基于无线传感器网络的电力器具管理研究

温 佳

（华北电力大学 北京 102206）

1 无线传感器网络概述

1.1 无线传感器网络及其特点

无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，节点协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。WSN是一种新型的自组织网络，网络中的传感器节点群可以在任何时刻、任何区域无需基础网络设施的支持，就可以快速组织一个自组织的、可自动对网络进行配置、管理和以多跳路径传递数据的网络。

与传统的无线网络相比，WSN有不同的特点：传统的无线网络有固定的基站，移动节点直接与基站通信，相互之间不直接通信，设计遵循“端到端”的边缘论思想，强调将一切与功能相关的处理都放在网络的端系统上，中间节点仅仅负责数据的分组转发；而WSN是以被监控区域的数据为中心[1]。网络中所有节点都处于平等地位，每个节点兼备路由器和主机两种功能，不但感知数据、传输数据，还要参与路由的发现和维护以及具有组织建立网络的功能。

1.2 无线传感器网络的发展

无线传感器网络的发展依赖于传感技术、通信技术和计算机技术的发展，它们分别完成被测量的提取、传输和处理[2]。

早在20世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感器控制器而构成传感器网络雏形，人们把它归结为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相连，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。从20世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成[3]。2009年1月，在美国总统奥巴马与美国工商领袖的“圆桌会议”上，IBM公司CEO提出“智慧地球”的概念，即把传感网应用在社会的各行各业中，这一想法得到了各届的极大关注。随后，欧洲以及日本均大力投资于无线传感网的建设中。我国也加入了这一巨大浪潮，2009年8月7日，温家宝总理在无锡就传感网发表谈话，提出“感知中国”的概念，吹响了我国向无线传感器网络进军的冲锋号角[4]。

1.3 无线传感器网络结构

无线传感器网络由无线传感器节点、网关节点（sink节点）、传输网络和远程监控中心组成，其组成结构如图1所示[5]。

这些无线传感器节点功能相同或不同，以Ad-hoc方式构成的无线网络，每一个传感器节点由传感器模块(传感器、A/D转换器)、处理器模块(CPU、存储器)、无线通信模块(D/A转换器、收发器)和供电模块等组成。

网络中每个节点可协作感知、采集和处理网络覆盖区域中被探测对象的物理信息，并且将这些信息通过短程或远程的传输网络传输给监控中心进行处理。由于无线传感器网络节点具有智能功能，所以节点本身就可以实时处理采集到的现场被监测物理量的信息。通过自主选择最佳路由，各个节点将采集到的信息传送给sink节点，sink节点汇聚收到的信息后，通过传输网络传送到远端监控中心。

2 电力器具管理现状

电力行业是一个装备密集型产业，电力设备占电力企业资产的70%，是电力企业资产管理的主要内容。电力器具管理尤为重要，管理内容主要指的是检查设备仪器运行状况、设备资料整理、配件库存量统计、设备维修记录、设备保养情况、设备借用情况和设备防盗等。

当今电力器具管理主要存在的问题有：设备种类繁多、设备价值高、存放地点分散、设备资料分散，难以做到账物一一对应，后续管理工作繁杂；配件数量繁多，库存数据不准确；盲目购进设备，重复采购现象严重，需要制定合理的库存计划和采购计划。由于电力设备种类多，价值高，这些问题的出现会导致管理混乱，开销增大，难以掌握库存设备信息等情况。大量管理人员的存在使得不仅容易出现人为错误，而且加大了在人力方面的投资。

20世纪90年代以来，在发电厂中发展新的设备管理技术已成了发电厂最重要的任务之一。这是因为，发电厂电气设备的安全运行非常重要，任何意外故障都可能造成重大事故，停电会带来巨大的经济损失，这在当前竞争日趋激烈的环境下尤为显著，而设备本身是发电厂的贵重资产并消耗大量维护费用。随着国家对电力系统企业安全问题的日益重视和监管力度的不断加强以及电力企业自动化程度的不断提高，建立一套有效可靠的人员、设备监控和调度系统已成为许多电力系统企业管理的迫切要求之一。目前，我国大中型电厂及乡镇小电厂已大量装备了安全生产监控系统，这些安全装备的推广应用大大改善了我国电力系统安全生产状况。但是，目前电力企业还普遍存在工作人员管理困难，管理人员难以及时掌握工作人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对工作人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低，效果不理想[6]。

