（电气工程专业论文）基于信息钮技术的巡线系统软件研究.pdf

重庆大学工程硕士学位论文中文摘要 中文摘要 电力巡检是有效保证输变电设备安全、提高供电可靠率、确保输变电线路最小故障 率的一项基础工作。随着电力技术的不断更新，电力企业的管理，特别是电力设备的管 理将面临着更大的挑战。传统管理模式下的缺陷处理流程，常常使很多缺陷由于人为的 管理或备品材料等原因未能及时得到处理，显然己不适应现在的市场机制。因此，有必 要在电力系统内实行新的缺陷管理方法。合理、高效的设备缺陷管理制度和管理方法将 提高设备的健康水平，保证机组与设备的安全运行，从而实现预定的安全目标。但是， 由于各方面的原因，现在大多数电厂的设备缺陷仍然是人工管理，即使配备有计算机， 缺陷管理现状仍不尽人意。 为了解决以上缺点，本文在设备巡检管理操作流程规定之基础上，自主开发了电力 巡线管理子系统。它以计算机为控制核心，高性能的硬件设备为基础，配置具有高安全 性、可靠性，具有简单操作界面的软件，通过系统集成，完成巡检设备的控制、数据采 集和信息传输。对改善和提高设备和巡检管理质量、降低设备维护成本、延长设备使用 寿命、促进职工素质提高，提升企业管理水平都具有积极意义。从以下几个方面介绍巡 检系统的设计与开发的基本过程与方法： 论文的开头，主要介绍电力线路标准化作业系统的作用、分类、发展现状，并简要 介绍了该系统中常用的巡检硬件；紧接着，分析了目前电力系统巡检部门的部门构成、 成员职责与分工，以及巡检工作的流程，并对上述内容进行了简化和抽象化，以构成电 力巡检部门模型。该模型给出对系统的功能需求，是开发电力巡检系统的基础；其次， 根据建立的电力巡检部门模型以及功能需求，设计电力输变线路巡检系统的基本软硬件 功能模块，并确立相互之间的逻辑关系；最后，本文介绍了基于信息钮的电力线巡检系 统的应用实例，并对研究的结果进行了总结，同时对本系统的进一步发展作出了展望。 关键字：电力线路巡检，信息钮，数据库，对象的链接与嵌入数据库，层次推理 重庆大学工程硕士学位论文英文摘要 p a l r o l l i n ga n dc h e c k i n go fe l e c l r i cp o w e rl i n ei sab a s i cw o r ka s s u r i n gt h es e c u r i t yo f t r 缸s m i s s i o na n dl r a 血s f o r m c re l e c t r i c i t yf a c i l i t i e sa n dn l i n i l 眦mf a u l tr a t eo fi t sl i n ea n d i m p r o v i n gp o w e fs u p p l yc o n f i d e n c er a t i o w i t l at h ec o n t i n u o u sr e n o v a t i o ni nt h ee l e c l r i c i t y t e c h n o l o g y , t h em a n a g e m e n to fe l e c l r i ee n t e r p r i s e s ，e s p e c i a l l yt h em a n a g e m e n to ft h ee l e c t r i c e q u i p m e n tw i l l f a c eh e a v i e rc h a l l e n g el h 强b e f o r e t h ed e f e c tl r e a t m e n tp r o c e d u r e e q u i p m e n t si nl r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tr n o d cw h i c ho f t e nl e a d st o d e f e c ti r e a t e du n t i m e l y b e c a u s eo fp e o p l e sm a n a g e m e n ta n di e s e l v c $ h a v en o to b v i o u s l ya d a p tt ot h ep r e s e n tm a r k e t m e c h a n i s my e ts o ，i ti sn e c e s s a r yt oi m p l e m e n tt h en e wd e f e c tm a n a g e m e n tm e t h o di n e l e c t r i ce n t e r p r i s e s r a t i o n a l ，e f f i c i e n te q u i p m e n td e f e c tm , 越a g e m e n ts y s t e mw i l lr a i s et h e h e a l t hl e v e lo fl t a ee q u i p m e n t ，g u a r a n t e et h es a f eo p e r a t i o no fg e n e r a t