基于物聯(lián)網(wǎng)的換流變電站備品備件管理系統(tǒng)研究

國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 顧建新 張貴德 陳 文 戴 迪 彭 浩 付玉婷

基于物聯(lián)網(wǎng)的換流變電站備品備件管理系統(tǒng)研究

國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 顧建新 張貴德 陳 文 戴 迪 彭 浩 付玉婷

為彌補換流變電站的備品備件管理方式的管理缺陷，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)思維模式來改進備品備件管理方式，實現(xiàn)備品備件管理精益化，以進一步增強變電站管理智能化程度，提出備品備件智能管理系統(tǒng)?；贑#開發(fā)平臺與數(shù)據(jù)庫SQLServer2005、物聯(lián)網(wǎng)RFID技術，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)思想設計開發(fā)了變電站備品備件數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)管理方式，提高備品備件管理效能，促進了換流變電站的完善建設，有效保障了管理制度，能夠?qū)淦穫浼苡行蚯覝蚀_地監(jiān)控與管理，提高了管理工作可靠度，節(jié)約成本。

備品備件；管理方式；數(shù)據(jù)管控；物聯(lián)網(wǎng)

1 引言

電力備品備件是重要的電力物資，加強備品備件管理是確保電力企業(yè)安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的保障，是國家電網(wǎng)公司的重點工作。國網(wǎng)宜昌直流運檢中心下轄宜都換流站、葛洲壩換流站、龍泉換流站、江陵換流站、團林換流站5個換流站，由2名專責負責5個站備品備件一次庫、二次庫的統(tǒng)一管理。備品備件的管理方式還仍然是傳統(tǒng)的書面管理方式，效率與可靠度都難以滿足其實際管理需求。而備品備件的合理管理又是確保電力企業(yè)安全、穩(wěn)定生產(chǎn)運行的重要手段，是企業(yè)內(nèi)部經(jīng)營管理不可忽視的重要環(huán)節(jié)。在電力系統(tǒng)中，它不僅關系到企業(yè)的成本經(jīng)營，更和企業(yè)的安全生產(chǎn)管理密切掛鉤。因此，在設備管理過程中，應該給予備品備件管理以足夠的重視。

目前，在國內(nèi)電力企業(yè)中逐步采用了集約化、全壽命周期和物聯(lián)網(wǎng)應用來進行對備品備件的管理[1]。文獻[2]介紹了目前國內(nèi)以能源領域企業(yè)為首的行業(yè)都紛紛采用了集約化的物資管理模式，在電力企業(yè)中，南方電網(wǎng)公司和國家電網(wǎng)公司都相繼以物資管理一體化轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代物資管理的新思路；文獻[3]闡述了全壽命周期管理理念，并介紹了國內(nèi)的電力企業(yè)對全壽命周期管理方法進行了結(jié)合應用，其中部分電力企業(yè)通過這種管理應用提高了其設備綜合管理水平。國外許多大公司相關管理體系都紛紛實現(xiàn)了較為成熟的集約化，特別是針對物資管理方面，已有很多適用的成套軟件運行在物資管理工作中[4]，文獻[5]中認為電力設備生命周期理論是將電力設備的生命周期劃分為購置、運行、維護、修理、更新、報廢等幾個重要階段，把設備的各個階段看成是關聯(lián)的、而非孤立存在的過程，關于此管理方法也已經(jīng)在變電站、配電系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等系統(tǒng)中得到了應用。

本文研發(fā)的備品備件管理系統(tǒng)是利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)信息技術和信息感知與識別技術，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)管理思路和集約化、全壽命周期管理理念，進行對備品備件的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)優(yōu)化與數(shù)據(jù)評估，從而達到備品備件的實際管理需求，實現(xiàn)備品備件包括信息收集、整理、實時管理與查詢等所有工作需求的精益化。

2 變電站備品備件管理

2.1 電力備品備件

備品按照其重要和加工難易程度可分為第一類備品(事故備品)和第二類備品(輪換備品和消耗備品)[6]。備品備件的管理是設備維修和資源管理的主要內(nèi)容，也是電力計劃檢修和非計劃檢修的重要組成部分，只有科學合理的儲備和效率可靠的管理才能保障電力計劃和非計劃任務的完成質(zhì)量的同時又確保經(jīng)濟性[7]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術的應用

物聯(lián)網(wǎng)是指利用產(chǎn)品電子代碼EPC、射頻識別技術，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)在任何時候、任何地點對任何物

