110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)改造處理分析

寧夏吳忠供電局調控中心 韓 霞

變電站是電力系統(tǒng)正常運行串的一個重要的環(huán)節(jié)，它完成電能的傳輸、電壓的變換和電能分配等多方面的功能。隨著中國經濟水平的不斷提高和變電站工程的不斷增多，但隨之而來的變電站安全監(jiān)控問題日益突現出，110kV變電站工程的安全監(jiān)視與控制管理成為110kV變電站工程安全正常運行的重要問題[1]。比如2008年年初，我國南方更是遭受了百年不遇的冰雪災害，變電站設備和輸電線路遭受了冰雪的侵襲，為此變電站監(jiān)控機制需要進一步加強和完善。傳統(tǒng)安全監(jiān)控是建立在各安全監(jiān)控子系統(tǒng)結構基礎上的，隨著電力部門網絡的全面改造，各變電站都有了相應的通訊網絡，使遠程監(jiān)控成為可能[2]。本文為此針對傳統(tǒng)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，本文在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中引入了OPC技術，探討了110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)OPC技術改造處理，取得了很好效果，現報告如下。

1.變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能與組成

1.1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能

變電站監(jiān)控系統(tǒng)是為配合變電站實現無人值守而增設的電網輔助監(jiān)控系統(tǒng)，最基本的目的是將變電站的各個監(jiān)視點的報警信息傳輸到監(jiān)控中心，監(jiān)控人員可通過實時圖像和運動信息對變電站的運行情況進行綜合監(jiān)控與分析[3]。主要功能有：

(1)實時視頻監(jiān)控，監(jiān)視設備運行狀態(tài)，與變電站監(jiān)視區(qū)域的智能設備配合，實現防盜、防火功能；

(2)報警功能，當發(fā)生報警時，能自動切換到相應的攝像機，有預置機位的應自動切換至指定預置機位，變電站視頻處理單元或數字錄像機能自動進行存盤錄像，并聯(lián)動相關設備；

(3)控制功能，能對所有攝像機進行控制，實現對攝像機視角、方位、焦距調整；

(4)由紅外傳感器、煙霧傳感器和其它傳感器組成的感應探測模塊，對監(jiān)控現場進行全方位的監(jiān)測；

(5)圖像錄像管理，實現報警前和報警后的錄像存儲。

1.2 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的組成

變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要分為三大部分：監(jiān)控前端控制器、監(jiān)控數據傳輸網絡和客戶端應用程序。

(1)監(jiān)控前端控制器。使用高性能ARM9芯片作為主處理器，配合各種外圍電路、攝像頭、紅外線防盜報警設備電路和煙霧火災報警設備電路組成監(jiān)控前端控制器。

(2)監(jiān)控數據傳輸網絡。將各個監(jiān)控前端控制器通過網線相連組成一個局域網。

(3)客戶端應用程序。

2.傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題主要體現在如下幾個方面：

2.1 設備實時數據共享困難

傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)如果要被多個應用程序共享就要開發(fā)多個驅動程序，而開發(fā)驅動程序又是需要花費相當的開發(fā)時間，導致了實時數據的共享困難[4]。

2.2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性不易控制

傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)有多個應用同時訪問設備，而這些應用訪問設備又是通過不同的驅動程序。由于各個應用對設備的訪問沒有進行相互協(xié)調，對設備的訪問就不能有效的控制，這將導致系統(tǒng)的崩潰甚至造成硬件設備的損壞。

2.3 硬件與軟件之間依賴性強

假設一個系統(tǒng)由M種軟件，N個設備，每增加1個新的需要訪問這N個設備的應用軟件就需要另外開發(fā)N個硬件設備的驅動程序。每增加1個新的硬件設備需要為M個應用軟件使用就需要開發(fā)新的M個設備驅動程序。一個設備升級了需要更新所有使用該設備的應用程序，一個軟件升級了則需要重新開發(fā)該軟件所使用的設備驅動程序。對于擁有很多設備多個應用的監(jiān)控系統(tǒng)來說，要開發(fā)很多的驅動程序，系統(tǒng)結構復雜，開發(fā)周期長[5]。

