移動作業與紅外熱像一體化平臺

杜強 劉凱 吳強 張利群 宋士賢 仲浩

(國網山東省電力公司,山東濟南 250001)

移動作業與紅外熱像一體化平臺

杜強 劉凱 吳強 張利群 宋士賢 仲浩

(國網山東省電力公司,山東濟南 250001)

移動作業與紅外熱像一體化平臺,主要是對斷路器、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導線、絕緣子串、組合電器、低壓電器、二次回路等電器設備,通過紅外熱像技術,借助于移動作業平臺,將采集的設備溫度數據實時傳入生產管理業務系統。本文簡要介紹了該系統平臺的設計方案、設計原則和解決的關鍵問題。

移動作業 紅外熱像

1 概述

隨著現代紅外技術的不斷成熟和日臻完善,紅外診斷技術使用,已成為電力行業狀態檢驗的有效手段。電力系統的設備,都與熱有著密不可分的聯系,從安全經濟觀點出發,進行設備熱狀態的在線監測,是至關重要的。紅外非接觸測溫技術正好滿足了電力生產設備在高溫、高壓、高速旋轉、高電壓、大電流運行狀態下的測溫要求。由于紅外診斷技術在準確判斷設備故障、有效降低維修費用和保障安全可靠供電方面往往有著立桿見影的功效,所以它在電力系統中得到了很廣泛的應用。紅外診斷技術也成為了電氣設備可靠性分析、故障預測和改革維修制度的有力工具。

PMS生產管理系統經過幾年的建設,基本覆蓋了覆蓋輸、變、配等專業的臺賬、缺陷、運行、檢修、兩票等基礎功能,大修技改、狀態檢修、配網工程、輸電GIS等業務功能模塊。實現了生產流程全程管控,生產業務全面覆蓋,生產人員全員應用,系統應用水平得到全面提升,通過了國網實用化評價驗收。但是PMS系統作為一套覆蓋電力生產各個環節的管理系統,在電力工作現場卻無法發揮作用,現場工作的工作記錄、缺陷、工作票填寫內容等都需要記錄后回辦公室再補充至PMS系統,不但工作實時性無法保證,也加大了工作量,最關鍵的,工作現場的第一手數據無法準確、實時的傳送至管理層。移動作業系統的就要就是為了把PMS的工作現場從辦公室延伸至電力工作現場,工作任務分派、工作票執行等工作信息實時的發送到現場工作人員手中,并將工作狀態、完成情況及現場工作環境情況實時傳送至管理人員手中,以便管理人員及時作出任務調整及工作安培,徹底改變了目前分工、工作、匯報、再分工的工作機制,做到管理人員與工作現場的緊密結合,節省大量的溝通時間進一步提高工作效率。特別是紅外測溫的開展,移動作業的應用非常重要,因為紅外測溫的設備范圍、測量數據量非常大,如果依賴人員從紅外熱像設備讀取數據,手動的輸入生產管理系統,工作量非常大,數據的準確性、及時性都能保障。

圖1

圖2

只有通過移動作業這個“橋梁”,打通紅外熱像儀與生產管理系統的通道。通過自動化技術,將紅外測溫數據,實時的傳入生產管理業務系統,滿足各管理需要,保證數據的準確性、完整性及時性,同時也大大節省用戶工作量,提升了工作效率、提高了工作質量。

圖3

2 總體設計思路及原則

本系統平臺參考了電力系統安全接入管理規范、紅外熱像技術、生產管理系統建設要求、移動作業平臺等相關技術規范,采用國內外先進技術,滿足紅外熱像測溫要求,安全及信息接入規范。系統包括紅外熱像、移動作業、設備識別、安全接入四部分內容,各個部分相對獨立,每部分可以自成系統,均可視作“移動作業與紅外熱像一體化平臺”的子系統。系統平臺所涉及的系統配置方案、技術性能指標、通訊網架結構等完全滿足相關規范,保證平臺監控、管理功能的實現,并滿足設備擴容及系統功能擴展的要求。

2.1 高安全性原則

在電力系統數據安全是非常重要的,如何將外網數據進入內網,如何保證移動終端的數據不流失等等。保證數據安全的措施、方法及技術手段都有充分考慮。同時平臺故障的隔離和排除提供快捷的技術手段。平臺的重要單元或單元的重要部件應為冗余配置,保證整個系統功能的可用性不受單個故障的影響。

系統平臺所選的硬件設備應符合現代工業標準,在國際移動終端、熱像儀硬件領域占主流的標準產品,所有設備具有可靠的質量保證和完善的售后服務保證。各廠家的軟、硬件產品應遵循共同的國際或國內標準,以保證不同產品組合一起能可靠地協調工作,具有方便可靠的備份與恢復整體解決方案。

