電力手持防誤監測系統的設計與實現

任偉建 李昊洋 康朝海

(東北石油大學電氣信息工程學院，黑龍江 大慶 163318)

目前電力系統的防誤監測基本依靠手寫的運行提示,或者是現場人員的電話通知，這就可能造成操作人員沒有按照正規流程操作，也沒有報警提示或語音預報，容易發生安全事故[1]。隨著我國電網規模的不斷擴大，電力調度的工作強度也迅速增加。特別是變電所無人值守以后，電力調度需要適應新的管理模式，掌握更多設備的運行動態，責任更加重大[2]。面對如此繁重的工作壓力，僅靠加強電力調度人員自身的培訓是不夠的，需要采取必要的技術措施來避免誤操作，以消除安全隱患[3，4]。

近幾年，隨著個人數字助理(Personal Digital Assistant，PDA)技術的飛速發展，集成了各種功能的PDA被廣泛應用于交通、電信及醫療等領域，對基于早期PDA技術的各種電力系統的研究也有了初步進展。然而，并沒有完整的基于PDA的電力防誤監測系統，能夠實時解決電力調度人員與變電所操作人員在整個工作過程中的燃眉之急[5]。筆者運用信息化手段和人工智能方法，設計并實現專門為電力行業工作人員量身定制的電力手持防誤監測系統，以期實現變電所防誤操作過程的控制監測、調度與變電所操作人員的實時監控，并規范防誤操作工作流程。

1 電力手持防誤監測系統整體設計①

電力手持防誤監測系統(圖1)由3部分組成：上位機調度管理、數據通信和手持設備終端子系統。上位機調度管理子系統采取B/S模式，包括防誤規則預報、變電所工作票查看及變電所工作進度查看等子系統。應用B/S模式又分為3層：調度管理層——根據調度人員的需求開發為基于瀏覽器的客戶端；Web服務層——接收來自現場工作人員的要求，然后訪問數據服務器層，同時將這些數據傳回給調度管理層進行顯示或其他操作，筆者設計采用ADO.NET或ODBC等方式對用戶所需數據進行存取；數據庫服務器層——各種數據庫服務器。數據通信主要完成PDA與服務器主機之間的數據通信，通信則是通過GPRS網絡實現遠距離或通過Wi-Fi實現近距離局域網內的操作令票下達和現場操作進度回傳。

現場操作員通過PDA獲得由調度人員發出的操作令票，然后執行輸電線路上的操作。由貼在現場設備上的條形碼結合手持設備從數據庫提取信息，完成判斷和防誤提醒的操作，每操作完一步后通過GPRS無線網絡回傳給調度相關信息，如圖2所示。

圖1 電力手持防誤監測系統組成

圖2 手持防誤監測系統操作示意圖

2 系統功能

2.1 手持設備終端子系統

2.1.1條形碼掃描功能

電力手持防誤監測系統是以條形碼為唯一判斷標識進行數據交互，所以條形碼掃描功能為整個系統的核心。條形碼掃描電路采用了Symbol SE950/SE955袖珍型掃描引擎設備，目的是提供更寬的掃描范圍，而不受照明或條碼符號的限制。這樣操作人員可以輕松地獲取安裝在線路操作設備上的條形碼信息。

2.1.2語音提醒功能

防誤系統中除了簡單的文字和圖形防誤提醒以外，還設計了語音提醒功能，通過清晰簡潔的語音提醒可以使得防誤信息準確傳達。在每一臺PDA手持設備的后臺都有一個語音提醒文件夾，文件夾里每一個存儲了操作內容的音頻文件后都同時設置了一個聲音索引，通過對音頻文件的索引就可以讓手持設備方便地進行尋找，從而解決了將不同防誤操作步驟與相應的語音提醒進行匹配的問題。

2.1.3無線通信功能

無線通信功能可以實現電力調度監控中心和變電所工作人員之間的無線通信。電力調度監控中心和變電所工作人員可以相互以短信方式聯系。同時變電所工作人員也可以實時向調度監控中心發送數據，電力調度人員則可以實時監測變電所人員防誤操作流程的進度和準確性。

由于手持設備端沒有固定的IP地址，所以在進行TCP/IP通信編程時，采用先由手持設備端與服務器端建立TCP/IP連接，然后進行通信的方法。結合該系統，在服務器上先打開一個后臺服務程序，服務程序監聽訪問指定端口的遠方手持設備，一旦連接就可以進行數據傳輸，其程序流程如圖3所示。

圖3 手持設備的程序流程

2.1.4手持設備三防功能

由于手持設備是用于野外線路故障檢修的，所以手持設備的三防功能(防水、防塵和防摔)設計就顯得尤為重要。該設計的出發點是通過設計和材料工藝的綜合選用來達到防水、防塵和防摔的目的。其中防水和防塵功能是通過密封處理和特殊材料，采用隔離方式，將水和灰塵阻擋在手持機之外；而防摔功能則是通過設計和材料的選用，來增加手持機的強度和抗摔能力。

