风电叶片制造车间配电线路巡检系统设计

2022-04-01侯振江赵丽娜

电声技术 2022年1期

侯振江，赵丽娜

（1.中材科技（锡林郭勒）风电叶片有限公司，内蒙古锡林浩特 026000；2.大连科技学院电气工程学院，辽宁大连 116052）

0 引言

传统的配电网系统通常采用打卡记录的方式进行巡检，工作效率较低，且对于配电线路的巡检结果准确率较差，实际运行的效果不理想，在巡检中容易出现信息不对称的情况[1]。因此，本文提出风电叶片制造车间配电线路巡检系统设计，通过本文的设计，提高配电线路巡检的工作效率，保证巡检结果的准确率，提升风电叶片制造车间运行的安全性与可靠性。

1 系统硬件设计

巡检系统的硬件包括采集装置与各类服务器。采集装置通常采用内存容量较大的摄像头设备，对摄像头的分辨率要求较高，主要负责采集车间配电线路的图像数据，实现不间断的监控[2]。设置巡检系统的中央处理器内存大于Flash 4 GB，支持相应的扩展卡与无线协议，显示屏尺寸为5.5 英寸，采用IPS 硬质屏，具有蓝牙、USB 接口，能够实现硬件的二次开发。移动应用端与服务器中心采用M/S（Mobile/Server）技术架构，通信服务器采用C/S（Client/Server）技术架构，能够负责应用端与终端之间的数据传递工作，接收并发送配电线路巡检的相关数据信息，采用GIS 图像编辑器编辑电网线路设备数据，进行配电线路数据信息变化的图像管理。

2 系统软件设计

2.1 功能模块设计

本文将巡检系统的功能模块进行了划分，主要分为配电线路图像处理模块、巡检数据管理模块以及信息交换模块，各功能模块的结构如图1 所示。

图1 配电线路巡检系统功能模块结构

2.1.1 配电线路图像处理模块

将采集到的配电线路相关数据信息生成为数据包，将数据包发送到系统内的数据集中器中，基于数据集中器的整合作用，发送数据至中央服务器，通过射频通信的模式传输数据[3]。数据采集操作结束后，图像处理模块会自动对保存好的数据进行预处理，获取配电线路的实时数据信息，基于语义分割算法计算出梯度拟合值，根据空间梯度的变化判断数据是否存在异常现象。

2.1.2 巡检数据管理模块

巡检数据管理模块主要负责接收图像处理模块发送的数据信息，并进行巡检管理。在巡检管理过程中，数据信息出现异常时，管理模块将异常数据转发到客户端。客户端接收后，及时查找异常数据来源，并进行报警提示[4]。当管理模块转换的数据无误时，接入巡检系统进行统一分类管理，根据配电线路的采集时间进行分类，最终上传到巡检系统的数据库。

2.1.3 信息交换模块

信息交换模块的主要作用是为工作人员提供对外接口，客户端能够通过信息交换模块进行巡检的远程预览。设置信息交换模块的数据管理性能，连接客户端与系统数据库，保证数据信息的交互功能正常运行。

2.2 巡检系统数据库设计

基于上述巡检系统的功能模块设计完毕后，对系统的关系型数据库进行相应设计。由于风电叶片制造车间配电线路较长，对制造车间的配电线路进行区域划分，并建立数据库。各个区域与设备之间存在相互影响的关系，根据设备数据的E-R 关系构建的巡检设备数据库表如表1 所示。

表1 为本文构建的巡检系统设备数据库信息表，其中，摄像头用于实时采集配电线路视频数据，采集器能够将所有采集到的信息上传至系统的终端服务器，保证风电叶片制造车间区域与设备之间的对应关系，保证巡检系统数据库的完整。

表1 巡检设备数据库信息表

2.3 设计巡检系统通信协议

巡检系统的通信协议是保证数据传输的重要环节。本文的巡检系统通信协议，主要根据传输数据的形式以及类型进行设计[5]。采用32 位长度的数据表示通信协议编码，首先对命令帧的内容进行设置，控制其能够对数据库中的数据进行修改操作；设置数据消息帧能够传递服务器与交互界面的消息，保证服务器与界面之间的连接。采用TCP/IP 通信协议实现风电叶片制造车间配电线路巡检系统之间的通信，在服务器与终端间建立实时通信端口，绑定匹配的IP 端口，根据通信协议对数据包进行解析操作，处理通信传输的各项配电线路数据。

3 实验测试

3.1 测试准备

实验主要测试系统的服务器与数据包之间的连接关系，保证异常信息传递的效率。选取4 种不同类型的故障配电线路，测试巡检系统对于线路异常的识别功能是否良好。根据风电叶片制造车间配电线路的空间梯度特征，帮助系统判定配电线路的异常状态。控制配电线路的图像突变次数，设置图片的像素尺寸为1 280×968，开启系统的巡检功能，进行智能巡检。设传统打卡记录的巡检方式为对照组，本文研究的智能巡检为实验组，进行巡检对比实验。

3.2 结果分析

对比两种巡检方式的平均交并比（Mean Intersection over Union，MIOU）值，MIOU 值越大，说明系统对于配电线路巡检的结果越精确，MIOU 计算公式为：

式中：k为配电线路断股细丝宽度，i为线路数量。随着配电线路断股细丝宽度的不断变化，MIOU 值对比结果如表2 所示。

如表2 所示，保持配电线路不变，调整配电线路断股细丝宽度。随着断股细丝宽度不断变化，本文提出的配电线路巡检系统的MIOU 值不断升高，且较传统巡检系统存在较大差距；传统的巡检系统MIOU 值变化较不稳定，且整体均值较低。由此，证明本文提出的风电叶片制造车间配电线路巡检系统的巡检结果更加准确，更加适用于配电线路的巡检工作。