o r sa n de q u i p m e n t s ， t h u st or e a l i z et h eg o a lo fs a f e t yp r o d u c t i o ne x p e c t e d b a s e do nf i l ei n t e l l i g e n te q u i p m e n tp a l r o lm a n a g e m e n ts y s t e mi nt h i st e x t ，t h i sp a p e r d e v e l o p st h em o d u l eo fd e f e c tm a n a g e m e n ti ne q u i p m e n tp a t r o lm a n a g e m e n ts y s t e m i tc a l l c o m p l e t et h ec o n l z o lo f p a t r o l l e de q u i p m e n t sa n dd a t ag a t h e r i n ga n di n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o n o fe x a m i n i n ge q u i p m e n t sw h i c hr e g a r d st h ec o m p u t e ra st h ec o r eo fc o n l r o u i n gs y s t e m , b a s e do nt h eh i g h - p e r f o r m a n c eh a r d w a l e ，w i t hs o f t w a r eo fb i g bs e c u r i t y ，d e p e n d a b i l i t y ，f l a e i n t e r f a c e o p e r a t i n gb r i e f l y , a n di n t e g r a t e ds y s l e m i t sm e a n i n g f u lt oi m p r o v ea n d p r o m o t em a n a g e m e n tq u a l i t yo fe q u i p m e n t sa n dt e c h n o l o g y , r e d u c ef i l ec o s to fe q u i p m e r i t s m a j n t e n a n c e 1 e n g t h e nt h e l i f eo f e q u i p m e n t ss e r v i c e ，p r o m p tm a n a g e m e n tl e v e l o fe n t e r p r i s e i nt h i st h e s i s ，t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n tw i l lb ei n t r o d u c e da sf o l l o w s ： f i r s t l y , ab r i e fi n l r o d u c t i o nt op o l l i n gs y s t e mi so f f e r e d ，w h i c hi sc o n c e r n e dt h ef u n c t i o n , c l a s s i f i c a t i o n , d e v e l o p m e n ta n du s u a lh a r d w a r e s e c o n d l y , ab a s i c m o d u l eo fp o l l i n g d e p a r t m e n ti so f f e r e d , w h i c hc o n t a i n s 伍旧s t r u c t u r ea n dw o r kp r 0 c e $ $ o fat y p i c a lp o l l i n g d e p a r t m e n t t h i sm o d u l ei sn e c e s s a r yt od e v e l o pam a n a g e m e n tw e b s i t ew h i c hi su s e df o r p o l l i n gs y s t e m t h i r d l y , t h et h e s i sg i v e sas l r u c l l t r eo ft h es y s t e m , b o mi nh a r d w a r ea n d s o f t w a r e ，a c c o r d i n gt ot h ec o n c l u s i o no fc h a p t e r2 i nt h ee n d , t h ep a p e ra n a l y z e si t sa p p l y i n g e x a m p l e a b o u tt h i s p a l