基于物聯(lián)網(wǎng)的直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控和運(yùn)維服務(wù)

王炳林

引言

變電站是電網(wǎng)的核心，擔(dān)負(fù)著所在區(qū)域的供電任務(wù)，直流電源是變電站繼電保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)操作、自動(dòng)化等設(shè)備的供電電源，它在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中起著極其重要的作用，直流電源自身的可靠及安全直接影響到電網(wǎng)穩(wěn)定和設(shè)備安全。目前，電力系統(tǒng)推廣變電站無(wú)人值班，雖然現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心可以獲取變電站運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)信息，但是對(duì)于直流電源部分只能得到少量的重要信息，對(duì)于更加詳盡的信息仍舊無(wú)法獲得，尤其是當(dāng)直流電源剛開(kāi)始出現(xiàn)異常狀況時(shí)不能及時(shí)得到預(yù)警信息，直到異常狀況積累成為故障時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)，此時(shí)事故已經(jīng)擴(kuò)大。另外，直流電源設(shè)備已經(jīng)朝著自動(dòng)化、系統(tǒng)化、集成化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，功能更強(qiáng)大，故維護(hù)技術(shù)含量日益提高，對(duì)維修人員的要求也不斷上升，傳統(tǒng)的人工定期巡視很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，人工維護(hù)也存在數(shù)據(jù)測(cè)量和維護(hù)的人員差異，不利于對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)做出綜合判斷。并且，隨著變電站數(shù)量的日益增加，直流電源的日常檢測(cè)維護(hù)工作量非常大，變電站多，維護(hù)人員少，顯然無(wú)法保證按期按量完成。因此，如何加強(qiáng)對(duì)變電站直流電源的監(jiān)控和故障分析，并采取相應(yīng)的對(duì)策是電力系統(tǒng)急需解決的問(wèn)題。

浙江三辰電器股份有限公司提出一套完整的基于物聯(lián)網(wǎng)的直流電源設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)解決方案，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)通信等新技術(shù)，把傳統(tǒng)的監(jiān)控與運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化，將分布各地的直流電源設(shè)備納入統(tǒng)一的管理平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源設(shè)備信息的分散采集、統(tǒng)一監(jiān)控、集中管理。

1　相關(guān)概念

物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時(shí)代的重要發(fā)展階段。其英文名稱是：“Internet of Things（IoT）”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展，與其說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)，不如說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務(wù)和應(yīng)用。

直流電源：直流電源又稱直流電源屏或直流屏，是指應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站(所)中，為給控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等提供直流電源的電源設(shè)備，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護(hù)的基礎(chǔ)。直流電源的可靠性、安全性直接影響到電力系統(tǒng)供電的可靠性和安全性，因此也應(yīng)用了大量的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。直流電源由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元及絕緣監(jiān)測(cè)單元組成。

2　系統(tǒng)技術(shù)結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“三辰智云”）是以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和移動(dòng)通信等新一代信息技術(shù)作為支撐，以“互聯(lián)網(wǎng)+運(yùn)維服務(wù)”為目標(biāo)，構(gòu)建電源設(shè)備、監(jiān)控中心、移動(dòng)終端三位一體的智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維服務(wù)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，為客戶提供遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警、故障診斷、故障分析、運(yùn)維服務(wù)等專業(yè)的在線增值服務(wù)，從而幫助客戶建立一套高效的設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)管理體系。

2.1　系統(tǒng)組成

“三辰智云”系統(tǒng)主要由以下三個(gè)部分組成：

（1）帶有智能無(wú)線通訊裝置的直流電源系統(tǒng)；

（2）“直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)”平臺(tái)軟件；

（3）移動(dòng)終端應(yīng)用軟件，包含Android及iOS系統(tǒng)APP。

2.2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.1系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、通訊網(wǎng)絡(luò)層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層三部分組成。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：由直流電源和智能無(wú)線遠(yuǎn)程通信裝置組成。直流電源設(shè)備通過(guò)智能無(wú)線遠(yuǎn)程通信裝置將信息經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，同時(shí)也可以接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)來(lái)的各種應(yīng)答類、控制類等指令。

圖1　系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

通訊網(wǎng)絡(luò)層：由RS485工業(yè)總線、GPRS無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)三部分組成。實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，它是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與后臺(tái)監(jiān)控之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。

遠(yuǎn)程監(jiān)控層：包括通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器和監(jiān)控中心應(yīng)用軟件等軟硬件設(shè)備。監(jiān)控中心應(yīng)用軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)信息的顯示、存儲(chǔ)、運(yùn)算、查詢等操作和管理，為用戶提供一個(gè)可視化的監(jiān)測(cè)界面。

2.2.2系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

本系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖

采用B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過(guò)www瀏覽器實(shí)現(xiàn)，一部分事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，形成所謂3-tier結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)通道接入企業(yè)的Web服務(wù)器：一路是移動(dòng)終端 (手機(jī))通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到企業(yè)的服務(wù)器，另一路是監(jiān)控中心（PC）通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)連接到企業(yè)的服務(wù)器。

