智能低压配电系统运维服务平台与自动化组态的研发与应用*

温 欣, 胡 敏

(上海电器科学研究院, 上海 200063)

0 引 言

2020年10月14日,工信部、应急管理部联合印发《“工业互联网+安全生产”行动计划(2021—2023年)》(以下简称《行动计划》)[1]。《行动计划》明确了行动目标:到2023年年底,工业互联网与安全生产协同推进发展格局基本形成,工业企业本质安全水平明显增强;一批重点行业工业互联网安全生产监管平台建成运行,“工业互联网+安全生产”快速感知、实时监测、超前预警、联动处置、系统评估等新型能力体系基本形成。由此,在低压电器行业要做到安全生产,高效运维就显得至关重要。

本文主要介绍针对低压电器行业开发的一套智能低压配电系统运维服务平台,以及平台中组态功能的研发与应用,该平台可以实现快速感知、实时监测、超前预警、告警通知等功能,其中的组态功能可以方便运维人员日常维护与监测,在提供安全与便利的同时,更有效地提高运维人员的工作效率,极大地减少人力成本和消耗。

1 智能低压配电系统运维服务平台

1.1 传统电力行业运维工作的缺点

在电力行业中,传统的变电站、配电房等重要的电力场所,运维都是核心工作。运维人员需要负责电力设备每周7×24 h的运维监控管理,倒班方式常采用“上一休二”的方式,在岗之间通常长达24 h。运维人员需要在值班期间,定时定点的到现场对设备进行巡检,长时间的人力维护工作,容易导致运维人员疲惫不堪,还容易让运维人员放松警惕,导致事故发生。

传统的运维方式[2]缺少超前预警和实时告警等手段,关键数据的记录也不够完善,容易导致运维人员未能及时发现问题,或者因为缺少关键数据导致问题排查困难。

随着行业发展和科技进步,传统的运维方式已经不能满足日益增长的运维需求,需要一个更加智能、便捷的运维方式,在减轻运维人员压力的同时做到运维的高效和安全。智能低压配电系统运维平台就是一个为低压电器行业智能配电场景的运维人员量身打造的运维服务平台。

1.2 智能低压配电系统运维服务平台在低压配电系统下的应用

智能低压配电系统运维服务平台是一个根据“低压配电系统运维场景”为运维人员量身打造的监控系统,在日常工作中协助运维人员管理监控设备,运维人员可以通过平台直观地看到电站概况和电力监控信息。

(1) 电站概况。

通过可视化看板的方式呈现变电站的统计信息:包括用户名称、电站容量、电压等级、安全运行天数、电量总览、最大负荷、最大需量、日负荷曲线、日需量曲线等,让运维人员快速方便地了解到站点的基本运行情况,提升了运维人员的工作效率。电站概况如图1所示。

图1 电站概况

(2) 电力监控。

通过组态图实时监测变电站用电情况,画面响应遥信变位、遥测越限报警,点击某个配电回路后可以查询该配电回路的各类详细用电参数,包括三相电压、三相电流、功率、频率、功率因数等实时值和历史数据,以及设备的基本信息、缺陷记录、工单记录、告警记录等。

电力监控如图2所示,运维人员可以通过此功能在值班室全面了解到站点设备运行的情况,大大减轻了运维人员的工作强度。设备运行的实时数据如果触发了告警,页面会提醒运维人员,达到预警的效果,运维人员可及时定点排查问题。

图2 电力监控

2 传统组态的研究与分析

2.1 传统组态的使用

组态图中呈现了站点下的机柜、回路以及设备的一些基本信息和实时遥测等信息,可以通过点击某个配电回路查询该配电回路的各类详细用电参数和遥测的历史数据,以及四遥的全部信息。通过组态图可直观地监测到设备的运行状态,为运维人员的工作提供了极大的便利。

智能低压配电系统运维服务平台虽然使用了在线云组态技术[3],省去了用户安装传统组态软件的繁琐,但云组态技术采用的是人机交互的方式。组态图的搭建需要在画布上,通过人工手动拖拽,将实体(机柜、回路、设备)对应的多个图标拖拽到画布上,再进行手动的挪动、连线、拼接,“组装”出想要展示的组态图,然后对每个实体进行数据的绑定,设置对应的数据源和实体信息,以及文字中动态显示的遥测变量信息,最终形成完整的组态图。