品的識別和管理，即物品的互聯(lián)互通。通過物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)備品備件的管理數(shù)據(jù)與備品備件的自身信息綁定互通，改變其管理方式的同時結(jié)合數(shù)據(jù)庫讀寫實現(xiàn)精益化管理目的，即高效、經(jīng)濟與“無紙化”。

1）RFID技術：互聯(lián)互通數(shù)據(jù)通過無線電波來進行通信的可自動識別的技術，即RFID技術。本文開發(fā)的備品備件管理系統(tǒng)選用H47INLAYRFID超高頻電子標簽，該超高頻電子標簽能夠?qū)崿F(xiàn)3D全方位的信號范圍，且數(shù)據(jù)傳輸快，極大程度地降低了備品備件的識別誤差與識別失敗率。

2）QRCode矩陣二維碼二維碼技術具有高密度、容量大、安全性強等優(yōu)點，特別是其具有糾錯功能的特點，使得二維條碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，照樣可以正確得到識讀。因此利用QRCode矩陣二維碼與RFID相結(jié)合使用，可讓備品備件管理系統(tǒng)信息感知方式多樣化，保證信息識別可靠性。

2.3 管理方式優(yōu)化

1）傳統(tǒng)管理方式傳統(tǒng)的管理模式無法滿足科學的需求，存在以下問題：一是信息分散，信息“孤島”嚴重，容易造成備件的盲目申購；二是不合理的定額衡量依據(jù)，造成了備件儲存種類、儲備定額設置不科學；三是管理人員觀念未轉(zhuǎn)變，“多備少患”錯誤思維貫穿在日常運維工作中；第四點是備品備件儲備過剩，有許多備件沒有被領用過就面臨報廢；最后是不完善的管理制度造成了額外的時間成本開銷，如獲取備品備件信息要花費很長時間。

2）新型管理方式新型管理方式實現(xiàn)網(wǎng)絡與計算機技術的結(jié)合和應用，通過管理系統(tǒng)的輔助，能夠更有效地對備品備件有序且準確的庫存使用管理，高效準確地記錄備品備件使用情況，最大限度地優(yōu)化庫存管理。如圖1所示。

3）信息管理集約化與物聯(lián)新型管理方式借助蔡沱變電站的網(wǎng)絡通信環(huán)境建立信息互聯(lián)基礎，將地理位置分散的管理對象通過信息基礎實現(xiàn)信息管理的集約化，不僅能夠加快信息查找效率，還可以增強信息管理的有序性和便捷度。在實現(xiàn)了信息集約化的基礎上，引入物聯(lián)網(wǎng)思維與技術的應用，將備品備件實體通過信息識別達到物體、屬性信息、相關人員和使用記錄的緊密聯(lián)系和信息快速獲取，如圖2所示。

圖1 新型管理方式特點

圖2 信息管理物聯(lián)

3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)整體架構

備品備件管理系統(tǒng)基礎架構的整體框架如圖3所示。應用層涵蓋了與用戶直接交互的所有應用模塊，數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)控制模塊達到數(shù)據(jù)管控的功能需求，建立備品備件的電子臺賬，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息追蹤和數(shù)據(jù)讀寫。信息感知與識別和電子報表模塊在數(shù)據(jù)管控的功能支持下達到備品備件信息的自動讀取、分析建議和電子歸檔。

支撐層的用戶管理與權限分配服務模塊輔助用戶實現(xiàn)集中有序管理，借以人臉識別完成用戶身份認證，依照用戶級別自動進行相應權限的分配。

數(shù)據(jù)層中包含備品備件的動靜態(tài)數(shù)據(jù)庫，為應用層與支撐層提供數(shù)據(jù)基礎，是系統(tǒng)架構中不可或缺的部分。

3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡構架

如圖4所示，備品備件管理系統(tǒng)是一個C/S架構的綜合管理系統(tǒng)，層次按邏輯可分為兩個，一是處在備品備件庫中使用的客戶端應用程序，另一個則是數(shù)據(jù)服務器。

3.3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構

本管理系統(tǒng)使用工具SQLServer2005建立數(shù)據(jù)庫以滿足必要的擴展性、實用性和可維護性。在所建數(shù)據(jù)庫中建立了備品備件數(shù)據(jù)表、備品備件種類表、領用情況記錄表、補充情況記錄表和用戶數(shù)據(jù)表等數(shù)據(jù)庫表。

4 系統(tǒng)功能模塊開發(fā)

備品備件管理系統(tǒng)根據(jù)備品備件的實際管理需要分為數(shù)據(jù)管理、數(shù)量控制、電子報表、標簽計算生成、信息感知與識別五大功能模塊。

