安全工器具檢測智慧試驗室設(shè)計與實現(xiàn)

陳 鵬,李 銳

（1.安徽南瑞繼遠電網(wǎng)技術(shù)有限公司,安徽 合肥 230088; 2.國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司,江蘇 南京 211106）

0 引言

為保障電網(wǎng)運行的安全與穩(wěn)定，電力設(shè)施維護人員需要定期對線路和設(shè)備進行維護和檢修，其間離不開電力工器具的使用。由于電力維護工作涉及高空、高壓，電力相關(guān)工器具在實際使用中會與高壓線路接觸，承受較大的拉力、壓力。因此，工器具是否符合質(zhì)量要求直接關(guān)系到作業(yè)人員的安全以及維護和檢修工作的質(zhì)量。電力工器具會隨著使用逐漸出現(xiàn)磨損、疲勞和老化，因此需要定期對其外觀、機械強度、絕緣等性能進行試驗和檢測，幫助工作人員找出工器具的受損部位或薄弱位置，以消除潛在風(fēng)險。

傳統(tǒng)的電力安全工器具檢測存在一系列問題，如：資源利用欠合理，試驗室人員工作效率不夠高；試驗室人員手工操作、人為干預(yù)過多，導(dǎo)致檢驗數(shù)據(jù)因人為因素出現(xiàn)錯誤；質(zhì)量管理欠規(guī)范，操作過程存在一定的隨意性；實驗數(shù)據(jù)的跟蹤溯源存在困難等問題。建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的安全工器具智慧試驗室，開發(fā)智慧檢測與管理系統(tǒng)可以克服傳統(tǒng)檢測方式中存在的問題，實現(xiàn)檢測過程自動化、檢測方式智能化、檢測結(jié)果數(shù)字化、數(shù)據(jù)傳遞無紙化。

1 場地布局規(guī)劃

根據(jù)安全工器具試驗室的功能需求可規(guī)劃為7 個大區(qū)域：辦公區(qū)、力學(xué)試驗區(qū)、沖擊試驗區(qū)、電氣試驗區(qū)（一）、電氣試驗區(qū)（二）、試品存放區(qū)和預(yù)留試驗區(qū)，如表1 所示。

表1 試驗區(qū)域規(guī)劃表

安全工器具試驗室相應(yīng)的建設(shè)要求如下。

（1）試驗室接地要求：整體分為高壓接地和低壓接地，這兩個接地需要分開，高壓接地要求接地電阻＜0.5 Ω；低壓接地要求接地電阻＜2.5 Ω。電氣試驗設(shè)備和試品上所有的接地線應(yīng)滿足試驗要求，接地線采用多股編織裸銅線或外覆透明絕緣層銅質(zhì)軟絞線或銅帶，接地線截面要滿足試驗要求，但不得小于4 mm2。電氣試驗設(shè)備的接地點與試品的接地點之間應(yīng)有可靠的金屬性連接，試驗區(qū)內(nèi)所有的金屬構(gòu)架、固定的金屬安全屏蔽遮攔均必須與接地網(wǎng)有牢固可靠的連接。

（2）試驗室電源要求：每個獨立區(qū)域需要安裝單獨的電源分支箱，對應(yīng)區(qū)域的電源插座由該區(qū)域的分支箱經(jīng)空開單獨引出。220 V 電源安裝10 A 五孔插座，布線2.5 mm2；380 V 電源安裝15 A 四孔插座，布線4 mm2，所有電源不得使用漏保。

（3）試驗室安全配置要求：電氣試驗區(qū)保持清潔、光線充足、通風(fēng)良好。通往試驗區(qū)的入口與試驗電源配連鎖裝置，當(dāng)入口被打開或有人員闖入時，發(fā)出報警信號，并使試驗電源跳閘。試驗區(qū)配電源開關(guān)緊急按鈕，以便發(fā)生危急情況時可迅速切斷電源。

（4）試驗室力學(xué)試驗區(qū)要求：根據(jù)工器具試驗方法要求，配置專用靜負荷試驗機，以及通用性立式、臥式拉力機，靜負荷試驗機力值測量準確度應(yīng)不低于1 級。