2.2 传统组态的特点

传统组态图的绘制需要画图人员对站点下的实体数据之间的逻辑与层级关系有着详细的了解,并且要知道每一个电力图标所表达的意义,同时需要有一定的耐心,因为在图标的拖拽与拼接中要保证线条的完美连接需要反复调整。

当站点下的实体数据过多时,需要绑定的数据源信息同样也是一个很大的工作量,虽说完成后的组态图会为运维人员带来极大的方便,但是传统组态的画图工作也是一个较复杂的工作,而且人工操作进行数据绑定的过程中就有可能存在绑定错误,需要反复地检查核对数据的准确性,这些都是传统组态的使用上的不便之处。

3 自动化组态的研发与应用

3.1 自动化组态的研究意义

如上所述,传统组态图及其配置需要人工的拖拽和配置参数才能对设备进行实时的监控,而且画图过程中需要反复的核对数据。为了减轻初始化的准备工作,提出了自动化生成组态图的需求,根据站点下已知的机柜、回路和设备信息,进行一键生成站点组态图的功能,同时实现数据的绑定,自动生成的组态图。这样既省去了人工的拖拽和繁琐的绑定工作,提高了工作效率的同时,也确保了数据的准确性。

3.2 自动化组态的实现与应用

要想实现自动化组态[4],就要先研究组态图的底层数据结构和数据绑定逻辑,对其分步骤展开研究与实现。

(1) 组态图的拆分。将站点下的完整组态图进行拆分,实现从站到机柜,从机柜到回路,从回路到设备的分步拆解,按照不同的机柜类型获取到相应的组态图形,原子图合集如图3所示,实现了组态图的原子化拆分,对应的组态图将其称为原子图。

图3 原子图合集

(2) 原子图的数据处理。将上述原子图分别导出,然后对数据进行精简,抽取出必要数据和固定值数据,最终获取到相对应的Json数据,并将原子图的坐标以左上角为基础归于原点,方便后续的自动拼接。

(3) 绑定数据的获取。研究组态图中的数据绑定逻辑,找到原子数据与数据源和实体的对应关系。在平台上可根据站点获取到真实的机柜、回路以及站点信息,根据这些数据的关联关系和层级关系,可封装出组态图所需的数据源集合和实体信息的集合。

(4) 自动组态的实现。通过原子拆分和绑定数据获取后的封装结果,得到了每个原子数据和其对应的绑定数据信息,最后就是将这些信息自动生成到画布中去,根据站点下机柜、回路和设备的层级嵌套关系,依次进行原子数据的拼接,同时计算并设置每个原子图的坐标信息。实现最终完整的组态图。

(5) 自动组态的应用。在站点列表中添加一键生成组态图的按钮,点击按钮,传入站点的ID,便可在后台自动生成该站点对应的组态图。只需要一键操作,就可自动生成完整的组态图,自动组态如图4所示,如若对自动化生成的组态图的部分细节不满意,只需进行简单的手工调整。

图4 自动组态

3.3 自动化组态的优势与改进

(1) 优势。自动化组态一定程度上减少了熟悉图标及含义、拖拽画图和绑定数据的繁琐工作,节省了智能低压配电系统运维监控的前期准备工作时间,同时也确保了绑定数据的准确性。使得组态图整体看起来更标准与规范化,可以说自动组态的一键操作实现了传统组态80%～90%的工作量。

(2) 改进。组态图的坐标是根据数据的层级嵌套关系来计算的,存在一定的规则性,与真实的实体(机柜、回路、设备)连接会有一定的出入,后续的改进可以考虑将实体的相对坐标和连接关系融入实体属性中去,这样生成的自动组态图就能更加贴合配用电应用场景下实体的实际连接情况,使得组态图的可视化能力更强。

4 结 语

智能低压配电系统运维服务平台和自动组态的功能已经切实应用到实际的配电站和箱变中,节省了人力和物力资源的消耗并提高了运维的效率。

随着工业互联网迈入快速成长期,电力行业对于智能运维的要求也会越来越高,如何研发更高效、更全面、更智能的运维平台将是今后努力的方向。智能低压配电系统运维服务平台也将在电力行业为更多的运维人员服务。