4.1 數(shù)據(jù)管理模塊

備品備件管理系統(tǒng)將所有備品備件的屬性信息都錄入數(shù)據(jù)庫進行分組、分地區(qū)的統(tǒng)一管理，當用戶需要盤點庫存時能輕松快速地進行操作，實現(xiàn)了備品備件的數(shù)據(jù)庫閉環(huán)管理模式。針對每個備品備件設計唯一的數(shù)字認證ID，通過RFID感知識別設備/二維影像手持識讀器實現(xiàn)備品備件的快速識別與定位，并實現(xiàn)備品備件的領用、補充、儲存全過程的閉環(huán)“無紙化”管理。

1）數(shù)據(jù)導入/導出

數(shù)據(jù)的導出如圖5所示。

圖3 系統(tǒng)架構圖

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡架構

圖5 備品備件數(shù)據(jù)導出

2）領用補充

用戶只需要使用二維影像手持識讀器進行備品備件的二維碼標簽識別，編輯工作事件就能完成批量出入庫。領用操作如圖6所示。

系統(tǒng)也可實時監(jiān)控備品備件出入口RFID標簽識讀情況，當獲取到識讀數(shù)據(jù)后，在不影響主線程的情況下進行數(shù)據(jù)讀寫，完成自動出入庫記錄。

4.2 數(shù)量控制模塊

該模塊能避免由于管理人員疏忽而導致的備品備件數(shù)量補充不及時或數(shù)量超量，同時將出現(xiàn)的提醒歷史納入數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計，為備品備件的風險評估提供部分數(shù)據(jù)基礎。另外，對備品備件的數(shù)據(jù)監(jiān)控會隨主線程自動開啟，如果發(fā)現(xiàn)余量不足和數(shù)量超限的備品備件項，以圖標閃爍方式予以提示。這樣不僅能防止現(xiàn)場作業(yè)和設備維保所需求的備品備件數(shù)量不足情況發(fā)生，還能有效管理備品備件的供需情況，避免了備品備件某些項長期超量而造成的資源浪費。

圖6 備品備件領用界面

4.3 電子報表模塊

標準化電子報表根據(jù)備品備件管理需求進行設計與調(diào)整，該模塊能夠輔助管理人員輕松管理歸檔資料與管理備品備件使用情況，能夠通過一鍵式打印得到需要的報表資料。同時用戶能夠通過選擇時間段進行備品備件記錄的篩選，權限足夠的用戶能夠清除不再需要的陳舊記錄數(shù)據(jù)。

4.4 標簽計算生成模塊

圖7 備品備件標簽生成

4.5 信息感知與識別模塊

使用具有高效的人臉算法的面部識別設備，通過TCP/IP協(xié)議和RJ45接口與備品備件管理系統(tǒng)相連接，在用戶完成人臉比對的同時，多線程后臺進行用戶ID的數(shù)據(jù)比對，從本地數(shù)據(jù)庫與服務器數(shù)據(jù)庫中查找身份認證信息。數(shù)據(jù)查找完畢后，按照返回結(jié)果的身份級別，管理系統(tǒng)進行相應的權限分配并實現(xiàn)自動登錄。

5 江陵換流站試運行

測試開發(fā)完成后于江陵換流變電站試點安裝了備品備件管理系統(tǒng)，通過現(xiàn)場試運行情況來看：該管理系統(tǒng)不但在管理上基本消除了傳統(tǒng)管理方式所存在的問題，符合了標準化，智能化建設的具體要求，減輕了管理人員的工作量，而且對于綜合效益的提高也有顯著的作用。

具體表現(xiàn)在如下幾方面：

1）消除了傳統(tǒng)管理模式由于對備品備件的在庫盤點不及時或管理人員的疏忽等因素所造成的各種影響運維工作的問題。

備品備件管理系統(tǒng)對每一樣備品備件的情況都有記載并實時監(jiān)測，包括備品備件在庫數(shù)量、定額配置量、存放位置、地點、備品備件領用人和使用情況等。系統(tǒng)臺賬中的備品備件在超過定額配置量或者低于配置需求量時，以聲光告警的方式提醒管理人員，并可自主查看需要控制數(shù)量的備品備件列表。在提高了備品備件使用與管理的可靠性同時也使備品備件的定額管理工作更加嚴謹與及時。

