智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)平臺與自動化組態(tài)的研發(fā)與應(yīng)用*

溫 欣, 胡 敏

(上海電器科學(xué)研究院, 上海 200063)

0 引 言

2020年10月14日,工信部、應(yīng)急管理部聯(lián)合印發(fā)《“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”行動計劃(2021—2023年)》(以下簡稱《行動計劃》)[1]?！缎袆佑媱潯访鞔_了行動目標(biāo):到2023年年底,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與安全生產(chǎn)協(xié)同推進(jìn)發(fā)展格局基本形成,工業(yè)企業(yè)本質(zhì)安全水平明顯增強(qiáng);一批重點(diǎn)行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全生產(chǎn)監(jiān)管平臺建成運(yùn)行,“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”快速感知、實時監(jiān)測、超前預(yù)警、聯(lián)動處置、系統(tǒng)評估等新型能力體系基本形成。由此,在低壓電器行業(yè)要做到安全生產(chǎn),高效運(yùn)維就顯得至關(guān)重要。

本文主要介紹針對低壓電器行業(yè)開發(fā)的一套智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)平臺,以及平臺中組態(tài)功能的研發(fā)與應(yīng)用,該平臺可以實現(xiàn)快速感知、實時監(jiān)測、超前預(yù)警、告警通知等功能,其中的組態(tài)功能可以方便運(yùn)維人員日常維護(hù)與監(jiān)測,在提供安全與便利的同時,更有效地提高運(yùn)維人員的工作效率,極大地減少人力成本和消耗。

1 智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)平臺

1.1 傳統(tǒng)電力行業(yè)運(yùn)維工作的缺點(diǎn)

在電力行業(yè)中,傳統(tǒng)的變電站、配電房等重要的電力場所,運(yùn)維都是核心工作。運(yùn)維人員需要負(fù)責(zé)電力設(shè)備每周7×24 h的運(yùn)維監(jiān)控管理,倒班方式常采用“上一休二”的方式,在崗之間通常長達(dá)24 h。運(yùn)維人員需要在值班期間,定時定點(diǎn)的到現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行巡檢,長時間的人力維護(hù)工作,容易導(dǎo)致運(yùn)維人員疲憊不堪,還容易讓運(yùn)維人員放松警惕,導(dǎo)致事故發(fā)生。

傳統(tǒng)的運(yùn)維方式[2]缺少超前預(yù)警和實時告警等手段,關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄也不夠完善,容易導(dǎo)致運(yùn)維人員未能及時發(fā)現(xiàn)問題,或者因為缺少關(guān)鍵數(shù)據(jù)導(dǎo)致問題排查困難。

隨著行業(yè)發(fā)展和科技進(jìn)步,傳統(tǒng)的運(yùn)維方式已經(jīng)不能滿足日益增長的運(yùn)維需求,需要一個更加智能、便捷的運(yùn)維方式,在減輕運(yùn)維人員壓力的同時做到運(yùn)維的高效和安全。智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維平臺就是一個為低壓電器行業(yè)智能配電場景的運(yùn)維人員量身打造的運(yùn)維服務(wù)平臺。

1.2 智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)平臺在低壓配電系統(tǒng)下的應(yīng)用

智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)平臺是一個根據(jù)“低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維場景”為運(yùn)維人員量身打造的監(jiān)控系統(tǒng),在日常工作中協(xié)助運(yùn)維人員管理監(jiān)控設(shè)備,運(yùn)維人員可以通過平臺直觀地看到電站概況和電力監(jiān)控信息。

(1) 電站概況。

通過可視化看板的方式呈現(xiàn)變電站的統(tǒng)計信息:包括用戶名稱、電站容量、電壓等級、安全運(yùn)行天數(shù)、電量總覽、最大負(fù)荷、最大需量、日負(fù)荷曲線、日需量曲線等,讓運(yùn)維人員快速方便地了解到站點(diǎn)的基本運(yùn)行情況,提升了運(yùn)維人員的工作效率。電站概況如圖1所示。

