移动作业与红外热像一体化平台

杜强 刘凯 吴强 张利群 宋士贤 仲浩

(国网山东省电力公司,山东济南 250001)

移动作业与红外热像一体化平台

杜强 刘凯 吴强 张利群 宋士贤 仲浩

(国网山东省电力公司,山东济南 250001)

移动作业与红外热像一体化平台,主要是对断路器、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、绝缘子串、组合电器、低压电器、二次回路等电器设备,通过红外热像技术,借助于移动作业平台,将采集的设备温度数据实时传入生产管理业务系统。本文简要介绍了该系统平台的设计方案、设计原则和解决的关键问题。

移动作业 红外热像

1 概述

随着现代红外技术的不断成熟和日臻完善,红外诊断技术使用,已成为电力行业状态检验的有效手段。电力系统的设备,都与热有着密不可分的联系,从安全经济观点出发,进行设备热状态的在线监测,是至关重要的。红外非接触测温技术正好满足了电力生产设备在高温、高压、高速旋转、高电压、大电流运行状态下的测温要求。由于红外诊断技术在准确判断设备故障、有效降低维修费用和保障安全可靠供电方面往往有着立杆见影的功效,所以它在电力系统中得到了很广泛的应用。红外诊断技术也成为了电气设备可靠性分析、故障预测和改革维修制度的有力工具。

PMS生产管理系统经过几年的建设,基本覆盖了覆盖输、变、配等专业的台账、缺陷、运行、检修、两票等基础功能,大修技改、状态检修、配网工程、输电GIS等业务功能模块。实现了生产流程全程管控,生产业务全面覆盖,生产人员全员应用,系统应用水平得到全面提升,通过了国网实用化评价验收。但是PMS系统作为一套覆盖电力生产各个环节的管理系统,在电力工作现场却无法发挥作用,现场工作的工作记录、缺陷、工作票填写内容等都需要记录后回办公室再补充至PMS系统,不但工作实时性无法保证,也加大了工作量,最关键的,工作现场的第一手数据无法准确、实时的传送至管理层。移动作业系统的就要就是为了把PMS的工作现场从办公室延伸至电力工作现场,工作任务分派、工作票执行等工作信息实时的发送到现场工作人员手中,并将工作状态、完成情况及现场工作环境情况实时传送至管理人员手中,以便管理人员及时作出任务调整及工作安培,彻底改变了目前分工、工作、汇报、再分工的工作机制,做到管理人员与工作现场的紧密结合,节省大量的沟通时间进一步提高工作效率。特别是红外测温的开展,移动作业的应用非常重要,因为红外测温的设备范围、测量数据量非常大,如果依赖人员从红外热像设备读取数据,手动的输入生产管理系统,工作量非常大,数据的准确性、及时性都能保障。

图1

图2

只有通过移动作业这个“桥梁”,打通红外热像仪与生产管理系统的通道。通过自动化技术,将红外测温数据,实时的传入生产管理业务系统,满足各管理需要,保证数据的准确性、完整性及时性,同时也大大节省用户工作量,提升了工作效率、提高了工作质量。

图3

2 总体设计思路及原则

本系统平台参考了电力系统安全接入管理规范、红外热像技术、生产管理系统建设要求、移动作业平台等相关技术规范,采用国内外先进技术,满足红外热像测温要求,安全及信息接入规范。系统包括红外热像、移动作业、设备识别、安全接入四部分内容,各个部分相对独立,每部分可以自成系统,均可视作“移动作业与红外热像一体化平台”的子系统。系统平台所涉及的系统配置方案、技术性能指标、通讯网架结构等完全满足相关规范,保证平台监控、管理功能的实现,并满足设备扩容及系统功能扩展的要求。

2.1 高安全性原则

在电力系统数据安全是非常重要的,如何将外网数据进入内网,如何保证移动终端的数据不流失等等。保证数据安全的措施、方法及技术手段都有充分考虑。同时平台故障的隔离和排除提供快捷的技术手段。平台的重要单元或单元的重要部件应为冗余配置,保证整个系统功能的可用性不受单个故障的影响。

系统平台所选的硬件设备应符合现代工业标准,在国际移动终端、热像仪硬件领域占主流的标准产品,所有设备具有可靠的质量保证和完善的售后服务保证。各厂家的软、硬件产品应遵循共同的国际或国内标准,以保证不同产品组合一起能可靠地协调工作,具有方便可靠的备份与恢复整体解决方案。