2.2 電力調度上位機系統

電力調度上位機系統的主要功能是防誤規則的管理、防誤操作規則流程的實時監控、日常防誤信息、防誤提醒、調度用戶管理和變電所令票管理。由于電力調度上位機系統的功能較多，模塊間的關系也比較復雜，筆者應用模塊化思想從整體到局部對整個系統進行詳細設計。

2.2.1防誤實時監測功能

防誤規則流程實時監測的功能是實現與現場PDA手持器進行遠程數據傳輸，將現場整個防誤規則流程對應的條形碼作為唯一判斷標識信息傳回調度，調度通過判斷條形碼正確與否來判斷現場工作人員的進度，達到實時防誤監測的目的。防誤實時監測功能整體由簡潔明了的文字防誤提醒、簡單易懂的圖形防誤提醒和準確清晰的聲音防誤提醒組成，從而達到及時、準確的防誤提醒監測。

2.2.2日常防誤信息提醒功能

日常防誤信息提醒功能包括故障停電防誤提醒、計劃停電防誤提醒、線路圖更新防誤提醒、下發通知提醒和倒閘操作防誤提醒，每個防誤提醒包括對日常防誤監測內容的添加、修改、刪除、查詢及附件下載等簡單功能。在數據匯總表上有清晰明了的顏色提醒，和簡潔方便的文字規則內容提醒。其查詢功能設計了防誤類型關鍵字查詢、防誤時間點查詢和防誤任務時間段查詢，方便了調度人員的日常防誤操作。

2.2.3后臺接口服務功能

后臺接口服務功能是采用移動中間件技術，實現PDA與上位機服務器的架構橋梁，PDA將現場工作人員掃描條形碼的數據信息通過無線通信傳送到服務器上，信息經過后臺接口服務將其接收并寫入服務器的數據庫，這樣調度操作人員就可以及時看到防誤監測信息。后臺服務工作流程如圖4所示。

3 系統實現

3.1 系統軟件開發與運行環境

電力手持防誤監測系統的軟件是基于.NET平臺開發的，開發工具為Visual Studio 2008，采用C#語言編程。數據庫采用Oracle11g數據庫。服務器端為Windows7系統的PC機，PDA操作系統采用Windows CE6.0。因此，對于智能設備的開發需要搭建PDA的WM5.0開發環境，其他需要在PC服務器安裝的有IIS服務器、上位機所需文件及后臺接收服務文件等。

圖4 后臺服務程序流程

3.2 現場應用

電力手持防誤監測系統已完成了整套系統的設計及其相應的功能模塊，包括手持設備按現場要求完成了GPRS、Wi-Fi通信電路模塊的設計；鍵盤和觸摸屏的設計；條形碼掃描和解碼電路模塊的設計等。在外觀定制上，按照國家有關標準實現了防水、防摔及防塵等要求。在現場環境中進行測試時，根據現場的實際情況調整了掃描光束的持續時間和強度。完成了手持設備嵌入式程序開發。實現了調度端對手持終端的領票發送和數據回傳。針對不同的網絡環境開發了Wi-Fi通信程序和GPRS通信程序。通過對變電所線路狀態轉換的調研，建立了條形碼和與現場線路對應的數據文件系統，以方便維護和修改。實現了條形碼掃描后的邏輯判斷與語音文字和圖形的提醒。通過嚴格的操作流程實現了防誤的目的。完成服務器端后臺程序的開發。由于手持設備硬件條件的限制，通過服務程序的開發來幫助手持設備讀、寫遠程服務器中數據庫中的內容；同時通過服務器程序向手持設備端發送有關的票據信息。

12216#變電柜的中51排干線開關道閘操作的條形碼擺放如圖5所示，變電柜上有若干防誤條形碼，若干條形碼也就代表此變電柜的常規流程操作有若干步驟，只有通過用手持設備對正確流程相對應的條形碼進行掃描才能減少誤操作的可能性。

圖5 開關道閘操作條形碼實際擺放

4 結束語

筆者開發的電力手持預報監測系統，是在移動終端設備上，結合電力業務需求開發的標準化系統。通過分析電力搶修等工作流程，開發出手持預報監測終端；在終端設備中結合WINCE嵌入式技術、無線通信技術和條形碼識別技術，實現手持設備上的操作流程防誤提醒、語音防誤提示、防誤工作票據查詢及防誤操作數據輸出等功能；上位機電力調度軟件系統結合C#語言，利用.NET服務器技術、AJAX異步通信技術和TCP/IP的遠程數據通信技術，實現了日常信息防誤提醒、防誤規則管理、防誤規則流程實時監測及數據傳輸接口等功能。整套系統的實現使得電力系統的工作更加高效，減輕了工作人員的勞動強度、減少了誤操作次數、提高了工作質量，同時加強了安全系數。