圖1 電站概況

(2) 電力監(jiān)控。

通過組態(tài)圖實時監(jiān)測變電站用電情況,畫面響應(yīng)遙信變位、遙測越限報警,點(diǎn)擊某個配電回路后可以查詢該配電回路的各類詳細(xì)用電參數(shù),包括三相電壓、三相電流、功率、頻率、功率因數(shù)等實時值和歷史數(shù)據(jù),以及設(shè)備的基本信息、缺陷記錄、工單記錄、告警記錄等。

電力監(jiān)控如圖2所示,運(yùn)維人員可以通過此功能在值班室全面了解到站點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行的情況,大大減輕了運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度。設(shè)備運(yùn)行的實時數(shù)據(jù)如果觸發(fā)了告警,頁面會提醒運(yùn)維人員,達(dá)到預(yù)警的效果,運(yùn)維人員可及時定點(diǎn)排查問題。

圖2 電力監(jiān)控

2 傳統(tǒng)組態(tài)的研究與分析

2.1 傳統(tǒng)組態(tài)的使用

組態(tài)圖中呈現(xiàn)了站點(diǎn)下的機(jī)柜、回路以及設(shè)備的一些基本信息和實時遙測等信息,可以通過點(diǎn)擊某個配電回路查詢該配電回路的各類詳細(xì)用電參數(shù)和遙測的歷史數(shù)據(jù),以及四遙的全部信息。通過組態(tài)圖可直觀地監(jiān)測到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),為運(yùn)維人員的工作提供了極大的便利。

智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)平臺雖然使用了在線云組態(tài)技術(shù)[3],省去了用戶安裝傳統(tǒng)組態(tài)軟件的繁瑣,但云組態(tài)技術(shù)采用的是人機(jī)交互的方式。組態(tài)圖的搭建需要在畫布上,通過人工手動拖拽,將實體(機(jī)柜、回路、設(shè)備)對應(yīng)的多個圖標(biāo)拖拽到畫布上,再進(jìn)行手動的挪動、連線、拼接,“組裝”出想要展示的組態(tài)圖,然后對每個實體進(jìn)行數(shù)據(jù)的綁定,設(shè)置對應(yīng)的數(shù)據(jù)源和實體信息,以及文字中動態(tài)顯示的遙測變量信息,最終形成完整的組態(tài)圖。

2.2 傳統(tǒng)組態(tài)的特點(diǎn)

傳統(tǒng)組態(tài)圖的繪制需要畫圖人員對站點(diǎn)下的實體數(shù)據(jù)之間的邏輯與層級關(guān)系有著詳細(xì)的了解,并且要知道每一個電力圖標(biāo)所表達(dá)的意義,同時需要有一定的耐心,因為在圖標(biāo)的拖拽與拼接中要保證線條的完美連接需要反復(fù)調(diào)整。

當(dāng)站點(diǎn)下的實體數(shù)據(jù)過多時,需要綁定的數(shù)據(jù)源信息同樣也是一個很大的工作量,雖說完成后的組態(tài)圖會為運(yùn)維人員帶來極大的方便,但是傳統(tǒng)組態(tài)的畫圖工作也是一個較復(fù)雜的工作,而且人工操作進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定的過程中就有可能存在綁定錯誤,需要反復(fù)地檢查核對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,這些都是傳統(tǒng)組態(tài)的使用上的不便之處。

3 自動化組態(tài)的研發(fā)與應(yīng)用

3.1 自動化組態(tài)的研究意義

如上所述,傳統(tǒng)組態(tài)圖及其配置需要人工的拖拽和配置參數(shù)才能對設(shè)備進(jìn)行實時的監(jiān)控,而且畫圖過程中需要反復(fù)的核對數(shù)據(jù)。為了減輕初始化的準(zhǔn)備工作,提出了自動化生成組態(tài)圖的需求,根據(jù)站點(diǎn)下已知的機(jī)柜、回路和設(shè)備信息,進(jìn)行一鍵生成站點(diǎn)組態(tài)圖的功能,同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綁定,自動生成的組態(tài)圖。這樣既省去了人工的拖拽和繁瑣的綁定工作,提高了工作效率的同時,也確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.2 自動化組態(tài)的實現(xiàn)與應(yīng)用

要想實現(xiàn)自動化組態(tài)[4],就要先研究組態(tài)圖的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)綁定邏輯,對其分步驟展開研究與實現(xiàn)。