2.2 可扩展性原则

系统平台须具有很好的软、硬件扩充能力,包括可接入不同的红外热像仪、增加新软件功能和系统容量可扩充(包括可接入的设备数量、台账信息等),不应该有设计容量上的限制,从而能使系统可以整体设计、分步建设投运、逐步扩充、逐步升级,以满足实际情况不断发展的要求。

具备开放性、构件化的系统架构平台,以利于在架构之上,进行开发和实施,便于维护人员和软件人员进行维护和二次开发。

2.3 可追溯性原则

系统平台具备完整的设备参数记录、测量记录等数据的存储功能,一旦出现问题可以迅速追溯原因。要求系统不但能正确在线实时传输测量数据,同时也可以支持离线导入等相关要求。

2.4 易操作性原则

系统平台人机界面操作简单明了,易于掌握,反映迅速。采用分布式的模块化设计,确保单一模块故障不会影响模块正常运行,维修方便。

3 系统设计方案

3.1 平台基本功能

本系统平台主要功能是对断路器、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、绝缘子串、组合电器、低压电器、二次回路等电器设备进行红外测温数据,通过设备识别模块来解决测量数据与设备台账建立关联关系,通过移动终端实时与生产管理系统进行通信。移动终端与生产管理系统的通信必须满足电网安全接入管理要求。

3.2 总体功能架构

从功能角度移动作业与红外热像一体化平台的整体功能架构分为两层,移动作业主站与移动作业设备。

移动作业主站以移动作业平台为核心,生产管理系统为数据支持,承担人员权限管理、任务管理、设备管理、数据抽取及保存等管理功能。

移动终端由多种工业智能手持设备、红外热像仪构成,承担任务解析与执行、工作记录、数据加密、设备识别、红外热像采集等业务功能,结构如图1所示。

3.3 功能模块

3.3.1 移动作业主站主要功能

(1)任务发布与监督管理。在移动作业主站中选择一系列的红外测温工作任务,如:变电巡视、线路巡视、站房巡视等工作等,指定工作设备、工作人员,生成待处理任务。

工作相关的设备数据、铭牌信息、相关设备的工作情况均自动打包下载至移动作业终端。

对于已经下发的工作任务,在生产管理系统端可以从工作完成情况、设备使用情况两个方面监督当前工作的完成情况。工作任务方面,可以查看当前人员实时回传的测温记录、进行过的查询信息,设备使用方面,可以通过GIS平台查看设备运行轨迹及当前位置。通过两方面在总体上把握各个工作组的工作情况。

(2)历史工作查询。每次移动任务下发后,原始下发数据、查询数据、回填工作数据、工作位置、工作人员信息等都会以历史版本的形态保留,存档时间通过移动作业平台配置系统可根据需要进行调整。可根据工作班组、人员,时间段,电力设备几个角度单独或组合查询历史工作任务。

(3)终端设备管理。在生产管理系统中,建设相应的移动作业设备管理模块,针对各个设备当前的设备工作情况,工作任务情况,设备、人员的配备情况等进行逐一监控,并可以远程针对某台设备进行任务终止、数据锁定、数据清除等一系列的数据安全保护工作。

3.3.2 移动终端主要功能

(1)任务接收与执行。在移动作业终端接收到主站下发的任务后,根据指定工作设备,根据红外测温管理要求,开始进行红外测温工作。如果测量过程中发现异常,通过缺陷管理模块,填报相关缺陷记录。

(2)到位监督管理。根据移动终端的GPS功能,可以对终端到达的位置进行轨迹回放,定位召唤。对红外测温工作任务管理,达到了很好的监控管理手段。

(3)设备信息及历史查询。在移动终端可以对工作任务范围内的设备的台账信息、工作任务信息、测温记录等信息进行查询。

3.3.3 设备识别

通过红外线识别条形码技术,将现场的设备编码与生产管理关系的编码建立对应关系。在红外识别条形码获取到设备的条码之后,终端服务模块通过访问数据接口得到现场设备编码,然后在终端数据库检索生产管理系统的设备编码,找到生产管理系统对应的设备编码。设备识别为红外热像测量记录做好设备信息对应关系。