（5）試驗室水源要求：試驗區(qū)需要具備進水管和排水管，出水口安裝手控閥門。進水管出水端為4 分管，離地高度600 mm；排水管出水端為6 分管，離地高度不高于100 mm。

2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

安全工器具智慧檢測與管理系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三部分組成，其中應(yīng)用層分為本地應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如圖1 所示。

圖1 智慧檢測與管理系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 感知層

感知層是系統(tǒng)的底層組成部分，由具有感知、檢測、識別、控制和執(zhí)行等功能的多種設(shè)備和傳感器組成，主要負責(zé)采集被檢測工器具的性能參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，該層通常包括以下三類組件：

（1）力學(xué)類檢測設(shè)備：包括臥式拉力試驗機、安全帽試驗機、安全帶靜載試驗機、動態(tài)彎曲試驗機、便攜式伺服加載裝置、材料試驗機等。

（2）電氣類檢測設(shè)備：包括耐壓綜合試驗系統(tǒng)、絕緣桿試驗裝置、絕緣繩試驗裝置、接地電阻測量儀、絕緣手套耐壓系統(tǒng)、驗電器試驗裝置等。

（3）安防與環(huán)境監(jiān)控：包括視頻與聲音識別系統(tǒng)、室內(nèi)定位裝置、溫濕度傳感器、有害氣體檢測傳感器、智能門禁系統(tǒng)以及其他多種傳感器。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)將感知層采集到的被測工器具數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，以便進行分析和處理，該層通常包括以下組件：

（1）傳輸協(xié)議：定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶鸵?guī)則。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備：包括路由器、交換機、無線接入點等，用于構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，連接感知層和應(yīng)用層。

（3）防火墻設(shè)備：幫助系統(tǒng)構(gòu)建內(nèi)、外網(wǎng)之間相對隔絕的保護屏障，及時發(fā)現(xiàn)并處理網(wǎng)絡(luò)運行時可能存在的安全風(fēng)險、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐栴}，以保護用戶資料與信息的安全。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層的功能是對感知層采集的數(shù)據(jù)進行計算、處理和挖掘，實現(xiàn)對試驗室的實時控制、精準管理和科學(xué)決策，同時也為用戶提供接口。根據(jù)區(qū)域范圍的不同系統(tǒng)提供了本地應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

（1）本地應(yīng)用：硬件包括服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲器、交互大屏、各類終端等，部署有試驗室三維管控系統(tǒng)、試驗室信息管理系統(tǒng)和試驗室數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，用于存儲感知層采集的檢測數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)，并運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時或離線的分析和處理，實現(xiàn)對工器具檢驗流程和試驗室的科學(xué)管理。

（2）互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：為上級管理部門、檢測分中心、移動檢測車、質(zhì)量與監(jiān)督部門以及各類移動用戶提供遠程服務(wù)，根據(jù)用戶不同權(quán)限可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的有限訪問。

3 系統(tǒng)功能與實現(xiàn)

安全工器具檢測智慧試驗室的管理系統(tǒng)包括本地應(yīng)用和移動端應(yīng)用兩部分，在移動端可實現(xiàn)：在線委托、進度查詢、報告查詢、合格證查詢、服務(wù)項目、客戶問題反饋等功能。下面重點介紹本地應(yīng)用的智能試驗室信息管理系統(tǒng)和智慧試驗室三維管控系統(tǒng)。

3.1 智能試驗室信息管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過自動化檢測管理來滿足檢測中心體系要素，包括：數(shù)據(jù)、人員、儀器設(shè)備、樣品、文件、標準、客戶、服務(wù)、質(zhì)量等，實現(xiàn)從樣品采集到檢測結(jié)束的全過程監(jiān)測，實現(xiàn)試驗室檢測設(shè)備、環(huán)境控制設(shè)備、安全監(jiān)控設(shè)備、信息輸入輸出設(shè)備有效連接，實時了解試驗室檢測工作完成狀況，并及時處理異常情況，跟蹤了解人員的工作痕跡，做到有據(jù)可查，責(zé)任到人，確保每一個工作步驟按照標準流程進行，每一項檢測任務(wù)符合質(zhì)量規(guī)范完成。該系統(tǒng)主要包括以下功能模塊：