r o l l i n g a n dc h e c k i n gs y s t e mo fe l e c t r i c p o w e rl i n eb a s e d o n i n f o r m a t i o nb u t t o n , a n df o r e c a s t si t sl a t e rd e v e l o p m e n t 重庆大学工程硕士学位论文中文摘要 k e y w o r d s ：p o l l i n g f o r p o w e rl i n e ，i n f o r m a t i o nb u t t o n ，d a t a b a s e , o l ed b , l e v e l - b y - l e v e lr e a s o n i n g e l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽盍堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：卞稿络 签字日期：炒2 ，月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重迭太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 淦文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位敝储虢中南弓镪导师签名暂踊 签字日期：粕年l - 月i e l 签字日期：p 睁l p 月r 日 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 1 1 引言 1 绪论 输配电线路是电力系统的重要组成部分。由于其长期暴露在大自然之中，不仅 承受正常机械载荷和电力负荷的作用，而且还经受污秽、雷击、强风、洪水、滑坡、 沉陷、地震和鸟害等外力侵害。上述因素将会促使线路上各元件老化、疲劳、氧化 和腐蚀，如不及时发现和消除，就可能会发展成为各种故障“1 ，对电力系统的安全和 稳定构成威胁。 线路巡检管理是有效保证输配电线路及其设备安全的一项基础工作。电力系统 供电企业为了确保所辖区域输电线路的正常运作，需要派出巡检人员定期到每条输 电线路对电线及所附属的设备进行检查，通过巡视检查来掌握线路运行状况及周围 环境的变化以便及时发现存在的隐患，提出具体的检修内容，及时消除缺陷，预防 事故发生，或将故障限制在最小范围，采取措施，防患于未然。通过巡视检查工作 为所辖区域的正常供电及安全运行提供了基本的保证。 目前，随着地区电网的不断发展和扩大，受电力输电线路巡线工作中的工作面 积广、线路长、沿线环境复杂等因素影响，输电线路巡线工作的质量和效率总是很 难尽如人意。这就对输电线路巡线和维护的监管工作，提出越来越高的要求。而国 内普遍采用两种主要巡线方式：一种为人工巡线，手工记录，该方式存在着人为因 素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作状态等明显缺陷。为了保证线路巡检顺 利进行，减少不必要的经济损失，改革传统落后巡检方式的必要性日趋明显。为此， 另一种利用信息钮、通讯座和p c 机等较为先进的自动识别技术进行计算机管理，尽 可能杜绝人为因素的影响，使实时、定性、定量、客观的考核巡检人员的工作成为 可能啪。 根据电力系统加强输电线路运行管理的需求，针对存在的问题进行认真调查分 析和研究，通过对比各种方案，最后决定采用基于信息钮的电力输电线路数据管理 系统设计，利用信息钮和通讯仪，结合数据库现代管理技术应用，具有线路安排、 数据记录、工作状态监督、数据汇总报告等功能，并可与电力企业现有信息系统无 缝连接，可有效的了解、检查巡线工作状态、及时发现线路的缺陷情况，提升送电 设备运行安全性、降低生产运营成本和巡检人员的劳动强度，具有低成本，轻便易 操作，使用持续时间长等显著优点。该装置可以帮助线路巡检人员彻底摆脱容易出 错，并且不易保存的纸记录方式，实现无纸化办公，大幅度提高了巡检质量，规范 了巡检标准，有效降低人为因素带来的漏检或错检问题，彻底消除了标准不统一， 1 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 责任不明确等问题；同时加强了运行巡检工作的过程控制与监督，使部门管理层能有 效监督人员的工作状态成为可能，实现巡检工作电子化、信息化、智能化，从而最 大程度提高工作效率，最终保证输变电设备的高效率、低故障率安全和可靠运行。 系统的研发将使得线路、生产人员改变传统的工作方式，一改靠经验、靠提醒、靠 督促的管理的模式，使其有更多的时间、精力投身到一线缺陷的发现和管理工作中 去。 1 2 巡线工作的内容 巡视电力架空线路的主要目的是为了经常掌握线路设备的运行情况和沿线周围 的环境，及时发现设备缺陷，消除影响供电安全的隐患，防止事故的发生。同时， 通过巡视和检查，提出线路检修的详细内容。因此在巡视时发现的缺陷要认真做好 记录。 1 2 1 巡视类别 根据线路巡视的不同目的和性质，可分为定期巡视、特殊巡视、监察巡视、故 障巡视等四个类别嘲 1 ) 定期巡视 定期巡视是巡线人员主要的日常工作。