电力手持防误监测系统的设计与实现

任伟建 李昊洋 康朝海

(东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318)

目前电力系统的防误监测基本依靠手写的运行提示,或者是现场人员的电话通知，这就可能造成操作人员没有按照正规流程操作，也没有报警提示或语音预报，容易发生安全事故[1]。随着我国电网规模的不断扩大，电力调度的工作强度也迅速增加。特别是变电所无人值守以后，电力调度需要适应新的管理模式，掌握更多设备的运行动态，责任更加重大[2]。面对如此繁重的工作压力，仅靠加强电力调度人员自身的培训是不够的，需要采取必要的技术措施来避免误操作，以消除安全隐患[3，4]。

近几年，随着个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)技术的飞速发展，集成了各种功能的PDA被广泛应用于交通、电信及医疗等领域，对基于早期PDA技术的各种电力系统的研究也有了初步进展。然而，并没有完整的基于PDA的电力防误监测系统，能够实时解决电力调度人员与变电所操作人员在整个工作过程中的燃眉之急[5]。笔者运用信息化手段和人工智能方法，设计并实现专门为电力行业工作人员量身定制的电力手持防误监测系统，以期实现变电所防误操作过程的控制监测、调度与变电所操作人员的实时监控，并规范防误操作工作流程。

1 电力手持防误监测系统整体设计①

电力手持防误监测系统(图1)由3部分组成：上位机调度管理、数据通信和手持设备终端子系统。上位机调度管理子系统采取B/S模式，包括防误规则预报、变电所工作票查看及变电所工作进度查看等子系统。应用B/S模式又分为3层：调度管理层——根据调度人员的需求开发为基于浏览器的客户端；Web服务层——接收来自现场工作人员的要求，然后访问数据服务器层，同时将这些数据传回给调度管理层进行显示或其他操作，笔者设计采用ADO.NET或ODBC等方式对用户所需数据进行存取；数据库服务器层——各种数据库服务器。数据通信主要完成PDA与服务器主机之间的数据通信，通信则是通过GPRS网络实现远距离或通过Wi-Fi实现近距离局域网内的操作令票下达和现场操作进度回传。

现场操作员通过PDA获得由调度人员发出的操作令票，然后执行输电线路上的操作。由贴在现场设备上的条形码结合手持设备从数据库提取信息，完成判断和防误提醒的操作，每操作完一步后通过GPRS无线网络回传给调度相关信息，如图2所示。

图1 电力手持防误监测系统组成

图2 手持防误监测系统操作示意图

2 系统功能

2.1 手持设备终端子系统

2.1.1条形码扫描功能

电力手持防误监测系统是以条形码为唯一判断标识进行数据交互，所以条形码扫描功能为整个系统的核心。条形码扫描电路采用了Symbol SE950/SE955袖珍型扫描引擎设备，目的是提供更宽的扫描范围，而不受照明或条码符号的限制。这样操作人员可以轻松地获取安装在线路操作设备上的条形码信息。

2.1.2语音提醒功能

防误系统中除了简单的文字和图形防误提醒以外，还设计了语音提醒功能，通过清晰简洁的语音提醒可以使得防误信息准确传达。在每一台PDA手持设备的后台都有一个语音提醒文件夹，文件夹里每一个存储了操作内容的音频文件后都同时设置了一个声音索引，通过对音频文件的索引就可以让手持设备方便地进行寻找，从而解决了将不同防误操作步骤与相应的语音提醒进行匹配的问题。

2.1.3无线通信功能

无线通信功能可以实现电力调度监控中心和变电所工作人员之间的无线通信。电力调度监控中心和变电所工作人员可以相互以短信方式联系。同时变电所工作人员也可以实时向调度监控中心发送数据，电力调度人员则可以实时监测变电所人员防误操作流程的进度和准确性。

由于手持设备端没有固定的IP地址，所以在进行TCP/IP通信编程时，采用先由手持设备端与服务器端建立TCP/IP连接，然后进行通信的方法。结合该系统，在服务器上先打开一个后台服务程序，服务程序监听访问指定端口的远方手持设备，一旦连接就可以进行数据传输，其程序流程如图3所示。

图3 手持设备的程序流程

2.1.4手持设备三防功能

由于手持设备是用于野外线路故障检修的，所以手持设备的三防功能(防水、防尘和防摔)设计就显得尤为重要。该设计的出发点是通过设计和材料工艺的综合选用来达到防水、防尘和防摔的目的。其中防水和防尘功能是通过密封处理和特殊材料，采用隔离方式，将水和灰尘阻挡在手持机之外；而防摔功能则是通过设计和材料的选用，来增加手持机的强度和抗摔能力。

