電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App的開發(fā)與設(shè)計

張藝玄，王玲芝

(西安郵電大學自動化學院，陜西 西安 710121)

0 引言

電氣設(shè)備的運行維護有兩大類的監(jiān)測方式: 一是離線式監(jiān)測，需要電氣設(shè)備脫離電網(wǎng)，不帶電進行監(jiān)測，對于非樞紐型電氣設(shè)備而言可采用此類監(jiān)測方法進行監(jiān)測; 另一種監(jiān)測方式是電氣設(shè)備的在線監(jiān)測，即在電網(wǎng)中進行監(jiān)測，可帶電進行監(jiān)測，此監(jiān)測方式的弊端是可能會產(chǎn)生微小電磁干擾，導致測量結(jié)果產(chǎn)生偏差[1]。如果電氣設(shè)備長期運行在一個穩(wěn)定的環(huán)境中，那么實時監(jiān)測電氣設(shè)備溫度值也是穩(wěn)定的。當溫度發(fā)生突然的變化時，這意味著電氣設(shè)備可能出現(xiàn)了問題。因此，對電氣設(shè)備進行實時溫度監(jiān)測就可以判斷電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，提前采取預防措施，最大程度保障電力系統(tǒng)可靠運行。

傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測方法需要人工巡檢或安裝溫度傳感器進行數(shù)據(jù)采集，無法實現(xiàn)遠程監(jiān)測和及時預警。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電氣設(shè)備開始引入物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對設(shè)備運行情況的實時監(jiān)測。其中，利用App 實現(xiàn)在線監(jiān)測電氣設(shè)備運行溫度的方法日益受到關(guān)注，該方法具有監(jiān)測精準、實時性強、操作便捷等優(yōu)點[2]。

設(shè)計的電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App 將實時監(jiān)測到的溫度數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)作對比，從而遠距離判斷故障。把電力設(shè)備運行溫度數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)庫，在可移動設(shè)備中安裝電氣設(shè)備溫度在線監(jiān)測App。當出現(xiàn)緊急狀況時，電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App 可以幫助人員隨時查看設(shè)備的運行溫度和狀態(tài)，從而快速查找故障點，減少停電時間和停電范圍，突破時間和空間限制，提高電氣設(shè)備的安全運行水平。

該App 可實時監(jiān)測電氣設(shè)備的溫度并展示歷史數(shù)據(jù)，用戶可通過該App 及時了解設(shè)備運行狀態(tài)，預測設(shè)備維護周期。設(shè)計采用客戶端-服務(wù)器架構(gòu)，客戶端使用HBulider X 進行開發(fā)，數(shù)據(jù)可采用SQL server 進行數(shù)據(jù)庫的連接。設(shè)計的App 與數(shù)據(jù)庫進行連接，直接管理電氣設(shè)備，可以提高電氣設(shè)備運行維護的便捷性。

1 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫與云平臺

1.1 云平臺概念與基本結(jié)構(gòu)

云平臺是一種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的計算和存儲資源的共享平臺，可以提供各種計算、存儲、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)[3]。云平臺的目標是為企業(yè)和個人提供可擴展性、高可用性、靈活性的數(shù)據(jù)服務(wù)，從而降低企業(yè)和個人IT 成本，提高信息化水平[4]。

云平臺的基本結(jié)構(gòu)包括以下三個層次：

1) 基礎(chǔ)設(shè)施層，即云計算基礎(chǔ)設(shè)施，通過虛擬化技術(shù)對物理設(shè)備進行抽象，形成虛擬的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等資源池，提供計算能力和存儲空間等底層基礎(chǔ)技術(shù)支持[5-7]。

2) 平臺服務(wù)層，也稱為中間件層，為上層應(yīng)用提供支持。這一層主要提供各種開發(fā)、管理、分析等服務(wù)，如應(yīng)用開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、消息隊列、緩存、負載均衡等。

3) 應(yīng)用服務(wù)層，是基于云平臺上的應(yīng)用服務(wù)。這一層提供了各種應(yīng)用程序和工具，如軟件運營服務(wù)(SaaS)、在線協(xié)作、電子商務(wù)平臺、物聯(lián)網(wǎng)等，能夠滿足用戶的不同需求，是云平臺的最終目標。

這三個層次相互依存，構(gòu)成了云平臺的完整架構(gòu)。通過云平臺，用戶可以將多種計算、存儲和處理資源池化，實現(xiàn)資源的共享、統(tǒng)一管理和高效利用。同時，云平臺能夠為企業(yè)和個人帶來更高的靈活性和可擴展性，滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。

1.2 云服務(wù)器配置

云服務(wù)器是一種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的計算和存儲資源的共享平臺，可以提供各種計算、存儲、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)。