巡线员依靠定期巡视及时了解和掌握线 路元器件和配电设备的运行状况、沿线周围情况、缺陷的演变等。 2 ) 特殊巡视 特殊巡视是气候异常变化或沿线地区受到自然灾害严重影响输配电线路供电的 安全时，必须立即进行的一种巡视。 3 ) 监察巡视 监察巡视是领导者和主管工程师为了鉴定线路元件和设备的缺陷，确定下一次 线路的检修内容，考察巡线人员的工作质量以及对运行人员进行培训，提高他们的 技术水平而进行的。 4 ) 故障巡视 故障巡视是电力架空线路发生故障引起开关掉闸后，巡线员沿线路进行巡视，以寻 找故障地点及故障内容。运行人员除了巡视线路和设备外，对电杆、导线、各种电气设 备和其他附属元件，还要进行定期检查和预防性试验。主要包括对于木电杆杆根腐朽情 况的检查，导线连接器( 卡) 接触状况的测量，绝缘子串电压分布的测量，针式绝缘子泄 漏电流的测量，防雷装置间隙距离的测量，配电变压器二次电压及负荷的测量，以及接 2 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 地装置的检查和接地电阻的测量等。这些项目的检查和测量的期限，均应根据典型规程 在现场运行规程中做出明确规定。 1 2 2 线路巡视的主要内容和检查方法 1 电力架空线路的周围环境 注意沿线周围环境状况，如：电力架空线路所经过的道路、桥梁是否良好：沿线 附近的树木、临时建筑物、无线电天线、临时性广告牌、席篷、草垛、易燃物品、 开挖沟渠、土方爆破等是否会影啊电力架空线路的供电安全。发现这些影响线路安 全供电的情况时，应立即与有关单位联系，并尽快消除。 2 电杆及其基础的巡视与检查 注意电杆有无歪斜，分别检查木杆水泥电杆和木电杆所有可能出现问题的情况， 例如，水泥电杆有无裂纹、裂缝：木电杆接腿的螺丝及螺母有无丢失或松动，以及有 无腐朽等问题。 3 电线和避雷线的巡视和检查“1 巡视时，应密切注意电力架空线路的电线有无断股、松股、闪落、烧伤等现象。 当发现导线断股时，应该观察其周围环境，分析断股原因。导线和避雷线断股的原 因通常有：导线受拉力过大，线路短路烧伤，制造厂一制造时接头焊接不良和施工 时损伤等。在进行故障巡视时，应注意所有的导线连接点和连接器( 线类、压接管) ， 即使已发现故障所在部位，也需要沿电源防线巡视线路各处的连接器有无被烧伤。 4 绝缘子的巡视检查 巡视电力架空线路上的绝缘子，主要是观察绝缘子表面有无破损、裂纹和闪络 痕迹。电力架空线路发生接地故障，大部分是由绝缘子被击穿所引起的。瓷瓶被击 穿后，瓷件由于电弧的高温而熔化，并使瓷裙碎裂。这种故障在巡视时极易发现。 5 拉线、拉桩和截木的巡视和检查 巡视时应注意拉线有无松弛。承力杆和终端杆的拉线松弛时，将会引起电杆的 歪斜。检查木拉桩和献木是否腐朽，损坏，同检查电杆一样。应注意献木是否正确。 6 防雷设备和接地装置的巡视和检查 架空线路上常装设防雷装置，在输电线路和低压配电线路上，也装有阀式避雷 器。因此，在进行线路巡视时须对线路上装设的防雷装置仔细观察。对管型、阀式 避雷器，主要是观察有无放电、外部间隙是否烧损、避雷器的表面有无秽污，脱漆、 裂开和烧伤。对避雷线、各种防雷装置和配电设备等的接地引下线，要观察是否有 断股、腐蚀或从线类( 线卡) 外松脱的情况，观察接地是否良好。 7 配电设备的巡视和检查 3 重庆大学工程硕士学位论文l 绪论 配电设备主要包括配电变压器、杆上油开关、跌落熔断器和高低压刀闸等。巡 视检查配电设备时，应注意注油设备有无严重漏油、缺油，变压器油标玻璃管是否 破损，温度计是否正常，杆上变压器和杆上油开关的套管是否脏污，有无闪络痕迹、 裂缝和破损。还应该观察高压跌落熔断器和高压跌落重合保险器的安装是否正常、 瓷件有无破损。跌落熔断器的绝缘纸管在正常情况下表面光滑、管直。 1 3 电力设备缺陷管理现状及存在的问题 设备缺陷管理是电力输电安全的重要组成部分，合理、高效的设备缺陷管理制度 将提高设备的健康水平，保证设备与线路的安全运行，从而实现预定的安全输电目标。 但是，由于各方面的原因，现在大多数电力输电系统的设备缺陷仍然是人工管理，即使 配备有计算机，缺陷管理现状仍不尽人意脚。 1 3 1 设备缺陷管理现状 ( 1 ) 设备缺陷分类：按缺陷对生产安全影响的程度大小分为a ，b ，c 三类缺陷。a 类缺陷为必须立即进行处理或做好防护措施的，否则将影响设备安个或系统负荷的缺 陷；b 类缺陷为必须停机或停线路以后才可进行处理的缺陷；c 类缺陷为除a ，b 类缺陷 以外的所有缺陷，必须在3 6 小时之内处理。 ( 2 ) 设备缺陷的延期：主要是由于无备件或其它原因而无法处理，必须向缺陷管理 部门及主管领导申请缺陷处理延期。 ( 3 ) 设备缺陷考核：a 根据消缺率的情况进行奖罚；b 维护人员在接到通知后未在 规定时间赶到现场的考核( 主要针对a 类缺陷) ；c 缺陷在规定时间内未能消除的考核 ( 主要针对c 类缺陷) ；d 申请备件到期而备件未购到的考核。 1 3 2 设备缺陷管理流程 ( 1 ) 当运行人员发现缺陷时，在相应的终端用户机上填写缺陷，填写完毕通过网络 发送到相应的维护专业及其专业主管的终端机上，重要缺陷还要发送到部门经理或公司 领导等处的终端机。同时，运行人员也可以结合使用电话通知( 维护专业终端机的缺陷 管理程序设置为只读，不可随意修改缺陷内容) 嘲。 