3 应用方案设计

针对不同的电力设备管理方面，下面将给出不同的应用方案设计。

3.1 作业现场人员及设备调度管理

针对电力企业现场作业人员多、设备多、现场场地大、不利于有线网络布置、管理调度困难等问题，WSN可有效减缓这一问题。在作业现场布置WSN，只需在恰当距离处放置WSN节点，形成覆盖整个现场的无线网络，再与传输网相连通至后台监控中心。

工作人员佩戴装有记录个人信息标签的工作帽，标签记录进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息。当工作人员在现场区域内走动时，WSN会自动读取其工作帽上标签的信息，实时传入后台，即可实现电力系统现场作业人员进出的有效识别和监测监控。在现场移动设备上粘贴记录其信息的标签，这样通过WSN的实时监测，后台总调度处即可随时掌握该移动设备的位置情况，便于统一调度设备运作，提高效率。这样可使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字电力系统的目标，发生安全事故时，通过系统立刻可以知道该作业面工作人员及其数量以及移动设备的位置情况，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作，如图2所示。

3.2 电力局仓库进出管理

我国现在的电力局仓库管理还是采用以人工管理为主的方式。人工管理存在费时费力、人为失误、验货核对困难等问题，且用于向计算机传送信息的U盘可能携带病毒，一旦感染系统，可能导致整个系统崩溃等不可预料的后果，将WSN应用于此将会有效解决上述问题。要求厂方在每件货物上粘贴标签，上面记录货物信息，到货时，只需要在卸货的通道口设置小型无线传感器网络，网络中节点自动读取标签上记载的信息，并选择合适的路径传输到后台管理系统，这样就可以实现无需拆开商品的包装并隔着一段距离扫瞄里面的货物，从而避免了厂方由于装箱错误，或是数据盘信息错误带来的工作时间延误。一般到货通道都设置在自动仓库入口的附近，所以通过数据库的兼容可以直接将扫描过的货物放入自动仓库的传送带，根据操作人员的设定由操作机进行指定垛堆的堆放，甚至可以拓展自动仓库的功能。根据WSN所获得的信息自动判断，并指定相应类型的空垛堆。从而省去了搬运人员整理、排序的工作，也可直接将到货纳入临时管理库中，使整个流程更加的紧密。

3.3 温度湿度火情监测管理

在电力器具仓库或作业现场中，部署若干个无线传感器节点，对环境温度湿度进行监测，各个节点将选择最佳路径将采集到的信息传送到sink节点，再由sink节点上的通信模块将数据通过传输网络送往后台监控中心，以便后台监控现场信息。当处于温湿度不合理状态时，WSN能立即监测出来，向后台监测中心发送数据，监控中心即可调节仓库或作业现场内温度湿度，防止由温度过高引起的火灾发生。

4 结束语

本文对电力器具管理系统中无线传感器网络的应用进行了研究，提出了几种应用方案。这些方案可用来解决电力器具管理中人工管理耗时耗力、人工误差大，作业现场人员设备流动情况难于掌握，预防火灾等问题。

1 Govinda R,Hellerstein J,Hong W,et al.The sensor network as a database.In:Technical Report 02-771,Los Angeles,CA,USA:University of Southern California,2002.

2 Chong Chee-yee,Kurnar S P.Sensornet works:evolution,opportunities,and challenges.In:Proceedings of the IEEE,2003,91(8)

3 李善仓，张克旺.无线传感器网络原理与应用.北京：机械工业出版社，2008

4 亚娟.国内外传感网发展见闻与感怀.特别报道.2010(1)：24～25

5 张少军.无线传感器网络技术及应用.北京：中国电力出版社，2010

6 杨胜春，姚学武，文孝强.基于RFID技术的电力企业人员及设备智能安全管理系统.东北电力大学学报，2007，27(6)：54～56