2.2 可擴展性原則

系統平臺須具有很好的軟、硬件擴充能力,包括可接入不同的紅外熱像儀、增加新軟件功能和系統容量可擴充(包括可接入的設備數量、臺賬信息等),不應該有設計容量上的限制,從而能使系統可以整體設計、分步建設投運、逐步擴充、逐步升級,以滿足實際情況不斷發展的要求。

具備開放性、構件化的系統架構平臺,以利于在架構之上,進行開發和實施,便于維護人員和軟件人員進行維護和二次開發。

2.3 可追溯性原則

系統平臺具備完整的設備參數記錄、測量記錄等數據的存儲功能,一旦出現問題可以迅速追溯原因。要求系統不但能正確在線實時傳輸測量數據,同時也可以支持離線導入等相關要求。

2.4 易操作性原則

系統平臺人機界面操作簡單明了,易于掌握,反映迅速。采用分布式的模塊化設計,確保單一模塊故障不會影響模塊正常運行,維修方便。

3 系統設計方案

3.1 平臺基本功能

本系統平臺主要功能是對斷路器、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導線、絕緣子串、組合電器、低壓電器、二次回路等電器設備進行紅外測溫數據,通過設備識別模塊來解決測量數據與設備臺賬建立關聯關系,通過移動終端實時與生產管理系統進行通信。移動終端與生產管理系統的通信必須滿足電網安全接入管理要求。

3.2 總體功能架構

從功能角度移動作業與紅外熱像一體化平臺的整體功能架構分為兩層,移動作業主站與移動作業設備。

移動作業主站以移動作業平臺為核心,生產管理系統為數據支持,承擔人員權限管理、任務管理、設備管理、數據抽取及保存等管理功能。

移動終端由多種工業智能手持設備、紅外熱像儀構成,承擔任務解析與執行、工作記錄、數據加密、設備識別、紅外熱像采集等業務功能,結構如圖1所示。

3.3 功能模塊

3.3.1 移動作業主站主要功能

(1)任務發布與監督管理。在移動作業主站中選擇一系列的紅外測溫工作任務,如:變電巡視、線路巡視、站房巡視等工作等,指定工作設備、工作人員,生成待處理任務。

工作相關的設備數據、銘牌信息、相關設備的工作情況均自動打包下載至移動作業終端。

對于已經下發的工作任務,在生產管理系統端可以從工作完成情況、設備使用情況兩個方面監督當前工作的完成情況。工作任務方面,可以查看當前人員實時回傳的測溫記錄、進行過的查詢信息,設備使用方面,可以通過GIS平臺查看設備運行軌跡及當前位置。通過兩方面在總體上把握各個工作組的工作情況。

(2)歷史工作查詢。每次移動任務下發后,原始下發數據、查詢數據、回填工作數據、工作位置、工作人員信息等都會以歷史版本的形態保留,存檔時間通過移動作業平臺配置系統可根據需要進行調整。可根據工作班組、人員,時間段,電力設備幾個角度單獨或組合查詢歷史工作任務。

(3)終端設備管理。在生產管理系統中,建設相應的移動作業設備管理模塊,針對各個設備當前的設備工作情況,工作任務情況,設備、人員的配備情況等進行逐一監控,并可以遠程針對某臺設備進行任務終止、數據鎖定、數據清除等一系列的數據安全保護工作。

3.3.2 移動終端主要功能

(1)任務接收與執行。在移動作業終端接收到主站下發的任務后,根據指定工作設備,根據紅外測溫管理要求,開始進行紅外測溫工作。如果測量過程中發現異常,通過缺陷管理模塊,填報相關缺陷記錄。

(2)到位監督管理。根據移動終端的GPS功能,可以對終端到達的位置進行軌跡回放,定位召喚。對紅外測溫工作任務管理,達到了很好的監控管理手段。

(3)設備信息及歷史查詢。在移動終端可以對工作任務范圍內的設備的臺賬信息、工作任務信息、測溫記錄等信息進行查詢。

3.3.3 設備識別

通過紅外線識別條形碼技術,將現場的設備編碼與生產管理關系的編碼建立對應關系。在紅外識別條形碼獲取到設備的條碼之后,終端服務模塊通過訪問數據接口得到現場設備編碼,然后在終端數據庫檢索生產管理系統的設備編碼,找到生產管理系統對應的設備編碼。設備識別為紅外熱像測量記錄做好設備信息對應關系。