维护人员消除缺陷后，由运行人员在计算机上相应的缺陷栏做消除确认，并做简要 的说明和备注，这样可以不使用缺陷通知单。如果需要，也可以打印该条缺陷。 ( 2 ) 设备缺陷考核 利用计算机可以实现缺陷自动计时及自动计算消缺率的功能，对超时未能消除缺陷 的先发报警提示，然后下发“缺陷考核通知单”；对达到规定消除率的单位下发“奖励 4 重庆大学工程硕士学位论文 i 绪论 通知单”。 ( 3 ) 设备缺陷延期 维护人员在终端机上填写缺陷处理延期申请单，发送到相关领导处，待领导确认后， 发送到对应的终端机上。 ( 4 ) 设备缺陷查询与统计 可以按不同的要求对缺陷进行分类查询，如可查询a ，b ，c 类缺陷、缺陷是 否消除；是否延期，还可按不同的系统查询和进行模糊查询等。 1 4 电力线路巡检系统发展现状 1 4 1 基于信息钮条形码的巡检系统 该系统的特点是，利用安装在不同设备上的信息钮条形码记录设备编号、巡检时 间等信息，巡检员通过专用的读取设备读驭各信息钮的信息并进行现场处理、发送。由 于信息钮简单、可靠，因此该系统是目前最为常见的巡检系统之一。 1 4 2 基于6 p s 的巡检系统 根据电力线路巡检的业务特点”阳，人们开发了基于g p s ，g s m 和g i s 无线互联 网的电力线路巡检系统。该系统克服了人工巡检电力线路存在的缺点，大大减轻了 巡检人员的工作压力，提高了线路巡检的工作效率。电力线路巡检手持仪系统由移 动终端和管理中心服务器组成，利用g p s 接收机采集输电线路所在故障点数据，并 将采集到的数据先记录到内部数据库，然后利用无线网络通信将数据传输到数据库 服务器，完成对故障输电线路的记录使用线路巡检手持仪系统取代原来的人工巡检 纸介质记录方式后，可确保巡检数据的准确性和真实性，也便于电力部门进行生产 调度和分析统计。由于系统基于g p s ，因而其定位精度高，抗干扰能力强，特别适合 在强电磁环境和野外环境工作。线路巡检手持仪系统操作简单方便，很容易学会并 熟练掌握其使用方法和要领。 5 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 1 4 3 基于p d a 的巡检系统 图1 1 基于p d a 的巡检系统结构 f i 9 1 1t h es y s t e mc o n s t r u c t i o nb a s i n go np a d 由图1 1 可见，在p d a 巡检系统中采用p d a 用于数据现场采集、管理和发送，而现 场编号、巡检时间等信息仍需要通过信息钮或条形码等方式记录，并需要配备相应的信 息识读设备( 例如激光条形码扫描器) 。因此从巡检信息记录方式分类而言，p d a 巡检 系统不是一个独立的巡检系统，而只是p d a 在信息钮、条形码等具体巡检系统中的应用 方式。但是，p d a 的使用，使得巡检信息和考勤信息不必像传统的信息钮条形码巡检 系统那样分开上传。巡检员可以在现场将巡检信息输入p d a ，并且和p d a 里的考勤信息 一起，上传至中间级电脑( 即图中所示的工作站) 。这样一来，数据传输的效率和安全 性都得到了极大的提高州。 p d a 应用广泛，携带方便，数据处理和扩展能力强并具有很强的兼容能力，因此p d a 巡检系统有着广泛的发展前景。 1 5 本论文的主要内容 在电力行业中，运行过程复杂，电力设备繁多。为了经常监视设备的运行情况，及 时发现设备事故隐患，保障设备的正常运行，通常要求巡检人员对重要生产设备进行定 时或不定时巡检，并对设备的运行状况、运行参数进行记录存档，作为将来设备检修的 依据。目前大多数电力单位的巡检手段落后，仍然依靠人工巡检并手工笔录的方式，巡 检工作的管理较为困难，巡检手段也很落后，巡检质量难以保证。因此，对一些设备繁 多，自动化程度高的供电单位，利用高科技、自动化手段进行设备巡检，采用科学化的 巡检管理方法已是势在必行。 6 重庆大学工程硕士学位论文 l 绪论 随着电力企业现代化管理的深入开展，改革传统的巡检管理模式，采用先进的智能 化岗位巡检网络信息管理系统是我们企业实行信息化、网络化的必备手段。智能巡检管 理系统的使用，标志着现代化的智能巡检己成为保障装置安全稳定长期满负荷优质生产 的重要手段。 本论文的主要研究内容： 1 、概述电力线路巡检系统发展现状，分析比较现代电力巡检常用的各种手段，总结其 优缺点。在此基础之上，基于经济、效率、和系统可靠性等方面，选择研究一种可行的 巡检方案。 2 、实际分析现代电力企业的巡检和管理模式，在考虑电力线路的实际情况，保证数据 的安全性、完整性和易采集的基础上选择组成巡检系统的各种硬件设备，为相关的管理 软件系统设计提供硬件基础。 3 、切实调查电力企业各种职能部门的组成，在巡检管理软件的数据库设计时采用分模 块的设计思路，便于管理的权利分配和数据库的易检索性及多接口性。 4 、在实现主机和数据接口通信方面，研究并实现了一种稳定可靠的通讯约定，减少人 为干扰，避免了很多人工巡检数据收集是的低效率并且容易出错的缺点。 5 、采用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 编写操作界面，应用最新的o l ed b 数据库操作模 板思想，根据搭建的硬件结构，编写服务器端软件，设计友好的界面，实现了强大的数 据采集、数据检索和电力系统所独有的缺陷管理功能。