2.2.3系統(tǒng)功能模塊

“三辰智云”系統(tǒng)利用運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將分布在不同區(qū)域、不同地點(diǎn)的直流電源設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)匯集至物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，維護(hù)人員可通過(guò)移動(dòng)終端APP實(shí)現(xiàn)對(duì)電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，對(duì)突發(fā)事件及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理?；蛲ㄟ^(guò)監(jiān)控中心Web網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況，并為客戶單位提供遠(yuǎn)程故障診斷及智能運(yùn)維服務(wù)綜合管理。

本系統(tǒng)功能如圖3所示，其主要功能模塊體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)維管理和系統(tǒng)管理上。

圖3　系統(tǒng)功能圖

（1）數(shù)據(jù)采集：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線、互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的多種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方式，遠(yuǎn)程采集分布各地的電源設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于云平臺(tái)的直流電源、監(jiān)控中心和移動(dòng)終端互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控：能對(duì)直流電源設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)和故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在故障發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)顯示故障信息并進(jìn)行報(bào)警。

（3）統(tǒng)計(jì)分析：以多種報(bào)表的形式顯示直流屏歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。包括年、月、日?qǐng)?bào)表等，方便對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（4）故障診斷：建立集中的告警分析處理和故障預(yù)警機(jī)制，能夠超前預(yù)判事故的發(fā)生，并在故障產(chǎn)生或故障征兆時(shí)進(jìn)行快速定位，從而能夠使維護(hù)人員快速排除故障。

（5）運(yùn)維管理：提供在線報(bào)修，故障診斷，維修服務(wù)，服務(wù)評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)功能。內(nèi)嵌知識(shí)庫(kù)作為運(yùn)維服務(wù)重要的技術(shù)支持，為用戶故障診斷提供在線自助咨詢服務(wù)。

（6）系統(tǒng)管理：包括用戶管理、設(shè)備管理、角色管理。用戶管理如：客戶名稱、聯(lián)系方式等；設(shè)備管理如：型號(hào)規(guī)格、出廠編號(hào)等；角色管理如：角色名稱、權(quán)限管理等功能。

3　“三辰智云”系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1　智能無(wú)線通信裝置開(kāi)發(fā)

智能無(wú)線遠(yuǎn)程通信裝置是專門針對(duì)直流電源設(shè)備監(jiān)測(cè)需要而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的工業(yè)級(jí)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元，是一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)終端，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)電源設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并提供無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信。該裝置采用了先進(jìn)的工業(yè)級(jí)處理器，并采用數(shù)據(jù)透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明轉(zhuǎn)發(fā)。直流電源設(shè)備通過(guò)RS232/RS485接連接到智能無(wú)線通信裝置，智能無(wú)線通信裝置將從直流電源設(shè)備接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 TCP/IP通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包，而不需要改變?cè)械臄?shù)據(jù)通信內(nèi)容，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。同時(shí)智能無(wú)線通信裝置可接收監(jiān)控中心傳送來(lái)的遠(yuǎn)程控制信號(hào)給直流電源設(shè)備。

3.2　直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)

采用Eclipse作為編寫程序調(diào)試程序的工具軟件，基于JDK1.7上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)采用mysql5.6。系統(tǒng)后端采用spring框架集成 shiro、spring data等框架實(shí)現(xiàn)服務(wù)器后端架構(gòu)，系統(tǒng)可以部署到安裝有jdk1.7的操作系統(tǒng)上。系統(tǒng)前段采用angular 1.5.8版本開(kāi)發(fā)，實(shí)行前后端分離的開(kāi)發(fā)，后端提供restapi接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。并通過(guò)消息服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的推送、報(bào)警信息的推送等。

3.3　移動(dòng)終端APP軟件開(kāi)發(fā)

（1）Android系統(tǒng)應(yīng)用軟件

采用Eclipse作為編寫程序調(diào)試程序的工具軟件，在Android SDK上運(yùn)行所開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件。所開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件版本適配Android 4.3及以上系統(tǒng)，因未使用暫停維護(hù)的NDK，故適配版本覆蓋較新的6.0及以上版本，應(yīng)用軟件采用較先進(jìn)的技術(shù)架構(gòu)，應(yīng)用軟件對(duì)運(yùn)行終端的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力需求較低，軟件運(yùn)行狀態(tài)下（無(wú)其他第三方應(yīng)用進(jìn)程）要求達(dá)到CPU占用率小于30%，持續(xù)運(yùn)行無(wú)終端發(fā)熱、死機(jī)現(xiàn)象。

（2）iOS系統(tǒng)應(yīng)用軟件

采用Web Storm作為編寫程序開(kāi)發(fā)工具軟件，利用React-Native提供的編譯調(diào)試環(huán)境進(jìn)行debug、熱更新等，最終在macOS所提供的iphone模擬器查看效果。所開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件版本適配iOS9.0及以上系統(tǒng)，采用面向組件開(kāi)發(fā)，采用redux管理狀態(tài)（state），保證state的可預(yù)測(cè)性，采用immutable持久化不可變性數(shù)據(jù)，并且支持了熱修復(fù)。在場(chǎng)景中做了大量的優(yōu)化，從而CPU占用率較低，同時(shí)減少APP對(duì)流量和電量的消耗，持續(xù)運(yùn)行應(yīng)用未出現(xiàn)閃退、假死等狀態(tài)。

