变电站智能巡检系统软件设计.doc

变电站智能巡检系统软件设计葛欢 吕晓俊 孙庆国电南瑞科技股份有限公司，南京，210096摘 要：在当今中国发展智能电网的大背景下，利用先进的通信技术，构建智能无线定位巡检系统；利用先进的计算机技术，在J2EE模型下设计纯面向对象，可扩展性好，稳定可靠的系统软件；利用信息技术的发展，通过在线检测系统实现状态检修。最终达到完成一个具有完备功能的智能巡检系统的目的。关键词：智能电网；J2EE；巡检 0 引言 随着市场化改革推进，数字经济发展，气候变化加剧，环境监管要求日趋严格以及各国能源政策的调整，电网与电力市场、客户之间的关系越来越紧密。客户对电能质量的要求逐步提高，可再生能源等分散式发电资源数量不断增加，传统的电力网络已经难以满足这些发展要求。为此人们提出了智能电网的设想，以实现传统电网的升级换代。1 目前国际上目前对智能电网还没有统一的定义，但大体上都认同以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础) ,将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网叫智能电网。2变电站智能化是智能电网的重要的组成部分。其中变电设备的可靠运行，直接影响到输变电生产安全和社会效益，影响着智能电网的稳定性，因此保证变电设备处于健康状态非常重要。所以对设备要有一定的巡视检查管理。但是未采用管理系统，最原始的巡视管理存在以下几个问题以往对变电设备的巡检管理，由于未采用管理系统通常会存在以下几个问题：（1）缺乏针对每个变电站具体设备的巡检细节标准和操作规范；（2）缺乏针对每个变电站试验轮换设备的任务和信息管理；（3）对于日常巡检、特巡、夜巡管理上，无法确保巡检值班人员确实到达现场并按预定标准操作；（4）不便于领导对变电设备及巡检工作和状态直观及时的管理；（5）表格记录的信息不便于统计查询，无法直接通过软件自动缺陷报警，统计各设备的历史状态变化，为设备检修服务。3现有的巡检系统虽然解决了以上问题，但是还是存在（1）信息平台不同一，数据不能同其他管理系统共享。（2）记录输入繁琐，巡检仪回传记录还需要特制的通信装置，由于成本和方便原因，无法每台机器都配置额外通信装置，使得软件后台B/S（浏览器/服务器）架构方便的优势无从发挥。（3）更高级的如人员实时定位，巡检信息实时回传，智能巡检路线实时生成都还没有实现。(4)传统的计划检修会造成失修或过修的问题。智能巡检系统可以利用设备状态检修解决这个问题，设备状态检修是利用监测仪器和诊断技术收集和积累设备众多的状态信息，进行系统趋势分析和科学判断设备有无异常和预知故障，在故障发生前及时进行处理的一种检修方式，能够实时提醒，减少运行成本。这样才体现出智能电网对于效率和效益的完美统一。随着信息技术，通信技术，计算机技术的发展，设计一个先进好用的智能巡检系统具备的完备的外部技术条件。1 系统模型设计系统的工作流程控制符合电力系统工作特点和工作数据全过程控制的要求，针对巡视、检修等工作过程进行序化、细化和标准化控制，保证整个作业过程处于可控、在控状态，减少人为错误。并且需要和其他系统保留接口，达到信息共享的目的。系统设计借鉴智能电网的特点与优势，充分考虑并采用先进、主流、可靠的应用技术，充分考虑各种规范与标准，保证系统的可靠性、高效性、稳定性、开放性，形成统一化、智能化的应用平台。 图1 系统结构一般运行人员通过巡检系统生成巡检任务，下装到巡检仪中，通过与被巡检设备特殊标志之间的交互，达到强制到达设备，防止漏检的目的。且巡检仪通过巡检过程中收集的数据能够智能回传到巡检系统的服务器中，由服务器进行高级应用的智能分析统计。2 软件功能描述 图2 软件系统功能2.1用户管理模块可以通过人员属性和角色属性组合定义相应权限。灵活性高。不同的角色具有其特殊的权限定义，再通过赋予每个人员独特的角色属性，更好的方便了巡检系统的各种权限管理。2.2设备管理模块对于巡检系统来说，需要知道变电站中所有的设备台帐信息，一般这种信息在MIS系统中都已经存在，可以通过对外接口模块中与MIS系统对接，减少数据库录入工作。