（1）合同管理模塊。主要功能為：合同信息登記，支持合同自動編號、手工編號以及編號規(guī)則定義，可自動防止重號、跳號；可通過定義打印模板實現(xiàn)對各類表單的打??；可對合同狀態(tài)、進度進行監(jiān)控，實現(xiàn)業(yè)務(wù)預(yù)警提示；具有智能記憶、快速搜索功能；具有合同相關(guān)附件管理功能。

（2）樣品管理模塊。主要功能為：樣品信息登記，提供樣品信息編輯界面；支持樣品自動編號、手工編號以及編號規(guī)則定義，可自動防止重號、跳號；支持二維碼標簽打?。豢蓪悠窢顟B(tài)、進度進行監(jiān)控；具有樣品信息復(fù)制、批量錄入、批量編輯功能；具有樣品相關(guān)附件管理功能。

（3）報告管理模塊。主要功能為：支持報告自動編號、手工編號以及編號規(guī)則定義，可自動防止重號、跳號；可定義多種報告模板，實現(xiàn)報告全自動編制（支持Excel 等格式）；支持網(wǎng)上瀏覽、網(wǎng)上審批，以及報告編制、審批歷史記錄查詢、報告批量打印；支持電子簽名、電子印章、防偽水印，以及報告領(lǐng)取、發(fā)送記錄管理。

（4）標準管理模塊。主要功能為：支持對產(chǎn)品標準中檢測項目、檢測指標、方法標準及標準值的管理；具有對標準的自定義分類管理功能；支持對電子版標準文件的管理；支持檢測項目與檢測方法的多種對應(yīng)關(guān)系；提供對標準的替換、作廢功能。

（5）人員管理模塊。主要功能為：提供人員檔案編輯界面，支持人員基本信息管理和人員資質(zhì)管理。

（6）查詢管理模塊。主要功能為：可對包括合同、樣品、報告、檢測項目、費用等各類數(shù)據(jù)對象自定義查詢條件，具有模糊查詢、精確查詢等功能，查詢結(jié)果可按Excel 格式導(dǎo)出。

（7）權(quán)限管理模塊。主要功能為：支持權(quán)限的可視化勾選設(shè)置，可進行靈活權(quán)限定義和權(quán)限管理。

（8）系統(tǒng)參數(shù)管理模塊。主要功能為：提供開放式的參數(shù)定義界面，可實現(xiàn)各模塊參數(shù)的集中管理，如：頁面顯示內(nèi)容、打印模板、編號規(guī)則、分工策略、收費相關(guān)參數(shù)等。

（9）系統(tǒng)備份模塊。主要功能為：數(shù)據(jù)庫文件、程序文件、數(shù)據(jù)文件的自動定時備份。

（10）設(shè)備管理模塊。主要功能為：提供設(shè)備臺賬管理，支持設(shè)備的分類管理，具有設(shè)備圖片上傳、設(shè)備檢定/校準、期間核查、維修時間等管理及預(yù)警功能；提供設(shè)備狀態(tài)、日志的管理；支持設(shè)備附件的上傳。

（11）樣品庫存管理模塊。主要功能為：支持對收樣入庫、檢驗員領(lǐng)樣、分樣、檢驗員還樣、歸還客戶、損耗登記等操作的管理；支持樣品與庫存信息自動關(guān)聯(lián)；具有樣品領(lǐng)用清單的打印，以及對樣品檢后處理方式的管理功能。

（12）客戶管理模塊。主要功能為：提供客戶檔案信息的管理，支持客戶分類管理，包括客戶聯(lián)系方式管理、客戶歷史業(yè)務(wù)管理等。

（13）二維碼模塊。主要功能為：支持報告打印二維碼，報告二維碼防偽查詢，以及樣品標簽打印二維碼等。

（14）外網(wǎng)查詢模塊。主要功能為：支持客戶遠程查詢報告，以及客戶遠程查詢業(yè)務(wù)進度。

（15）微信對外服務(wù)模塊。主要功能為：支持檢測進度查詢和檢測報告查詢等。

（16）大屏顯示功能模塊。主要功能為：支持試驗室基本情況、業(yè)務(wù)范圍、設(shè)備狀態(tài)、任務(wù)情況等信息的展示；支持宣傳圖片的上傳及播放，可滾動字幕播放和翻頁播放。