最后的实验性数据采集及其分析， 证明了本文设计理论依据的正确性和可行性。 7 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统硬件及底层通信软件设计 2 1 系统概述 2 系统硬件及底层通信软件设计 电力巡检管理系统是应用于线路和设备工作情况巡检作业的一套信息管理系统。它 对改善和提高输电和设备运行管理质量、降低设备维护成本、延长设备使用寿命、促进 职工素质提高，提升部门管理水平都具有积极意义“”。 图2 i 系统构成图形 f i 9 2 it h es y s t e mc o n s t r u c t i o n 此巡检管理系统以计算机为控制核心，高性能的硬件设备为基础，配置具有高安 全性、可靠性，具有简单操作界面的软件，通过系统集成，完成巡检设备的控制、数据 采集和信息传输。 该系统由多个非接触式射频i c 卡信息钮、采集器( 采集器采用基于移动条码技术的 便携式数据采集器，或者采用基于g p s 的便携式掌上电脑数据采集器) 、通讯座和相关 软件功能模块组成。 系统的设计充分考虑了需要巡检的设备项目，以及巡检设备时的最优线路，然后根 据确定下来的巡检线路和巡检项目，编排巡检项目的编码，并将信息钮安置到相关设备 处。在进行巡检作业时，巡检员按照预先设定的巡检项目逐项进行。 巡检员首先要通过身份验证，再根据实现设定的工序对各巡检点进行巡回检查。巡 检员到达某巡检点并检查完后，用采集器读取该巡检点对应的信息扣，采集器会自动采 集其对应信息，并自动生成采集时间，该时间不能人为修改。采集器通过通讯座，系统 将读取全部巡检信息并进行综合处理，形成相应查询、统计数据，并打印报表。管理者 和决策者可通过w e b 平台随时获得所有这些信息。 重庆大学工程硕士学位论文2 系统硬件及底层通信软件设计 通过智能化巡检管理系统实现对巡检工作的管理，采用智能巡检通信技术，既减轻 了劳动强度，又增加了实时性，为电厂的巡检和数据管理提供了强有力的技术支持。 现场标识器的代码、输电设备状态代码或设备运行参数及时间等信息即组成了一条 巡检记录，存储在数据采集器中。这一条巡检一记录包含了如下信息： ( 1 ) 巡检人员到达巡检杆塔的时刻； ( 2 ) 巡检设备名称； ( 3 ) 设备运行状态或参数； ( 4 ) 巡检人员巡检完毕该巡检点的时刻。数据采集器可以存储几百条这样的巡检 记录。 当值班人员完成一轮巡检工作后，通过数据采集器的传输线与计算机的串行接口相 连，即可将数据采集器中记忆的信息传递到计算机中。管理人员可以使用配套的系统软 件，对这些现场信息进行处理。 2 2 系统硬件构成 系统的硬件组成框图入上图所示，其中主要包括信息钮、数据采集器、数据通信插 座、p c 机服务器等，现在主要硬件介绍具体如下： 服务器端i 服务器端 _ i n m m c g 局域n l 中间级电脑巡检员客户端 决策者客户端 c o m 通信座苏巡检棒矧信息钮 信息采集级巡检员级决策者级 2 2 1 信息钮 图2 2 系统硬件连接图 f i 9 2 2t h eh a r d w a r ec o n n e c t i o no ft h es y s t e m 信息钮是巡检的基础，它的形状类似于钮扣电池( 如左图所示) ，直径约1 6 c m ， 由美国d a l l a s 公司生产，采用不锈钢外壳封装，内部有集成电路存储芯片，通过专用 9 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统硬件及底层通信软件设计 手持式识读器识读。与i c 卡、磁卡、条形码相比，信息钮耐低 温、不怕雨水以及酸、碱等强腐蚀性物质，因此更适宜于在恶 劣环境下长期工作，而且接口简单，可靠性更高。在该系统中， 将信息钮用防盗固定座固定在送电线路或变电站的杆塔或设备 上。脚 下面以d l l a s 公司生产的i b u t t o n 信息钮为例，介绍其性 能与特点： i b u t t o n 信息钮扣是美国d a l l a s 公司生产的自动识别芯片、种类繁多，但都采用 不锈钢壳封装，与i c 卡、磁卡相比，它更能适宜于恶劣环境，面且接口简单，可靠性 强。 特点：i b u t t o n 信息钮扣具有双向通讯功能，数据传输使用独特的单总线协议，使 引脚数目降至最低：一根数据线，一根地线。利用不锈钢封装的内圈圆面作数据端，外 圈圆面作为地线。i b u t t o n 信息钮扣同其读写器的信息传递口需短暂接触即可完成，最 高传输速率可达1 4 2 k 位秒。信息钮扣的晶片上都刻有独一无二的注册号，号码具有 不可伪造性，在生产过程中用激光工艺永久刻在r o m 上，并加了保护层，任何更改此 号码的操作都会使c r c 校验过程出错。i b u t t o n 信息钮扣品种繁多，规格齐全，价格 低廉，广泛应用于各种场合。 性能：由于内部采用了先进的防静电电路及芯片，确保i b u t t o n 能承受高达8 0 0 0 伏的静电而自身和存储的数据安然无恙。先进的设计理念及封装形势赋予了i b u t t o n 信息钮超强的抗冲击、防静电、防腐蚀、防水、防摩擦等性能，极大地提高了数据的安 全性，确保了l o 年以上的使用寿命。