然后设备管理模块也具备独立运行的功能，即能够自己完成设备台帐数据库的录入。2.3任务管理模块任务管理对于巡检是个很重要的模块，包含了通过日历增加、删除、修改巡检任务。对于任务完成与否有着定期提示。系统建立和维护不同的标准化作业模板库，每次编制标准化作业指导书时根据具体的任务和设备自动生成相应的标准化巡视作业指导书生成作业指导书。系统还能够生成当前最优的巡检线路等。经过领导审核后即可进行巡检。如果现场设备出现异常情况，系统可以根据状态检测装置传送来的信息，智能分析，一但发现异常情况，主动生成巡检任务，定时提醒运行人员主动巡检。2.4统计分析模块对于各次通过巡检仪收集来的数据，可以根据用户要求生成各种统计报表，还可以高级分析比对缺陷记录，使得可以更容易的解决在巡检过程中发现的问题。2.5对外接口模块由于在很多厂站系统中，基本上都是每家都有一个标准，所有产品信息基本上都不能共享，使得整个大系统数据冗余 且难以维护。对外接口模块单独承担了提供与统一信息平台交互信息的功能，提供统一信息平台所需要的信息，从统一信息平台获取所想要的信息。统一管理，大大减少了系统的对外接入量，并提高了信息获取的能力。而且现今自动化系统大多数处于数据采集、数据处理、人机展示等阶段，对多年来积累数据的整理、分析、挖掘等应用较少。同时数据采集、调度控制、生产运行等专业跨度较大，难以对所有安全区、大多数自动化系统产生的数据进行分析整理和挖掘，因此难以形成有效的辅助决策能力，所以所有厂站系统提供统一的数据交互的意义是相当重要的，并且这也是智能化的体现。现今的61850规约使之具备了这种统一的条件。2.6地理信息模块地理信息系统平台(GIS)，实现二维地图和三维地图的可视化展示，通过无线网，具备人员位置实时定位，智能路线生成，并根据人员位置的改变实时生成最佳巡检路线，使巡检过程效率最优化。2.7巡检仪交互的模块后台与巡检仪之间一般就是同步数据。由于巡检仪在整个巡检系统中起着很大的作用，起着连接设备和后台桥梁的作用。下面还是介绍下巡检仪的功能。巡检仪一般应具备读取RFID标签，具有蓝牙功能，还能具有无线wifi功能，特定情况下甚至可以利用GSM的通信网来进行信息交互。这些功能集成在巡检仪中极大的简化了巡检工作。（1）通过RFID标签可以识别当前巡检设备，并可以根据设备生成对应的作业指导书。（2）红外功能可以实时测温并对数据进行记录，并可以和以往数据进行对比。（3）无线wifi可以使得巡检仪同后台进行各种数据的同步，并且在无线网中可以实现定位功能。（4）GSM的功能在需要领导授权时，能自动生成短信内容，进行发送，收到相应授权短信后才能进行对应操作，减少了审核时间，提高了工作效率。3 软件模型设计3.1系统架构首先软件采用现在流行的B/S架构，由于B/S架构相对于传统的C/S架构的确有着很多优点：其中最大的优点是客户端免维护，然后在企业级应用中，系统随着需求的变化，软件升级是一种很频繁的行为。最早的C/S架构的软件，就要把每个客户端都要升级一遍，现在很多变电站早已无人值班，本来通过远程控制软件PCANYWHERE 勉强也能升级，但是经常出现的情况就是要么用户名密码被改变，PCANYWHERE无法连接，要么就是现场机器早已关闭，那样升级就必须跑很多变电站，由于我国经济的高速发展，在我国部分沿海发达地区，集控类型的站早已超过100个，导致升级效率变低，还容易出错。3.2系统框架决定了B/S架构之后就牵扯到框架的选择，Sun公司（现在被甲骨文公司收购）的J2EE规范和微软的公司的dotNet平台是当前最主流的网络开发平台。其实经过这么多年的发展，2种平台光从性能上应该是难分伯仲，但J2EE标准、开放、自由的思想，和众多的开源软件使得其更有生命力些，而且java语言的一次编译到处运行的优点对于跨平台的发布还是有个很大的优势。 J2EE系统框架见图3 图3 J2EE系统框架 4 3.2.1 J2EE模型J2EE中也有2个模型，第一种就是整个WEB应用几乎全部由JSP页面组成，JSP页面接受处理客户端请求，对请求处理后直接做出响应。