3.2 智慧試驗室三維管控系統(tǒng)

檢測試驗室通常場地較大，設(shè)備類型多，在CNAS認可準則的CL11 條款中明確規(guī)定需要對試驗室的環(huán)境條件進行監(jiān)測，對設(shè)備電源質(zhì)量進行記錄，試驗時要確保設(shè)備接地狀況良好。為更好地進行試驗室管理以及滿足試驗、安全的規(guī)范要求，該智慧試驗室配置有三維管控系統(tǒng)，其主要功能模塊包括：管控軟件、大屏顯示、檢測設(shè)備狀態(tài)、安全防護預(yù)警、試驗室環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)測、人員定位與貴重樣品和儀器定位等，具體功能如下：

管控軟件：對采集信息進行分析、判斷、統(tǒng)計，并以各類圖表形式展示，全面掌握動態(tài)信息，實現(xiàn)對試驗室的監(jiān)測和數(shù)據(jù)存儲。

檢測設(shè)備狀態(tài)顯示：顯示主要檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，檢測設(shè)備的故障報警、檢測設(shè)備的位置信息等。

安全防護預(yù)警：管控系統(tǒng)實時監(jiān)測傳感器采集的安全防護數(shù)據(jù)，當(dāng)某一數(shù)據(jù)超過設(shè)定閾值時，可立即在大屏顯示報警信息，并將該信息同步發(fā)送到相關(guān)管理人員手機上。

環(huán)境監(jiān)控：實時采集室內(nèi)的溫度、濕度、空氣質(zhì)量等環(huán)境參數(shù)，并數(shù)據(jù)進行過濾、校驗和處理，同時根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，對試驗室內(nèi)的空調(diào)、加濕器、除塵設(shè)備等進行控制和管理使室內(nèi)環(huán)境條件滿足試驗要求。

視頻監(jiān)測：由攝像、傳輸、存儲、控制、顯示五部分組成，視頻設(shè)備采集的圖像、聲音、報警等全部信息能在監(jiān)控管理平臺的顯示設(shè)備上多方式實時顯示，能體現(xiàn)監(jiān)控信息與其物理位置的對應(yīng)關(guān)系，并具有可追溯功能。

室內(nèi)定位：采用室內(nèi)定位技術(shù)，實時精確地定位試驗人員、樣品、設(shè)備的位置，實時將人、物的位置信息顯示在監(jiān)測大屏上，進行安全區(qū)域管控、人員在崗監(jiān)控、樣品實時軌跡監(jiān)控。定位精度達到10 cm 級，極大提高了試驗室的管理水平。

4 結(jié)束語

安全是電力企業(yè)的第一生命線，電力安全工器具是保障電力生產(chǎn)安全的重要基礎(chǔ)。通過開展電力安全工器具試驗，能夠進一步保障電力安全工器具的質(zhì)量，為電力工作人員的作業(yè)安全提供更好的保障[1]。安全工器具智慧試驗室管控系統(tǒng)將人員、設(shè)備、材料、實驗等要素結(jié)合，將各業(yè)務(wù)流程有機統(tǒng)一，從軟件、硬件、基礎(chǔ)設(shè)施等方面實現(xiàn)全方位管理。通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，使得試驗數(shù)據(jù)、設(shè)備管理數(shù)據(jù)、材料管理數(shù)據(jù)等實現(xiàn)由人工紙質(zhì)記錄到無紙化線上錄入的轉(zhuǎn)變，對影響檢測數(shù)據(jù)和質(zhì)量的關(guān)鍵因素進行嚴格管理和控制，使之符合試驗室標準化管理規(guī)范要求，保證了試驗檢測的真實性、規(guī)范性和可溯性，達到提高試驗室分析檢測水平、確保檢測數(shù)據(jù)準確可靠、提高設(shè)備利用率、控制和降低實驗成本、完善試驗室質(zhì)量管理體系之目的，切實提高了試驗室的信息化水平[2]。