電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)采用云服務(wù)器的物聯(lián)網(wǎng)測溫技術(shù)，利用傳感器和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對溫度的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，然后通過云服務(wù)器進行數(shù)據(jù)處理和存儲，最后將數(shù)據(jù)傳送至App 上。

在本設(shè)計中，所有數(shù)據(jù)都保存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，每秒從數(shù)據(jù)庫中讀取一次溫度數(shù)據(jù)，傳輸至App 中，因此對云服務(wù)器的傳輸速度要求較高。操作系統(tǒng)選擇適配寶塔linux 面板的Windows Server-wkGc系統(tǒng)，以和數(shù)據(jù)庫達成統(tǒng)一，應(yīng)用2 000 GB 流量包，數(shù)據(jù)流暢傳輸。為保證數(shù)據(jù)傳輸量在服務(wù)器可承受范圍內(nèi)，選擇了四核8 GB 內(nèi)存的云服務(wù)器，云硬盤空間180 GB 保障可以存儲足夠的數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器搭建設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是服務(wù)器的一個重要組成部分，數(shù)據(jù)庫依托服務(wù)器而存在。服務(wù)器可以被視為一臺計算機或硬件設(shè)備，負責處理客戶端請求并管理數(shù)據(jù)庫[8]。

當用戶請求與數(shù)據(jù)庫交互時，會向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器會響應(yīng)并進行必要的查詢、讀取和寫入操作。服務(wù)器將這些操作傳遞給數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫執(zhí)行相應(yīng)的操作，并將結(jié)果返回給服務(wù)器，服務(wù)器最后將結(jié)果反饋給用戶[9-10]。因此，在訪問數(shù)據(jù)庫時，需要使用服務(wù)器作為中介來訪問數(shù)據(jù)庫，以保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。同時，服務(wù)器還扮演著調(diào)度和管理資源的角色，確保系統(tǒng)始終保持高效穩(wěn)定運行。

本設(shè)計使用MySQL 數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)庫下包含三個數(shù)據(jù)表格：用戶信息表，用于登錄界面驗證使用；實時溫度表，產(chǎn)生實時溫度數(shù)據(jù)并傳輸至App 溫度監(jiān)測的位置；超溫報警表，在此表內(nèi)設(shè)置報警溫度，將超過報警溫度的數(shù)據(jù)存放在此表中。

1.4 數(shù)據(jù)庫溫度表單更迭

數(shù)據(jù)庫中可以包含多個數(shù)據(jù)表單。這些表單可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)關(guān)系，進行邏輯上的劃分和組織，以實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)管理。SQL 數(shù)據(jù)表單中存儲的表結(jié)構(gòu)類似于excel 表格，均是行和列的結(jié)構(gòu)，每一行是數(shù)據(jù)表單中的一條記錄，作用為記錄數(shù)據(jù)；每一列是數(shù)據(jù)表單中的項目，它表示了表中存儲的數(shù)據(jù)項目；每一行與每一列的交叉點就是單元格，每個單元格中只能輸入一條記錄[11]。

為實現(xiàn)對有限數(shù)據(jù)進行無限分析，模擬進行實際情況下電氣設(shè)備運行溫度的在線監(jiān)測，需對溫度表單進行增刪改查處理。利用PHP 語言實現(xiàn)插入范圍內(nèi)隨機數(shù)模擬新的溫度數(shù)據(jù)，并將新的數(shù)據(jù)儲存到溫度數(shù)據(jù)表單中。

2 在線監(jiān)測App 的實現(xiàn)

2.1 需求分析

電氣設(shè)備正常運行是保障電網(wǎng)安全運行的必要條件。電氣設(shè)備因其數(shù)量大、使用頻率高的特點，是電網(wǎng)中發(fā)生故障概率最高的環(huán)節(jié)[12]，因此電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App 的設(shè)計就尤為重要。為了保證電網(wǎng)的長期穩(wěn)定運行，電力管理部門需要實時監(jiān)測電氣設(shè)備運行溫度的情況，以判斷電氣設(shè)備的工作情況。

電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)平臺需要能夠?qū)崟r顯示電氣設(shè)備的溫度，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行收集，通過4G/GPRS 通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器進行處理，并在平臺上進行展示，實現(xiàn)對電氣設(shè)備運行溫度的遠程實時監(jiān)測[13]。電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App 的主要任務(wù)是實時溫度監(jiān)測，超溫報警，歷史溫度曲線、歷史數(shù)據(jù)查詢等[14]。

電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App 的設(shè)計具體功能如下：

1) 登錄個人信息查詢數(shù)據(jù)。電氣設(shè)備運行情況屬于電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，并未向社會面公開，所以需要進行身份驗證，通過身份核驗的使用者可訪問查詢數(shù)據(jù)。