用少量的JaveBean来处理数据库连接、数据库访问等操作。这个模型的好处就是实现简单，适合快速开发小规模项目，但从工程化角度来说，将控制逻辑和表现逻辑混杂在一起，从而导致代码的重用性非常低，增加了应用的扩展性和维护的难度。第二种就是经典的MVC（模型-视图-控制）架构了，Servlet作为前端控制器，负责接受客户端发送的请求，在Servlet中只包含控制逻辑和简单的前端处理，然后调用后端的JavaBean来完成实际的逻辑处理，最后转发到相应的JSP页面处理显示逻辑。具体流程如图4图4 MVC模型 4优点就是（1）多视图可以对应一个模型，减少代码复制和代码维护量。（2）应用被分成3层减少了各层之间的耦合。（3）更符合软件工程管理化的精神。不同的层各司其职。缺点也有，就是导致前期学习准备过于复杂。2种模式其实就是开发速度和维护方便之间的一个权衡。对于巡检系统来说，虽然大体上要求是一致的，但是各个地方有着不同的特殊要求，更为重要的是对于一个企业级的应用利用MVC模型，便于开发人员分工，便于后期维护，使一个项目的生命周期大为延长。3.2.2 J2EE组件3.2.2.1 Struts对于J2EE来说，他的开放性使得我们有着很多符合MVC模型的框架组件可选，Struts 2.0应该是目前来说比较优秀和流行的框架。优点在于（1） 线程安全性，每个请求产生一个实例。（2） 和Servlet提供的API解耦。（3） 支持表达式语言（JSTL），对象图导航语言（OGNL）。53.2.2.2 SpringJ2EE标准中中间件EJB有着很重要的地位，但是对于巡检系统这种并发量不大的系统来说，EJB设计过于庞大了，而且并且是不可裁剪的。巡检系统可以用Spring框架中的对于Bean的各种简单的管理功能即可。63.2.2.3 Hibernate如今的主流商业数据库都是关系数据库，但如今的软件编程都是面向对象的，对于JavaBean与企业数据库的交互是毫无疑义用Hibernate的，Hibernate通过对象/关系数据库映射，使得软件编程和传统的通过SQL（数据库查询语句）编程中解耦出来。在Hibernate中还可以很轻松的实现连接池个功能。7图 5 简易Hibernate体系结构连接池是创建和管理一个连接的缓冲池的技术，这些连接准备好被任何需要它们的线程使用。这种把连接“汇集”起来的技术基于这样的一个事实：对于大多数应用程序，当它们正在处理通常需要数毫秒完成的事务时，仅需要能够访问JDBC 连接的 1 个线程。当不处理事务时，这个连接就会闲置。相反，连接池允许闲置的连接被其它需要的线程使用。优点有：（1）减少连接创建时间，创建新的 JDBC 连接会招致网络和 JDBC 驱动的开销。如果这类连接是“循环”使用的，使用该方式这些花销就可避免。（2）简化的编程模式，当使用连接池时，每一个单独的线程能够像创建了一个自己的 JDBC 连接一样操作，允许用户直接使用JDBC编程技术。（3）受控的资源使用，如果用户不使用连接池，而是每当线程需要时创建一个新的连接，那么用户的应用程序的资源使用会产生非常大的浪费并由可能会导致高负载下的异常发生。（4）应用Hibernate还有个最大的好处，就是用户决定更换底层的商用数据库的时候，平时如果用面向过程的SQL（数据库查询语句）编程的话，就会发现不同厂家之间对于标准的SQL具体的实现都不一样。就连一个厂家的比如微软access和 其SQL系列都有不同，笔者有次把单站版的软件向集控站软件移植的时候，由于数据库的变化就发现这样的话工作量会增大许多。而Hibernate对于数据库方言的配置很轻松的解决了这个问题。对于以后系统的升级改造带来了极大的方便。4 结论 通过现今科学技术的飞速发展，使得具有状态巡检，无线定位，实时通讯的新一代智能巡检系统的实现成为可能。极大的提高巡检效率，为安全生产保驾护航，实现了节能减排，低碳经济的目标。参考文献：1 宋菁，唐静，肖峰。国内外智能电网的发展现状与分析。电工电气。2010年3月2 张宏艳，汪祥兵。智能电网在我国发展之展望。