現的問題進行檢修和維護。在維護完成后，需要對本次的維護進行記錄和存檔，從而形成設備維護檔案庫。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? 論

目前，我國正逐步擴大水電開發的規模，水電廠的現代化轉型和智能化管理受到了極大的關注。本文實現了基于快速響應碼的電廠設備管理系統，并完成了與之對應的移動端APP開發。該系統可以有效的對電廠設備進行實時準確的管理，在降低管理成本的同時，實現了電廠設備和文檔資料管理的智能化。該系統在電廠設備管理的實際使用中效果良好，具有較高的通用性，可以為其他領域的設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，高級工程師，本科，研究方向：電力安全生產管理、電氣工程及其自動化；林濱（1979—），男，漢族，福建龍巖人，工程師、高級技師，本科，研究方向：水電生產技術管理、水動。