f b u t t o n 信息钮扣存储容量大，读写操作一碰即 成，方便快捷。 2 2 2 数据采集器( 巡检棒) 当巡检员携带识读器按规定路线巡检时，手持识读器( 如左图 所示) ，主动碰触杆塔或设备上的信息钮。当识读器确定已经和信 息钮接触上时，便完成命令和数据的传送并发出声音旋律和发光， 指示读取成功，识读器将该巡检员到达该点的时间、次序记人识读 器。识读器内存1 2 8k ，可连续识读50 0 0 次，使用寿命可达l o a 以上，其合金外壳更加坚固，防水、防震，没有可拆动的零件，特 别适合于野外电力设备的巡检工作。 1 0 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统硬件及底层通信软件设计 2 2 3 数据通讯座 ( 如左图所示) 数据通讯座是识读器与计算机之间进行 通信的接口设备，用于把巡检采集器内记录的全部信息传输 到计算机上，通过通讯座把信息读写器的单总路线结构的信 号转化为标准的r s 一2 3 2 c 结构信号。通讯座内置一体化开关 电源，标准的r s - 2 3 2 c 接口和通讯协议使其能够与任何一台 符合最低配置要求的p c 机或笔记本计算机进行数据交换。 在传输过程中能自动校正数据。它实现通信电平转换、接口 转换等功能，并且可以对识读器进行识读器号设定、识读器校时、读取数据、数据 清零等操作。 2 2 4 计算机终端 计算机主要用来完成对原始信息的处理，并将数据存储到网络服务器的数据库中。 管理人员可在规定的权限之内浏览、查询、打印巡检结果或对系统数据库进行维护。计 算机作为服务器是电力巡检系统中最核心的部分。由于本次系统采用的设计模式，几乎 所有的数据读取、存储操作、数据分析转换操作和访问操作均在服务器端进行，因此该 模式对服务器计算和存储能力的要求很高。对于一个中型电力巡检系统而言，至少需要 专业级别的服务器，才能满足其数据交换、存储、处理和访问量的要求。对于要求更严 格的系统，则还需要采用当今通用的模式，即将处理用户访问信息和进行人机会话的 w e b 服务器和处理数据的数据库服务器分开，以达到高效、安全的目的。在此设计的过 程中，由于条件限制，只能通过一台普通的p c 杌来同时模拟运行环境和数据库服务器。 在实际工作中，p c 机是不能代替服务器的，但是对于本毕业设计中简单的管理系统而 言，由于计算、存储量小，访问人数少，p c 机还是基本上能够满足要求1 。 2 3 底层通信协议及其服务器软件设计 2 3 1 数据采集器的工作方式及通讯约定设计 数据采集器为实现低功耗，通过触发可以数据采集器从深度休眠状态进入工作状 态，在工作状态下，如果连续一段时间识读器未能获得触发信号后，识读器又将进入休 眠状态。 数据采集器的触发状态有几种可能： 1 1 重庆大学工程硕士学位论文2 系统硬件及底层通信软件设计 1 p c 通过串行总线向识读器发送任意串行数据。 2 识读器向p c 输出串行数据。 3 识读器本身给自己的触发信号。 p c 同数据采集器之间通讯时有关休眠的约定： p c 向数据采集器发送启动字符5 5 h 来启动数据采集器工作，数据采集器工作后，首 先检测是否有其他工作( 非p c 通讯) ，如有其他工作，则不再同p c 通讯；如检测出无 其他工作，则向p c 发送申请建立通讯的a s c i i 字符串w z w s ，数据采集器在接下来 的2 0 m s 之内等待来至p c 发回的可以建立通讯的标志字符o e 5 h 。p c 端在发送完启动字 符5 s h 之后，收到w z w s 之前，数据采集器正工作在检测是否有其他工作( 非p c 通 讯) 的过程中，该过程可能使p c 收到一些不确定的字符或通讯字符帧错等现象，这些 现象属于正常情况，如p c 能在最长6 秒的时间内连续收到w z w s ，则p c 立即( 3 5 0 m s 之内) 发回可以建立通讯的标志字符e 5 h ，如数据采集器得到该标志则进入通讯状态， 否则数据采集器将在最长5 0 m s 之后进入休眠状态。如果数据采集器收到来自p c 的可以 建立通讯的标志字符e 5 h ，识读器将与p c 进入通讯过程，在通讯过程中识读器等待来 自p c 的字节最大的时间间隔不超过4 秒，4 秒内未收到p c 发来的字节，数据采集器将 进入休眠状态。一般情况下，因此一次p c 未能同数据采集器通讯联接上，可以等待5 秒识读器休眠后，重新启动新一次的通讯。 另外p c 同数据采集器通讯时，p c 每下传一条消息，数据采集器都相应的为p c 产 生一个应答字或应答一条消息。如数据采集器给出的应答字或应答消息正确，识读器将 在4 秒钟内监测是否能收到下一条消息的第一个字节，如未能收到数据采集器将进入休 眠状态，否则继续工作；如数据采集器未给出应答或应答为出错时，识读器在l o o m s 之内进入休眠。一个例外的消息是当识读器上传记录数据时，由于记录可能很长( 最长 5 4 6 0 1 2 个字节) ，为保证通讯的正确性( 不是可靠性，所以不重传) ，我将每个记录( 1 2 个字节) 十校验( 1 个字节) 作为一帧上传给p c ，p c 在收到一帧后应判断本帧的正确 与否，并该出应答。如果数据采集器发完本帧的校验字后4 秒未能收到来自p c 的应答， 则识读器将进入休眠。