3.基于OPC技術的110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)改造處理

3.1 OPC技術概況

OPC(Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control)是微軟公司的對象鏈按和嵌入技術在過程控制方面的應用。OPC以OLE/COM、DCOM技術為基礎，采用客戶/服務器模式，為工業(yè)自動化軟件面向對象的開發(fā)提供了統(tǒng)一的標準，其基于PC的客戶機之間交換自動化實時數據的方法[6]。采用這項標準后，硬件開發(fā)商將取代軟件開發(fā)商為自己的硬件產品開發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，而軟件開發(fā)者可免除開發(fā)驅動程序的工作，充分發(fā)揮自己的特長，把更多的精力投入到其核心產品的開發(fā)上。這樣不但可避免開發(fā)的重復性，也提高了系統(tǒng)的開放性和互操作性。

3.2 OPC技術的應用優(yōu)勢

(1)設備實時數據共享：不同的應用可以通過OPC接口訪問OPC服務，獲得實時數據從而實現了實時數據的共享。(2)便于控制對設備訪問：所有的應用都通過OPC服務訪問設備，這樣對設備的訪問控制只需在OPC服務中進行控制即可，避免了通過不同的驅動同時訪問設備所帶來的隱患。(3)硬件與軟件之間依賴性不強：硬件開發(fā)商只需提供一個遵守OPC接口標準的OPC服務，在應用軟件開發(fā)中也只需通過OPC接口標準來訪問設備。(4)系統(tǒng)結構簡單，便于開發(fā)維護[7]。(5)采用OPC規(guī)范，便于系統(tǒng)的組態(tài)，將系統(tǒng)復雜性大大簡化，可以大大縮短軟件開發(fā)周期，提高軟件運行的可靠性和穩(wěn)定性，便于系統(tǒng)的升級與維護。(6)OPC規(guī)范了接口函數，不管現場設備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而實現系統(tǒng)的開放性，易于實現與其它系統(tǒng)的接口。(7)監(jiān)控系統(tǒng)中不同的應用通過一個統(tǒng)一的接口去訪問設備，避免了不同的應用通過不同的驅動訪問設備而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至是系統(tǒng)的崩潰[8]。

3.3 系統(tǒng)體系結構

基于變電站的安全性考慮，我們放棄了站外部維護的靈活性與交互性，選擇了變電站內外有別體系結構，給出了基于OPC技術的變電站監(jiān)控系統(tǒng)的體系結構。本文的基于OPC技術的變電站監(jiān)控系統(tǒng)是一個典型的B/S與C/S混合的三層體系結構。由客戶端/應用服務器/數據庫服務器構成了C/S模式的三層體系結構。由瀏覽器/WEB服務器/數據服務器構成了B/S模式的三層體系結構。在變電站內部采用的是C/S模式的體系結構。但是由于變電站監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性，使變電站的三層體系結構的功能配置又不同于傳統(tǒng)的配置方案。在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中底層的數據層的數據一部分來源于現場的實時數據，另一部分來源于普通的商用數據庫。將功能層配置與應用服務器，而數據層則配置在數據庫服務器與現場設備的OPC服務器。對于變電站外部則使用了基于B/S模式的三層體系結構。Web頁面通過Web服務器獲得必要的持久化數據，通過嵌入到Web頁面內的ActiveX控件(OPC客戶端)來連接OPC服務器，獲取實時數據，進行顯示與分析。