2.2 电力调度上位机系统

电力调度上位机系统的主要功能是防误规则的管理、防误操作规则流程的实时监控、日常防误信息、防误提醒、调度用户管理和变电所令票管理。由于电力调度上位机系统的功能较多，模块间的关系也比较复杂，笔者应用模块化思想从整体到局部对整个系统进行详细设计。

2.2.1防误实时监测功能

防误规则流程实时监测的功能是实现与现场PDA手持器进行远程数据传输，将现场整个防误规则流程对应的条形码作为唯一判断标识信息传回调度，调度通过判断条形码正确与否来判断现场工作人员的进度，达到实时防误监测的目的。防误实时监测功能整体由简洁明了的文字防误提醒、简单易懂的图形防误提醒和准确清晰的声音防误提醒组成，从而达到及时、准确的防误提醒监测。

2.2.2日常防误信息提醒功能

日常防误信息提醒功能包括故障停电防误提醒、计划停电防误提醒、线路图更新防误提醒、下发通知提醒和倒闸操作防误提醒，每个防误提醒包括对日常防误监测内容的添加、修改、删除、查询及附件下载等简单功能。在数据汇总表上有清晰明了的颜色提醒，和简洁方便的文字规则内容提醒。其查询功能设计了防误类型关键字查询、防误时间点查询和防误任务时间段查询，方便了调度人员的日常防误操作。

2.2.3后台接口服务功能

后台接口服务功能是采用移动中间件技术，实现PDA与上位机服务器的架构桥梁，PDA将现场工作人员扫描条形码的数据信息通过无线通信传送到服务器上，信息经过后台接口服务将其接收并写入服务器的数据库，这样调度操作人员就可以及时看到防误监测信息。后台服务工作流程如图4所示。

3 系统实现

3.1 系统软件开发与运行环境

电力手持防误监测系统的软件是基于.NET平台开发的，开发工具为Visual Studio 2008，采用C#语言编程。数据库采用Oracle11g数据库。服务器端为Windows7系统的PC机，PDA操作系统采用Windows CE6.0。因此，对于智能设备的开发需要搭建PDA的WM5.0开发环境，其他需要在PC服务器安装的有IIS服务器、上位机所需文件及后台接收服务文件等。

图4 后台服务程序流程

3.2 现场应用

电力手持防误监测系统已完成了整套系统的设计及其相应的功能模块，包括手持设备按现场要求完成了GPRS、Wi-Fi通信电路模块的设计；键盘和触摸屏的设计；条形码扫描和解码电路模块的设计等。在外观定制上，按照国家有关标准实现了防水、防摔及防尘等要求。在现场环境中进行测试时，根据现场的实际情况调整了扫描光束的持续时间和强度。完成了手持设备嵌入式程序开发。实现了调度端对手持终端的领票发送和数据回传。针对不同的网络环境开发了Wi-Fi通信程序和GPRS通信程序。通过对变电所线路状态转换的调研，建立了条形码和与现场线路对应的数据文件系统，以方便维护和修改。实现了条形码扫描后的逻辑判断与语音文字和图形的提醒。通过严格的操作流程实现了防误的目的。完成服务器端后台程序的开发。由于手持设备硬件条件的限制，通过服务程序的开发来帮助手持设备读、写远程服务器中数据库中的内容；同时通过服务器程序向手持设备端发送有关的票据信息。

12216#变电柜的中51排干线开关道闸操作的条形码摆放如图5所示，变电柜上有若干防误条形码，若干条形码也就代表此变电柜的常规流程操作有若干步骤，只有通过用手持设备对正确流程相对应的条形码进行扫描才能减少误操作的可能性。

图5 开关道闸操作条形码实际摆放

4 结束语

笔者开发的电力手持预报监测系统，是在移动终端设备上，结合电力业务需求开发的标准化系统。通过分析电力抢修等工作流程，开发出手持预报监测终端；在终端设备中结合WINCE嵌入式技术、无线通信技术和条形码识别技术，实现手持设备上的操作流程防误提醒、语音防误提示、防误工作票据查询及防误操作数据输出等功能；上位机电力调度软件系统结合C#语言，利用.NET服务器技术、AJAX异步通信技术和TCP/IP的远程数据通信技术，实现了日常信息防误提醒、防误规则管理、防误规则流程实时监测及数据传输接口等功能。整套系统的实现使得电力系统的工作更加高效，减轻了工作人员的劳动强度、减少了误操作次数、提高了工作质量，同时加强了安全系数。