如数据采集器收到来自p c 的帧应答为出错，则数据采集器将进 入休眠状态( 除非p c 继续发数据。) 2 3 2p c 机与数据通讯座之间的通讯约定 数据通讯座通过p c 机的串口与之相连，进行数据的上传与下载操作，减少认为干 扰，避免了很多人工巡检数据收集是的低效率并且容易出错的缺点渊，p c 机与数据通 讯之间的相关主要通讯约定简述如下： 1 下传消息格式： 1 2 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统硬件及底层通信软件设计 命令码：消息的命令字，一个字节。 命令码：命令码按位取反，一个字节。 长度；长度= 正文的字节数+ 校验的字节数= n + 1 ，l = 长度( = 1 3 。 正文：下传消息的正文部分。正文部分字节个数= n ，则0 = n = 1 2 。 校验： + + + + = 0 f f h ( 2 5 6 模和) 2 下传消息命令码及正文以及识读器的应答消息 问识读器号码： 命令码：1 5 h ：长度：1 ；正文：无；校验：0 e 9 h ； 识读器的对应上传消息： x x l ，x x 2 ，x x 3 ，校验：其中x x l + ) o ( 2 恼【3 + 校验= 0 f f h ； 问识读器记录数据： 命令码：2 5 1 i ；长度：1 ；正文：无；校验：0 d 9 h ； 识读器的对应上传消息： 木1 “记录个数”低位字节，“记录个数”高位字节，校验 2 ( 等待p c 的应答) 幸3 【年月日时分秒( 6 字节) ，信息钮编号( 6 字节) ，校验( 等待p c 的应答) + 记录个数n 丰1 “记录个数- 高位字节x2 5 6 + 低位字节； 丰2 ( 等待p c 的应答) ：当识读器发完一串数据后等待p c 的应答信号， 应答字= o ：表示正确接受；应答字= 非零：表示未能正常接受，识读器在最长7 秒内进入休眠状态。以下( 等待p c 的应答) 同此处含义相同，不再说明。 车3 ) + n ：表示大括号中的内容重复n 次。 为识读器校时； 命令码：3 5 h ；长度：2 ；正文：年月日时分秒；校验：变化； 识读器对应产生应答字：= o ：表示正确设置：= 非零：未能正确设置。 为识读器设置号码： 命令码：4 5 h ；长度：4 其中x x 为b c d 码。 识读器对应产生应答字： 正文：x x ，x x ，x x ；校验：变化； = o ：表示正确设置；= 非零：未能正确设置。 清识读器记录数据： 命令码：5 5 h ；长度：1 ；正文：无；校验：0 a 9 h ； 识读器对应产生应答字：o ：表示正确删除：= 非零：未能正确删除。 重庆大学工程硕士学位论文2 系统硬件及底层通信软件设计 读，写识读器存储器中数据： 命令码：6 5 h ；长度：鱼正文：e s ，r w ，i d ，s a h h ，s a l l ：校验：变化； 其中：e ，s = e 代表髓p r o m ；e ，s = s ，代表s r a m 。 w ：= r ，代表读操作；剐w ：= w 代表写操作。 u d ：当为读操作时，l d 代表要读取的长度。 当为写操作时，i d 代表要写的数据。 s a h h ，s a l l ：分别代表对存储器操作的起始地址。读写s 鼬蝴时s a 王m 无效。 读识读器存储器的对应应答消息： - ；其中 一+ + - - 0 写识读器存储器的对应应答字：同i d d 相同。 2 4 本章小节 本章主要详细介绍了巡检系统的硬件构成，其中叙述了巡检的主要装备，如信息 钮，数据采集器，通讯插座，计算机终端等等。可以看出信息钮的构成使其具有数据的 完整保存性和易于安装的特点，在电力巡检中具有很好的实用性。同时配备相应的数据 插座，可以很方便的将采集的数据传回计算机终端。经过本文中巧妙的通讯与计算机数 据库的接口设计，使数据的存放更安全，检索将会更方便。该系统在实际中具有很高的 可行性。 1 4 重庆大学工程硕士学位论文3 数据库管理设计 3 数据库管理设计 电力系统实际上是一个庞大复杂的系统集合，即使是电力系统中的巡检部门，其部 门之间的工作关系和责任分工也是非常复杂的。开发电力系统巡检管理部门使用的管理 系统，首先应当对电力巡检管理部门有一个先行的了解。因此，在开发本系统之前，需 要首先建立电力系统巡检作业的相关模型，然后，在该模型的基础上，分析用户需求， 设计巡检系统的软件、数据库基本结构，最终予以实现。 3 - 1 数据库设计概述 数据库可以理解为在一个或多个企业组织中为多个用户服务的、在计算机上可运行 的、有结构的数据集合。 根据用户需求研制一个数据库结构的过程称为数据库设计。数据库设计过程中，可 分为若干阶段或若干步裂1 7 1 。图6 - 1 表示了数据库设计的步骤。 需求说明与 匿p l 数据据分析i 图3 1 数据厍设计步骤 f i 9 3 _ 1 t h e d e s i g n p r o c e s s o f d a t a b a s e 需求分析和数据分析是整个设计过程中的最重要的一步，因为以后的各个设计阶 段都依赖于这一阶段。该阶段的主要内容是从用户那里收集信息内容和处理要求。概念 设计是通过对用户信息需求的综合归纳，形成一个不依赖于某一数据库管理系统的信息 结构设计。概念设计结果得到的是数据库概念结构，或称概念模型。逻辑设计得到的数