3.3.4 紅外熱像

通過紅外熱像技術,測量設備溫度,借助設備識別功能將測量記錄與生產管理系統設備建立關聯關系。通過移動終端,將測量數據實時傳入生產管理系統,實現了從測量記錄獲取、設備識別、數據傳輸自動化服務,并且保證了數據獲取的及時性、完整性、正確性。并且大大提高了工作效率。紅外熱像圖如圖2。

3.4 技術架構

3.4.1 數據來源

數據層是整個體系最基礎的數據部分,主要包括生產管理系統數據庫和數據庫上的數據引擎。

生產管理系統數據庫即主站數據庫,是存放生產管理系統數據、移動作業數據、平臺數據等各種的綜合數據庫。

生產管理系統數據引擎即建立在主站數據庫基礎上的數據庫引擎服務,數據引擎和數據庫共同構建了展現給服務層、應用層等的數據倉庫。

3.4.2 應用服務提供

應用服務層有四個方面內容:

生產管理系統應用服務,是生產管理系統最基礎的應用服務,主要的業務、圖形和數據處理的服務。

生產管理系統接口服務,是生產管理系統與其他電力系統的接口服務,為其他系統提供電力生產最基礎的臺帳、圖形和業務數據;另外,接口服務還為移動終端和移動子站提供與生產管理系統的接入服務。

生產管理系統移動作業服務,是生產管理系統與移動作業平臺系統(PI3000Mobile平臺系統)進行數據交互的服務,為移動作業終端和移動子站進行數據整理、數據入庫、設備注冊、設備校驗、登錄校驗等系統校驗和系統數據整理的服務。

移動作業平臺服務(PI3000Mobile平臺系統),是為移動子站、移動作業終端提供平臺應用服務的,主要負責為移動子站、移動終端提供任務數據包分發、與生產管理系統數據交互、系統級任務包管理、與安全接入平臺聯通等服務。

3.4.3 通信網絡層

安全接入平臺,是隔離電網系統內網和外網的主要屏障,保障電網系統的正常運行。

APN,是移動子站和移動終端的無線接入點。

網絡數據通信服務,是對移動子站、移動終端設備接入網絡進行數據通信的管理服務。

3.4.4 安全接入平臺

國家電網安全接入平臺系統主要由安全接入終端層、安全通道層、安全接入平臺層、業務訪問層等構成,提供移動終端安全認證接入、訪問控制、安全數據交換與業務訪問等基本功能。

其中安全接入終端層表示了各種移動終端如便攜式筆記本、手機、PDA等以及部署于終端上的安全軟、硬件模塊、移動應用軟件模塊等。

安全通道層表示由GPRS/CDMA/3G等無線網絡承載,并經過移動終端和接入平臺間建立加密隧道后形成的安全傳輸通道。

安全接入平臺層是系統的核心和主體,主要由安全接入網關系統、安全交換服務系統、身份認證系統、集中監管系統等組成,完成移動終端從認證接入、訪問控制、數據交換、業務訪問、集中監控、安全審計等重要功能。通過總部、網省公司、地市公司的三級安全接入平臺級聯,可實現上下級集中統一配置管理、各種信息的實時交換、終端及設備狀態的實時監控等。

3.4.5 移動終端(見圖3)

主要包括以下幾個方面:

設備狀態采集接入,是指移動終端將智能采集終端的數據接入,并提供給業務運行模塊進行查看。

GPS導航定位,移動終端可開啟GPS裝置進行定位導航,并可輔助業務模塊進行設備確認。

業務運行模塊,主要進行業務作業。

移動作業應用,是移動終端業務運行的主體平臺框架,通過其與移動子站或應用服務層聯通。

自動采集,紅外熱像獲取設備溫度信息。手工錄入,缺陷記錄。

4 結語

本系統平臺應用實現了設備測溫記錄與生產管理系統實時自動化關聯,解決從測量記錄獲取、設備識別、數據傳輸自動化服務,并且保證了數據獲取的及時性、完整性、正確性,大大提高了工作效率。通過移動終端的GPS功能,可以紅外測溫工作任務進行跟蹤或軌跡回放,達到了很好的監控管理手段。

[1]關于部署安全接入平臺的信息運行〔2011〕213號.

[2]Q／GDW 468-2010紅外測溫儀、紅外熱像儀校準規范.

[3]國家電網公司生產管理信息系統移動作業應用功能需求規范.

[4]國家電網公司生產管理信息系統與移動終端集成規范.

[5]中國移動通信集團公司《中國移動通信本地網網絡管理系統技術規范書》.

[6]GB/T13702-92計算機軟件分類與代碼.

This article briefly describes the design of the management system and the key developments.

integrated monitoring;data collection;distribution

杜強(1961—),女,山東濟南人,研究生,高級工程師,主要從事電力系統生產技術管理工作。