水电站机电设备监控系统的设计与实现

2021-01-21田治国

设备管理与维修 2021年12期

田治国

（甘肃机电职业技术学院，甘肃天水 741001）

0 引言

水电站机电设备处于较为复杂的环境中，在实际运行过程中容易受到不利因素影响，出现一些问题。为此，加强机电设备监控系统设计研究很有必要，实现对机电设备运行的监控，确保其处于正常状态。结合水电站实际情况，制定出科学合理方案，保证系统功能实现，不断提高电力生产效率和质量。

1 水电站机电设备监控系统设计原则

机电设备监控系统设计要遵循安全、可行、经济、高效的原则，确保满足实际需求，在运用中可以发挥出有效作用。从用户需求出发，优化设计理念，体现出较强针对性，保证效果落实。系统要采用集中控制、统一管理方式，有效利用先进技术，保证高效运行。考虑到水电站机电设备监控系统操作都是由非专业人员完成，因此要对软件布局和结构设计进行优化，保证用户在较短时间内可以熟练操作[1]。

为了保证监控的有效性，必须要保证数据信息快速、准确传递。如果信息出现延迟，则无法反映出机电设备的工作状态，很有可能引发安全事故。因此，要求系统具有稳定性和高效性，增强对外界环境的抗干扰能力。考虑到系统最大承受能力，保证信息处理的有效性，具有较强能力和足够快的速度。将系统安全放在第一位，保证用户资料的安全性，同时做好数据备份，数据出现损坏时可以有效恢复。

系统开发技术已经趋于成熟，前期投入较少，综合效益较高。因此，机电设备监控系统开发具有重要意义。分析系统特点，在实际安装、使用、维护过程中操作都非常简单，人员只需要学习就可以熟练操作，保证系统发挥出有效作用，为机电设备监控提供支持[2]。

2 可行性分析

为确保设计系统应用到实际中，开展可行性分析很有必要，可以降低系统开发的风险性，获得最佳效益。

（1）从技术角度进行可行性分析。设计系统采用C/S 架构，开发语言选择基于NET 的C#语言，数据库选用SQL Server 数据库。分析发现各项技术目前都比较成熟，应用在实际中可以取得良好成效。因此，从技术层面看，系统设计是可行的。

（2）从经济角度进行可行性分析。除了系统开发成本外，还要考虑系统实施后带来的经济效益。机电设备监控系统成本主要包括研发费用、维护费用等。系统投入使用后，可以实现对机电设备的远程管理、状态监控等，大大提升系统自动化水平，减少人力资源投入，具有较高经济效益。通过对比发现，系统应用带来的经济效益要远大于系统开发成本，因此可行。

（3）从操作角度进行可行性分析。机电设备监控系统功能模块划分合理，整个流程清晰、合理，具有人性化特色，可以满足用户使用要求。对系统操作过程中会给出相应提示，即使不是专业人员，在提示下也可以进行操作。因此系统具有很强的可操作性，符合实际使用需求[3]。

3 系统功能需求分析

（1）登录功能。需要对用户名、密码、权限进行验证，确保准确无误后才能正常登录，不同身份用户会登录到相应的管理功能模块。

（2）实时监控功能。是水电站机电设备监控系统的核心，采集设备工作参数，并且通过通信程序实现数据的交换。

（3）智能通信功能。目前常用通信手段较多，都可以满足实际需求，根据实际情况选择合理的通信接口，保证可以实现对机电设备运行状态的监控。

（4）报警功能。为保证报警功能的有效性，需要进行科学设置，重点是阈值标准的确定，作为判断事故是否会发生的参考依据。超过阈值便认为发生事故，报警系统启动，阈值包括上限和下限。报警会通过声音、图像等方式，使得人员在第一时间处理问题，保证系统处于正常工作状态中[4]。

4 水电站机电设备监控系统的设计

4.1 总体架构设计

本文研发的水电站机电设备监控系统采用C/S 架构，其中，逻辑架构分为数据层、业务层和应用层，维护简单。在实际开展维护时，不会受到其他因素影响，可以实现数据的访问和资源共享。但是也存在不足之处，对网络依赖性较强。通用协议和私有协议有各自的优点和缺点，本文采用通用协议，让用户访问更加方便，可以随时随地获取资源。数据层功能是负责数据库访问，是机电设备监控系统的底层，为数据通信安全性提供保障。业务层功能是数据处理层，满足对数据的有效处理，展现在用户面前。业务层起到承上启下的作用，基于体系构造的特点，要求机电设备监控系统在设计中要遵循分层设计原则。应用层可以满足用户的需求，创建出稳定、安全的操作环境，用户可以实现对监测设备的远程控制，并有效处理数据。数据层、业务层、应用层共同构成了设计架构。