2）提高了變電站備品備件管理效能。引入備品備件管理系統(tǒng)以后，備品備件的領用、管理更加簡單、便捷，在領用和歸還備品備件時，我們只需簡單地用二維標簽識別設備或者RFID設備對備品備件身份標簽進行識別即可，大大的縮短了領用和歸還時間，領用的整個過程大概只需要幾分鐘左右，保障運維工作的備品備件需求響應效率。

從表1可以看出，備品備件管理系統(tǒng)在時間上節(jié)約很多，大大提高了領用備品備件效率，為備品備件按時到達作業(yè)現(xiàn)場提供強有力時間保障。

3）有力的促進了換流變電站的完善建設，有效的保障了管理制度。使用該系統(tǒng)以后，減少了人工記錄臺賬，用電子臺賬代替紙質(zhì)臺賬，在系統(tǒng)中只用一鍵式打印，就能得到所有需要的領用歸還的工作信息報表，不僅方便查閱而且便于保存，保證了“表、卡、物”的一致性，更節(jié)省了時間和人力，實實在在的達到了為班組減負，更方便了管理層查看臺賬記錄?？梢愿旖莸念I用備品備件，縮短響應運維需求的時間，對運維穩(wěn)定有著一定程度上的促進作用。

表1 傳統(tǒng)管理與管理系統(tǒng)領用時間對比單位：分鐘

4）規(guī)范備品備件使用管理的同時也規(guī)范了管理員的自身行為。使用該系統(tǒng)以后，實現(xiàn)了備品備件領用、歸還的智能化，只需要進行簡單的信息識別就可以完成臺賬記錄及資料的完善，縮短了備品備件領用、歸還時間，提高了工作效率，減輕了使用者負擔，也規(guī)范了管理員自身行為：系統(tǒng)操作簡單、快捷，容易學習，實用性和可操作性都很強，管理員在領用備品備件時都會按流程操作；備品備件領用和歸還時用人臉識別代替手工簽字，既省下了工作量，也讓操作身份記錄更加嚴謹準確；備品備件 里面有備案，都可以查詢它的基本情況以及使用情況。

6 總結(jié)

本文基于物聯(lián)網(wǎng)思想開發(fā)了基于換流變電站基礎環(huán)境的備品備件管理系統(tǒng)，結(jié)合SQLServer數(shù)據(jù)庫完成了預期目標。有效地減少變電站日常備品備件管理工作量，達到了快速管理、“無紙化”管理的目的，提高了備品備件管理工作的管理效率，并且加強了管理工作的管理可靠性，增加了備品備件的可識別信息量，使記錄達到了操作人與操作物、操作事件的緊密聯(lián)系，間接地也保證了管理工作的有序性與可靠性。

隨著今后對管理要求的不斷提高，還可以對該數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行功能更新，擴大數(shù)據(jù)庫規(guī)模，更好地實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)三層概念，使該系統(tǒng)具有更強的適用性、靈活性、擴展性與創(chuàng)新性。

[1]汪貽生,王豐．供應鏈管理模式下零庫存理論及其在企業(yè)中的應用[J]．物流科技,2002(9):1．

[2]Formoso,C．T．a(chǎn)ndSoibelman,L．(2002) MaterialWasteinBuildingIn dustry:MainCausesandPrevention．Journal of ConstructionEngineeringand Management,128,316-325．

[3]孫藝新．英國國家電網(wǎng)公司資產(chǎn)全壽命周期管理實踐與啟示[J]．價格月刊,2011,11(22):91-94．

[4]張萌．物資集約化背景下中國電力企業(yè)電子化招投標實施策略研究[D]．北京:北京郵電大學,2014:3．

[5]Shimakage,T．,Wu,K．,Kato,T．Okamoto,T．a(chǎn)ndSuzuoki,Y．(2003) Life-Cycle-CostComparisonofDifferentDe- gradationDiagnosisMethod sforCables．Properties andApplications of DielectricMaterials, 990-993．

[6]張兵．西北電網(wǎng)公司750kV電網(wǎng)備品備件倉儲管理研究[D]．楊凌:西北農(nóng)林科技大學,2014:7-9．

[7]周谷亮．電力企業(yè)備品備件優(yōu)化管理的探討[J]．上海電力,2008(6): 576-579．

開源QRCode矩陣二維碼計算組件，調(diào)用以完成對備品備件信息的二維條碼信息流處理與計算。該功能能夠提供用戶創(chuàng)建備品備件身份標簽、標簽編輯、標簽保存、標簽一鍵式打印等操作。界面如圖7所示。

顧建新（1979—），男，工程師，副主管，長期從事直流換流站運維技術管理工作。