2) 遠程實時監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化。通過App 進行數(shù)據(jù)訪問，可以查看對應(yīng)電氣設(shè)備具體溫度數(shù)據(jù)并滿足監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的即時查詢需求，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測，為運維人員判斷電氣設(shè)備的故障提供數(shù)據(jù)支持。

3) 歷史數(shù)據(jù)的存儲、查詢和管理。將數(shù)據(jù)存放進數(shù)據(jù)庫中，進行高效的存儲和管理，可以按照指定查詢時間范圍查看和統(tǒng)計查詢歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便運維人員對電氣設(shè)備的歷史運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行分析。

4) 報警處理。通過對以往數(shù)據(jù)的分析，設(shè)定電氣設(shè)備正常運行下溫度閾值(如40 ℃)。當電氣設(shè)備運行溫度超過該閾值時，判定為故障，向管理者發(fā)出警報[15]。

5) 超溫數(shù)據(jù)分析。將所有報警的信息做統(tǒng)計，集中在數(shù)據(jù)表中，便于管理者集中分析電氣設(shè)備運行中出現(xiàn)的故障。

6) 低成本、靈活便捷、穩(wěn)定運行。降低監(jiān)測平臺的建設(shè)成本，減少平臺的維護工作，確保App能穩(wěn)定地運行。

基于以上分析，電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App 應(yīng)全天候?qū)崟r在線對電氣設(shè)備進行監(jiān)測，并且具有數(shù)據(jù)接收解析、實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查詢、超溫數(shù)據(jù)分析、報警處理等基本功能。通過對電氣設(shè)備溫度的對標分析找到電氣設(shè)備的易壞點，實現(xiàn)精確化、智能化的管理，減少巡檢人員工作強度，保障電網(wǎng)的運行可靠。

2.2 利用HBuilder X 生成App

HBuilder X 是一個專門用于開發(fā)跨平臺hybrid 應(yīng)用的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，支持多個平臺的應(yīng)用開發(fā)，包括iOS、Android 等。下面是生成App 的步驟：

1) 安裝HBuilder X。在官網(wǎng)上下載并安裝HBuilder X 開發(fā)環(huán)境。

2) 選擇創(chuàng)建項目。在HBuilder X 界面中，選擇“ 新建” →“ HTML5+移動應(yīng)用” →“ 創(chuàng)建” ，然后選擇要構(gòu)建的模板。

3) 選擇應(yīng)用端類型。在創(chuàng)建應(yīng)用的過程中，可以選擇應(yīng)用的移動設(shè)備平臺：iOS、Android 和H5。如果希望應(yīng)用能夠運行在多個移動設(shè)備平臺上，則需要選擇“ 多端類型” 。

4) 設(shè)計界面。在所選的頁面模板上進行設(shè)計，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如顏色、布局、文本內(nèi)容等[16]。

5) 編寫代碼。在HBuilder X 中，可以使用HTML、CSS、JavaScript 等編寫程序代碼，并實現(xiàn)各種功能。此外，在編寫代碼之前，需要了解相應(yīng)的開發(fā)技術(shù)和語言，例如Vue.js 框架、React 框架等等。

6) 預覽與測試。在HBuilder X的預覽窗口中，可以預覽App 的效果，并對其進行測試和調(diào)試。

7) 打包發(fā)布。完成設(shè)計和編碼后，需要將應(yīng)用打包發(fā)布到相關(guān)的市場或商店，以供用戶下載和使用。在HBuilder X 中，可以制作出用于iOS 和Android 應(yīng)用商店的APK、IPA 等。

為實現(xiàn)電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App 的設(shè)計，實現(xiàn)要求的效果圖，利用Vue.js 框架書寫了三種頁面，以登錄頁面為主頁面。這種登錄方式確保了先登錄才能查看數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的安全可靠，后續(xù)子界面為數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)中心。JavaScript 是一種高級編程語言，主要用于創(chuàng)建交互式Web 頁面和應(yīng)用程序。它是一種解釋性語言，意味著代碼可以直接在瀏覽器中運行，而不需要先編譯成機器碼。JavaScript 可以被用于創(chuàng)建動態(tài)效果、處理用戶輸入以及與服務(wù)器進行通信等等。隨著Web技術(shù)的發(fā)展，JavaScript 已經(jīng)成為了Web 前端開發(fā)不可或缺的技術(shù)之一。本課題設(shè)計的App 利用JavaScript 實現(xiàn)了前文所述App 功能需求，實現(xiàn)步驟如下：

1) 利用JavaScript 設(shè)計登錄頁面，主要內(nèi)容有設(shè)計登錄按鈕以及用戶名密碼的設(shè)計。將用戶名與密碼內(nèi)置于數(shù)據(jù)庫中，在登錄時核對是否一致，一致則允許登錄，反之則拒絕登錄，以保障數(shù)據(jù)的安全可靠。