4　應(yīng)用實(shí)例

三辰公司開(kāi)發(fā)的“基于物聯(lián)網(wǎng)的直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)”，在2016年底已完成系統(tǒng)測(cè)試，并于2017年1月正式上線投入運(yùn)行，目前在全國(guó)范圍內(nèi)已經(jīng)擁有2314個(gè)用戶單位，累計(jì)10560套直流電源設(shè)備上線運(yùn)行，該平臺(tái)的研發(fā)成功，也進(jìn)一步讓企業(yè)實(shí)現(xiàn)從單純制造業(yè)向制造業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

該項(xiàng)目已獲浙江省“2016年信息化項(xiàng)目?jī)?yōu)秀獎(jiǎng)”，將進(jìn)一步在電力、冶金、石化、建筑等行業(yè)投入運(yùn)行使用。

5　應(yīng)用價(jià)值

5.1　提高產(chǎn)品可靠性，降低設(shè)備故障率

“三辰智云”平臺(tái)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把傳統(tǒng)的智能電源監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化，提供了功能強(qiáng)大的從遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障報(bào)警、故障診斷、故障分析到運(yùn)維服務(wù)功能，該應(yīng)用方案對(duì)提高產(chǎn)品可靠性、降低設(shè)備故障率，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有極為重要的戰(zhàn)略意義和極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

5.2　提高維護(hù)效率，節(jié)省故障處理時(shí)間

利用“三辰智云”平臺(tái)建立的集中告警分析處理和故障預(yù)警機(jī)制，使監(jiān)控系統(tǒng)成為強(qiáng)有力的助手,能夠超前預(yù)判事故的發(fā)生，盡可能地做到事前防范，并在故障產(chǎn)生時(shí)進(jìn)行快速定位，能夠準(zhǔn)確確定故障部位、判斷故障原因，以便及時(shí)進(jìn)行處理，大大提高了維護(hù)效率，節(jié)省了緊急情況下的故障處理時(shí)間。

5.3　降低維護(hù)成本，減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度

借助“三辰智云”平臺(tái)建立的電源設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷，能夠更及時(shí)、準(zhǔn)確、靈敏地反映設(shè)備健康水平，從而有針對(duì)性地對(duì)設(shè)備檢修時(shí)間和周期進(jìn)行決策，實(shí)現(xiàn)從定期檢修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變，可有效降低維護(hù)成本，并大大減輕了維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

6　結(jié)束語(yǔ)

在直流電源設(shè)備運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，已經(jīng)從傳統(tǒng)的人工值班、人工檢測(cè)設(shè)備方式發(fā)展到采用內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、各站點(diǎn)人工定時(shí)巡檢、基層站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班模式，并已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛運(yùn)用和推廣。但是在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，經(jīng)常遇到以下情況：

（1）設(shè)備分布廣泛，分散在不同區(qū)域，專網(wǎng)不易連接，只能采用在廣域網(wǎng)中采用VPN方式傳輸，但仍存在風(fēng)險(xiǎn)；

（2）有的站點(diǎn)分布在偏遠(yuǎn)山區(qū)，網(wǎng)絡(luò)線路不能到達(dá)，或者即使能夠到達(dá)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)非常弱，需加大投入改造；

（3）如果在內(nèi)部專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)線路、內(nèi)部服務(wù)器異?；蛲C(jī)維護(hù)時(shí)產(chǎn)生故障，前臺(tái)不能及時(shí)獲取，會(huì)導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大；

（4）若站點(diǎn)設(shè)備發(fā)生故障，則維護(hù)人員需先到達(dá)站點(diǎn)，檢測(cè)設(shè)備各運(yùn)行參數(shù)，確定設(shè)備故障點(diǎn)及故障器件，然后再聯(lián)系供貨廠商購(gòu)買故障器件進(jìn)行更換或維修，完成一個(gè)維修需要的時(shí)間周期較長(zhǎng)。

筆者提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及運(yùn)行維護(hù)的方法，利用運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將分布在不同區(qū)域、不同地點(diǎn)的變電站直流電源設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)匯集至物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源設(shè)備信息的分散采集、統(tǒng)一監(jiān)控、集中管理。設(shè)備管理者或維護(hù)人員可通過(guò)PC端瀏覽器或移動(dòng)終端APP可實(shí)現(xiàn)對(duì)電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況，節(jié)省巡查時(shí)間、提高運(yùn)維工作效率，對(duì)突發(fā)事件及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理，消除事故隱患，確?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安全運(yùn)行，是對(duì)直流電源設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維服務(wù)的最佳解決方案。

［參考文獻(xiàn)］

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