(1) 組態(tài)圖的拆分。將站點(diǎn)下的完整組態(tài)圖進(jìn)行拆分,實現(xiàn)從站到機(jī)柜,從機(jī)柜到回路,從回路到設(shè)備的分步拆解,按照不同的機(jī)柜類型獲取到相應(yīng)的組態(tài)圖形,原子圖合集如圖3所示,實現(xiàn)了組態(tài)圖的原子化拆分,對應(yīng)的組態(tài)圖將其稱為原子圖。

圖3 原子圖合集

(2) 原子圖的數(shù)據(jù)處理。將上述原子圖分別導(dǎo)出,然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡,抽取出必要數(shù)據(jù)和固定值數(shù)據(jù),最終獲取到相對應(yīng)的Json數(shù)據(jù),并將原子圖的坐標(biāo)以左上角為基礎(chǔ)歸于原點(diǎn),方便后續(xù)的自動拼接。

(3) 綁定數(shù)據(jù)的獲取。研究組態(tài)圖中的數(shù)據(jù)綁定邏輯,找到原子數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源和實體的對應(yīng)關(guān)系。在平臺上可根據(jù)站點(diǎn)獲取到真實的機(jī)柜、回路以及站點(diǎn)信息,根據(jù)這些數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系和層級關(guān)系,可封裝出組態(tài)圖所需的數(shù)據(jù)源集合和實體信息的集合。

(4) 自動組態(tài)的實現(xiàn)。通過原子拆分和綁定數(shù)據(jù)獲取后的封裝結(jié)果,得到了每個原子數(shù)據(jù)和其對應(yīng)的綁定數(shù)據(jù)信息,最后就是將這些信息自動生成到畫布中去,根據(jù)站點(diǎn)下機(jī)柜、回路和設(shè)備的層級嵌套關(guān)系,依次進(jìn)行原子數(shù)據(jù)的拼接,同時計算并設(shè)置每個原子圖的坐標(biāo)信息。實現(xiàn)最終完整的組態(tài)圖。

(5) 自動組態(tài)的應(yīng)用。在站點(diǎn)列表中添加一鍵生成組態(tài)圖的按鈕,點(diǎn)擊按鈕,傳入站點(diǎn)的ID,便可在后臺自動生成該站點(diǎn)對應(yīng)的組態(tài)圖。只需要一鍵操作,就可自動生成完整的組態(tài)圖,自動組態(tài)如圖4所示,如若對自動化生成的組態(tài)圖的部分細(xì)節(jié)不滿意,只需進(jìn)行簡單的手工調(diào)整。

圖4 自動組態(tài)

3.3 自動化組態(tài)的優(yōu)勢與改進(jìn)

(1) 優(yōu)勢。自動化組態(tài)一定程度上減少了熟悉圖標(biāo)及含義、拖拽畫圖和綁定數(shù)據(jù)的繁瑣工作,節(jié)省了智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維監(jiān)控的前期準(zhǔn)備工作時間,同時也確保了綁定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。使得組態(tài)圖整體看起來更標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范化,可以說自動組態(tài)的一鍵操作實現(xiàn)了傳統(tǒng)組態(tài)80%～90%的工作量。

(2) 改進(jìn)。組態(tài)圖的坐標(biāo)是根據(jù)數(shù)據(jù)的層級嵌套關(guān)系來計算的,存在一定的規(guī)則性,與真實的實體(機(jī)柜、回路、設(shè)備)連接會有一定的出入,后續(xù)的改進(jìn)可以考慮將實體的相對坐標(biāo)和連接關(guān)系融入實體屬性中去,這樣生成的自動組態(tài)圖就能更加貼合配用電應(yīng)用場景下實體的實際連接情況,使得組態(tài)圖的可視化能力更強(qiáng)。

4 結(jié) 語

智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)平臺和自動組態(tài)的功能已經(jīng)切實應(yīng)用到實際的配電站和箱變中,節(jié)省了人力和物力資源的消耗并提高了運(yùn)維的效率。

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邁入快速成長期,電力行業(yè)對于智能運(yùn)維的要求也會越來越高,如何研發(fā)更高效、更全面、更智能的運(yùn)維平臺將是今后努力的方向。智能低壓配電系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)平臺也將在電力行業(yè)為更多的運(yùn)維人員服務(wù)。