4.2 功能模块设计

机电设备监控系统在水电站运行中发挥着重要作用，对具体工作状态进行监测，及时处理发现的问题，有助于提高运行效率。功能模块设计包括登录、监控、通信、报警等功能需求，构建出完善系统，设计时遵循模块化最大化原则，可以提升功能的聚合性，从而优化系统扩展性。

（1）登录模块是基本功能模块，对于系统安全起到关键作用。用户在登录时需要输入用户名和密码，在正确情况下才能进入下一界面进行操作，为系统安全性提供保障。

（2）实时监控模块设计。对监控数据可以起到管理作用，显示实时数据，可以准确反映出机电设备工作状态。WMI 技术提供了一种开发接口，实现对计算机系统资源的监管。另外监控模块还可以向机电设备发送遥测信号，实现机电设备的有效操作。

（3）通信模块设计。确保满足通信的要求，包括外部和内部两个方面，其中内部通信是指水电站站内计算机之间监控系统的互相通信，外部通信是指监控系统与外部网络之间的通信。

（4）报警信息模块设计。主要作用是在机电设备运行发生异常情况下，可以发出报警信息，便于及时检修，恢复正常状态。常见问题有设备无响应、设备链路不通等，报警信息会通过声音、图片等多种方式提醒工作人员。建立故障报警系统，当水电站机电设备出现异常时，系统会自行判断，将故障类型记录到数据库中。设备处于不正常状态时，系统可以在第一时间作出判断，并将具体信息记录下来。故障发生后由专业技术人员进行修复，并记录整个过程。

4.3 数据库设计

本文采用SQL Server2012 数据管理系统，具有很强适用性，运用到水电站机电设备监控系统，可以满足实际需求。SQL Server2012 数据管理系统具有非常强大的关系型数据处理能力，同时具备数据库管理功能，和互联网联系起来，再运用先进技术，会有效增强数据库功能。

4.4 硬件设计

终端计算机设备要求具备良好稳定性，为实现这一目标，服务器性能应该满足相关标准。硬件质量直接关系到系统运行，因此，水电站要加大这方面投入，保证硬件的高质量、高性能，更好应用在机电设备监控系统中[5]。

4.5 接口设计

如果直接访问数据库中的信息，会存在一定安全隐患，对系统正常运行产生不利影响。运用接口后可以得到改善，不用直接连接数据，提升了系统安全水平，而且模块之间相互独立。接口主要作用是数据信息传输，将各模块连接在一起。根据接口类型可以分为服务器和服务适配器。用户接口将系统和操作人员联系起来，实现了有效交流。接口可以用语言来描述，需要注意的是保证语法之间相互独立。每种用户接口具有独特性，由接口的数据结构决定，但从目前情况来看，现有工具函数无法满足实际需求，因此要采用专门语言。

4.6 安全设计

安全是保证机电设备监控系统正常运行的重要保障，是系统的基本需求。开展安全设计时，要综合考虑，以确保不同类型服务器的安全性。安全设计要围绕用户进入系统的机制进行设计，任何用户进入到系统时都要使用用户名和密码来验证，完成验证后用户会获得对应的角色ID，这样就实现了系统的安全性。用户名和密码采用加密方式存储在数据库服务器中。数据库服务器、文档服务器和身份认证服务器相互独立，保证了系统安全性。

5 水电站机电设备监控系统实现

5.1 登录模块的实现

登录水电站机电设备监控系统时，需要验证用户名和密码才能进入到下一界面。用户认证提交用户请求后，系统会进行检查，登录状态和没有登录会进行不同的操作。在进行验证时，先要检验是否有相应用户，如果有就需要输入密码，检验其登录凭证。如果发现没有对应的用户，就返回提示信息，需要输入正确密码才可以，实现继续操作。系统登录有效保证了系统安全，对用户身份进行识别，可以防止非法用户对系统的操作。但是登录验证方式可能会发生密码被盗窃的情况，考虑到这一点，要对密码进行加密处理，保证密码在存储和传输过程中都是密文数据。

5.2 监控模块的实现

监控模块是水电站机电设备监控系统的核心，对遥测量、遥信量等数据进行采集、整理、分析，可以准确掌握设备的运行状态。有效运用监控模块，选择相应的机电设备就可以获得准确数据信息。另外还可以实现机电设备的复位、对时等操作，人员通过远程管理来完成，具有方便、快捷的优势。监控功能模块除了能对各机电设备实现监控外，还可以将不同设备的同一参数进行对比分析，找到其中的规律。