3.3.4 红外热像

通过红外热像技术,测量设备温度,借助设备识别功能将测量记录与生产管理系统设备建立关联关系。通过移动终端,将测量数据实时传入生产管理系统,实现了从测量记录获取、设备识别、数据传输自动化服务,并且保证了数据获取的及时性、完整性、正确性。并且大大提高了工作效率。红外热像图如图2。

3.4 技术架构

3.4.1 数据来源

数据层是整个体系最基础的数据部分,主要包括生产管理系统数据库和数据库上的数据引擎。

生产管理系统数据库即主站数据库,是存放生产管理系统数据、移动作业数据、平台数据等各种的综合数据库。

生产管理系统数据引擎即建立在主站数据库基础上的数据库引擎服务,数据引擎和数据库共同构建了展现给服务层、应用层等的数据仓库。

3.4.2 应用服务提供

应用服务层有四个方面内容:

生产管理系统应用服务,是生产管理系统最基础的应用服务,主要的业务、图形和数据处理的服务。

生产管理系统接口服务,是生产管理系统与其他电力系统的接口服务,为其他系统提供电力生产最基础的台帐、图形和业务数据;另外,接口服务还为移动终端和移动子站提供与生产管理系统的接入服务。

生产管理系统移动作业服务,是生产管理系统与移动作业平台系统(PI3000Mobile平台系统)进行数据交互的服务,为移动作业终端和移动子站进行数据整理、数据入库、设备注册、设备校验、登录校验等系统校验和系统数据整理的服务。

移动作业平台服务(PI3000Mobile平台系统),是为移动子站、移动作业终端提供平台应用服务的,主要负责为移动子站、移动终端提供任务数据包分发、与生产管理系统数据交互、系统级任务包管理、与安全接入平台联通等服务。

3.4.3 通信网络层

安全接入平台,是隔离电网系统内网和外网的主要屏障,保障电网系统的正常运行。

APN,是移动子站和移动终端的无线接入点。

网络数据通信服务,是对移动子站、移动终端设备接入网络进行数据通信的管理服务。

3.4.4 安全接入平台

国家电网安全接入平台系统主要由安全接入终端层、安全通道层、安全接入平台层、业务访问层等构成,提供移动终端安全认证接入、访问控制、安全数据交换与业务访问等基本功能。

其中安全接入终端层表示了各种移动终端如便携式笔记本、手机、PDA等以及部署于终端上的安全软、硬件模块、移动应用软件模块等。

安全通道层表示由GPRS/CDMA/3G等无线网络承载,并经过移动终端和接入平台间建立加密隧道后形成的安全传输通道。

安全接入平台层是系统的核心和主体,主要由安全接入网关系统、安全交换服务系统、身份认证系统、集中监管系统等组成,完成移动终端从认证接入、访问控制、数据交换、业务访问、集中监控、安全审计等重要功能。通过总部、网省公司、地市公司的三级安全接入平台级联,可实现上下级集中统一配置管理、各种信息的实时交换、终端及设备状态的实时监控等。

3.4.5 移动终端(见图3)

主要包括以下几个方面:

设备状态采集接入,是指移动终端将智能采集终端的数据接入,并提供给业务运行模块进行查看。

GPS导航定位,移动终端可开启GPS装置进行定位导航,并可辅助业务模块进行设备确认。

业务运行模块,主要进行业务作业。

移动作业应用,是移动终端业务运行的主体平台框架,通过其与移动子站或应用服务层联通。

自动采集,红外热像获取设备温度信息。手工录入,缺陷记录。

4 结语

本系统平台应用实现了设备测温记录与生产管理系统实时自动化关联,解决从测量记录获取、设备识别、数据传输自动化服务,并且保证了数据获取的及时性、完整性、正确性,大大提高了工作效率。通过移动终端的GPS功能,可以红外测温工作任务进行跟踪或轨迹回放,达到了很好的监控管理手段。

[1]关于部署安全接入平台的信息运行〔2011〕213号.

[2]Q／GDW 468-2010红外测温仪、红外热像仪校准规范.

[3]国家电网公司生产管理信息系统移动作业应用功能需求规范.

[4]国家电网公司生产管理信息系统与移动终端集成规范.

[5]中国移动通信集团公司《中国移动通信本地网网络管理系统技术规范书》.

[6]GB/T13702-92计算机软件分类与代码.

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

integrated monitoring;data collection;distribution

杜强(1961—),女,山东济南人,研究生,高级工程师,主要从事电力系统生产技术管理工作。