4.基于OPC技術的110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試分析

本變電站監(jiān)控系統(tǒng)集視頻監(jiān)控、紅外線防盜監(jiān)測和火災報警等功能于一體，充分發(fā)揮嵌入式系統(tǒng)和計算機網絡的優(yōu)勢，能夠對變電站實際狀況進行很好的監(jiān)控。在實驗室狀態(tài)下，我們將EBEYE V2000攝像頭通過USB接口相連，將熱釋電紅外線探測電路和離子型煙霧火災探測設各與控制板連接起來。監(jiān)控客戶端采用一臺PC，二者通過網線相連，形成一個局域網，并通過超級終端進行測試。(1)Bootloader移植：通過JTAG口，應用vivi移植Bootloader到服務器，并正常工作。(2)Linux內核移植：應用內核和根文件系統(tǒng)，內核在服務器終端成功加載界面。(3)客戶端人機交互操作程序測試：在客戶端PC上，點擊“變電站監(jiān)控系統(tǒng)”圖標，輸入用戶名和密碼，單擊進入“確定”。監(jiān)控系統(tǒng)正常運行，實時視頻圖像清晰，紅外線探頭和煙霧火災報警探頭運行正常。通過操作按鈕，進行監(jiān)控探頭的切換[9]。

5.110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)的改造技術發(fā)展

5.1 數字化技術

近些年來，數字化的浪潮已波及到各個領域，其中僅就安全監(jiān)控領域來說，人們即已從安全監(jiān)控設備及系統(tǒng)的數字化方面享受到前所未有的便捷與實惠。將數字技術引入智能監(jiān)控領域，著實使傳統(tǒng)的電視監(jiān)控系統(tǒng)產生了質的飛躍。數字技術具有各種可以容易地實現在模擬信號處理技術中很難實現的各種功能、算法或處理技術，特別是當采用雙線性插值或三次卷積插值等技術來進行圖像幅面大小的調整時，還可以在大屏幕顯示器上獲得大幅面的準高清晰圖像顯示?，F代安全監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度越來越高，基于數字圖像處理與模式識別技術的人像識別、人體行為特征識別的應用系統(tǒng)也已開始走向實用。這樣，對于結合有指紋識別、虹膜識別的出人口控制系統(tǒng)中，可以進一步結合視頻人像復核技術，從而對出入口人員的合法身份進行進一步的確認。

5.2 行為和步態(tài)識別技術

行為識別技術屬于自動化人工智能監(jiān)控的一個典型技術。它可以實現自動化人工智能監(jiān)控技術可以實現的大部分功能，而且由于其主要由軟件為主導，設備安裝靈活，只需在布防區(qū)域設置好攝像機即可。但是這種技術對攝像機的設置點要求較高，而且提供的報警信息是照片形式，而不是視頻錄像。同時行為識別技術，只能探測到可疑物體，但不能具體識別可疑物體，這些缺陷就不能很好的滿足人們對安全監(jiān)控智能監(jiān)控的更高要求。步態(tài)識別技術則是一種新興的智能監(jiān)控技術。而步態(tài)識別技術在攝像機的設備要求，采集識別信息的距離，被識別人的不可偽裝性，采集區(qū)域的光線要求上都要比面像識別有很大優(yōu)勢。

5.3 核心主機個性化

數字矩陣主機固然是監(jiān)控管理的核心設備，它也是智能監(jiān)控發(fā)展必然的產物，過去許多生產和開發(fā)模擬矩陣設備的廠商現在都已經開發(fā)數字化監(jiān)控主機，而且除了實現原有的矩陣功能之外，還合并了DVR功能，這是一種很好的組合，適合在一些大型的監(jiān)控工程當中使用。同時DVR的產品模式也為其他的監(jiān)控管理主機的發(fā)展提供了有益的參考，另外由于它還具備了智能功能的雛形，它也是智能視頻服務器的前身。

總之，隨著經濟的發(fā)展與110kV變電站安全生產的強烈要求，我們將OPC服務器與OPC客戶端的開發(fā)給出了具體的實現，使整個系統(tǒng)成功的應用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)中，取得了很好的效果。

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[5]楊繼華,嚴國萍.基于嵌入式Linux與3C2410平臺的視頻采集[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,2009,2(11):18-19．

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