2) 利用JavaScript 設(shè)計數(shù)據(jù)監(jiān)測中心，是重點顯示監(jiān)測頁面，實時數(shù)據(jù)在此頁面顯示，將數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)每一秒生成一個，傳輸至App 頁面內(nèi)，以圓形圖的形式直觀明了地展示，讓管理者直觀感受溫度的變化情況。

3) 利用JavaScript 設(shè)計數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心有歷史溫度表單，有報警溫度的設(shè)計以及超溫報警溫度的記錄，是管理檢修的必備部分，超溫報警記錄表可以幫助檢修人員觀察以往工作情況，具有重大的意義。

4) 利用JavaScript 設(shè)計超溫報警，對采集到的數(shù)據(jù)進行判斷，超過一定溫度(如40 ℃)的數(shù)據(jù)即認為需要檢修，此時報警以提示操作員。在監(jiān)測到超溫數(shù)據(jù)后，報警鈴聲響起。

2.3 App 與數(shù)據(jù)庫連接

Uni App 作為一個跨平臺應(yīng)用開發(fā)框架，可以連接各種類型的數(shù)據(jù)庫，以下是幾種常見的數(shù)據(jù)庫連接方式：

1) 使用RESTful API 接口：在服務(wù)端編寫RESTful API 接口，客戶端通過HTTP 請求調(diào)用接口，獲取或提交數(shù)據(jù)。

2) 使用ORM 框架：ORM (Object-Relational MApping)框架將數(shù)據(jù)庫表映射為對象，提供簡單的API 讓開發(fā)人員進行增刪改查等操作。常用的ORM 框架有Hibernate、My Batis、Sequelize 等。

3) 使用云數(shù)據(jù)庫：多家云服務(wù)商提供了完全托管的云數(shù)據(jù)庫服務(wù)，通常使用SQL 數(shù)據(jù)庫(如MongoDB、Redis 等)，具有高可用性、高擴展性和高安全性。

4) H5App 可以使用HTTP 協(xié)議的POST 和GET 方法來向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求。

不同的數(shù)據(jù)庫連接方式適合不同的場景，開發(fā)人員需根據(jù)業(yè)務(wù)需求做出選擇。

采用HTTP 協(xié)議的POST 和GET 方法來向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，以寶塔Linux 面板為載體，提供網(wǎng)頁用以訪問數(shù)據(jù)。

寶塔Linux 面板是一款簡單易用的服務(wù)器管理面板，它支持與各種數(shù)據(jù)庫進行連接和管理。對服務(wù)器資源消耗較低，不影響服務(wù)器的正常運行。寶塔Linux 面板提供了豐富的管理功能，包括網(wǎng)站管理、數(shù)據(jù)庫管理、FTP 管理、文件管理、備份管理、SSL 證書管理等，可滿足大部分服務(wù)器管理需求。確保在設(shè)置數(shù)據(jù)庫連接時，使用正確的服務(wù)器名、端口號、數(shù)據(jù)庫用戶名和密碼等信息即可將數(shù)據(jù)庫與App 相互連接。

3 電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測App 的測試

該設(shè)計的App 利用JavaScript 實現(xiàn)了前文所述App 功能需求。

為保證數(shù)據(jù)的私密性，登錄失敗提示用戶名密碼錯誤，仍然在登錄頁面不跳轉(zhuǎn)到子界面。登錄成功則直接進入實時監(jiān)測界面，測溫數(shù)據(jù)實時呈現(xiàn)。

通過調(diào)整表單參數(shù)可更改報警溫度限值，本文設(shè)計的App 以40 ℃為例。在App 內(nèi)設(shè)置歷史溫度記錄按鈕，可顯示最近20 條的歷史溫度記錄。在App 內(nèi)設(shè)置超溫報警按鈕將超過警戒值的溫度與發(fā)生時間作記錄，便于管理員檢修與分析。

經(jīng)PC 端與手機移動端測試，本文設(shè)計的App功能完備，運行狀況穩(wěn)定，人機交互性能良好，滿足工程使用需求。

4 結(jié)論

基于電氣設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)了一款易用、高效、可靠的App 應(yīng)用。通過對模擬溫度數(shù)據(jù)進行分析并具象化展示，設(shè)備用戶可以及時了解設(shè)備的運行狀態(tài)，有效預防設(shè)備故障和事故的發(fā)生。

未來將繼續(xù)探索電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)，包括不僅限于設(shè)備溫度的監(jiān)測，更多參數(shù)和指標的監(jiān)測，如設(shè)備振動、聲音等。同時，也將提高App 的智能化水平，嘗試引入人工智能和大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)，為用戶提供更為精準、個性化的設(shè)備監(jiān)控服務(wù)。相信在不斷的努力與創(chuàng)新下，電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)將會得到更廣泛的應(yīng)用，更好地幫助用戶保障工程安全和經(jīng)濟效益的達成。