基于微信平臺的環(huán)境輔助監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和應用

余敏+姚勤豐+楊宏斌

摘要：本文通過對電力系統(tǒng)中變電站開關室、繼保室等設備區(qū)域由于運行環(huán)境影響造成設備故障的情況進行分析，現(xiàn)有的管理模式無法及時發(fā)現(xiàn)運行環(huán)境的變化，從而影響設備的正常運行。本文提出了一個的解決方案，依托物聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術設計出一套基于微信平臺的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，通過現(xiàn)場的溫濕度等傳感器采集現(xiàn)場溫濕度、水位等參數(shù)，利用微信平臺推送和分享告警，實時掌握設備運行環(huán)境，及時調(diào)整輔助設施的運行方式，確保設備安全穩(wěn)定運行。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境；監(jiān)控；微信平臺

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0068-02

目前變電站普遍采用了無人值班的運維站管理模式，隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，運維站管轄的變電站數(shù)量也越來越多，運維人員的數(shù)量和素質(zhì)與電網(wǎng)快速發(fā)展的矛盾越來越突出；而且由于近期電網(wǎng)的高速發(fā)展，變電站內(nèi)設備的質(zhì)量參差不齊，許多設備對運行環(huán)境存在嚴重依賴性，因此運行環(huán)境的好壞直接影響到變電站設備的運行可靠性。目前變電站環(huán)境的基本采用原來有人值班時的管理模式，靠運行人員的巡視來完成，但隨著運維站管轄變電所越來越多，這種完全依賴人工巡檢模式已無法滿足設備運行管理的要求，因此必須創(chuàng)新現(xiàn)有的管理模式，利用先進技術手段實現(xiàn)運行環(huán)境的檢測，以提高設備運維管理的效率。

通過基于微信平臺的環(huán)境輔助監(jiān)控系統(tǒng)將改變運行人員無法實時掌握現(xiàn)場設備運行環(huán)境情況的現(xiàn)狀，大大提高對變電站設備環(huán)境的管控能力，無人值班變電站設備運行環(huán)境難以滿足生產(chǎn)需要的情況可大大改觀；同時可大大減少運行人員無效的巡視工作，使運維效率得到有效提升。

1 研究目標

系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術，通過在現(xiàn)場需要人工巡檢的場所安裝溫濕度傳感器等檢測裝置，對可能影響設備運行的環(huán)境數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，如在開關室、電抗器室、蓄電池室溫度異常影響設備運行的場所安裝溫濕度傳感器用以監(jiān)測開關室的溫濕度變化情況，可有效減少運維人員巡視無效巡視次數(shù)，提高巡視的針對性和效果；在變電站容易進水的場所安裝水位傳感器，在臺風或暴雨時及時告警提醒運行人員，可有效提高應急響應的針對性和效率。本項目還結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術，通過手機微信平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測和實時告警功能，可以極大方便運行對告警信息的獲取和分享，為運行人員及時掌握現(xiàn)場運行情況的狀態(tài)以及上報提供依據(jù)。

本項目在基于對物聯(lián)網(wǎng)技術與移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術研究的基礎上，著力于建設一套變電站輔助環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過構(gòu)建的無線網(wǎng)絡來監(jiān)測變電站環(huán)境參數(shù)，在環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常時手機報警及時通知工作人員，保障變電站的安全運行，并且提高變電站輔助監(jiān)控的效率和效果。

2 系統(tǒng)設計方案

本系統(tǒng)分為四層架構(gòu)，即傳感器層、控制層、傳輸層和應用層。傳感器層主要是各個傳感器節(jié)點，對變電站內(nèi)的溫度、濕度、水位等環(huán)境參數(shù)進行采集，然后將采集的數(shù)據(jù)通過中控發(fā)送給中心節(jié)點。該中心節(jié)點即為控制層，收集各點的環(huán)境參數(shù)信息，并進行處理，判斷數(shù)據(jù)是否正常，在數(shù)據(jù)異常時控制執(zhí)行設備調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)，同時通過傳送層發(fā)送報警信息傳送給手機終端，并可接收手機終端下達的控制命令，實時準備控制現(xiàn)場的執(zhí)行設備，傳輸層利用移動通信技術，與移動手機基站無縫對接，可以實現(xiàn)無人值守的功能，通過4G網(wǎng)絡進行信息傳輸，實時掌握變電站環(huán)境參數(shù)，并且在變電站環(huán)境數(shù)據(jù)異常時，接收發(fā)送的報警信息，并且在手機上顯示出來，系統(tǒng)大致結(jié)構(gòu)設計如圖1所示。

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的傳感器

利用物聯(lián)網(wǎng)技術，提高對變電站設備運行環(huán)境的感知能力，結(jié)合信息通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)聯(lián)合處理、數(shù)據(jù)傳輸、綜合判斷等功能。在現(xiàn)場需要人工巡檢或抄錄環(huán)境參數(shù)的場所安裝傳感器，對可能影響設備運行的環(huán)境數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，如在開關室、電抗器室、蓄電池室溫度異常影響設備運行的場所安裝溫濕度傳感器用以監(jiān)測開關室的溫濕度變化情況，可有效減少運維人員巡視無效巡視次數(shù)，提高巡視的針對性和效果；在變電站容易進水的場所安裝水浸傳感器，在臺風或暴雨時及時告警提醒運行人員，可有效提高應急響應的針對性和效率。變電站適用的物聯(lián)網(wǎng)傳感器主要包括溫濕度監(jiān)測、水浸傳感、紅外傳感以及氣象傳感等，所有這些數(shù)據(jù)的采集都需要物聯(lián)網(wǎng)技術的支持，包括傳感器技術、智能分析和處理技術、數(shù)據(jù)融合技術及可靠通信技術。

2.2 組網(wǎng)方式

站端各環(huán)境采集終端設備之間采用ZigBee無線網(wǎng)絡方式進行組網(wǎng)，主要包括：中心節(jié)點組建網(wǎng)絡，各個傳感器節(jié)點申請加入網(wǎng)絡。中心節(jié)點是整個ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的核心，系統(tǒng)接通電源后，建立一個具有唯一ID標識的ZigBee網(wǎng)絡，然后等待傳感器節(jié)點的入網(wǎng)情求，并為每個加入該網(wǎng)絡的傳感器節(jié)點分配一個l6位網(wǎng)絡地址，同時建立一個地址列表，在一定的時間內(nèi)允許傳感器節(jié)點與之建立綁定關系，中心節(jié)點通過不同的網(wǎng)絡地址控制各個傳感器節(jié)點采集變電站環(huán)境數(shù)據(jù)。溫濕度、水浸、煙感、人體感應等傳感設備、鎖控和空調(diào)控制器等設備通過ZigBee HA1.2協(xié)議接入到動環(huán)集中監(jiān)控單元，動環(huán)集中監(jiān)控單元將各傳感器信息保存于服務器，同時可通過云端服務器微信接口推送至手機微信監(jiān)控平臺，實現(xiàn)實時監(jiān)視和告警推送和報警功能。

2.3 系統(tǒng)應用層

系統(tǒng)架構(gòu)總體設計為四層，即傳感器層、控制層、傳輸層和應用層結(jié)構(gòu)，其中應用層又分為兩部分，即PC服務器端，移動（微信）客戶端。其中PC服務器端用于系統(tǒng)配置，數(shù)據(jù)接口以及參數(shù)的修改等管理功能，網(wǎng)絡平臺服務器接收4g網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與手機微信端接口后，工作人員可通過手機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查看，告警信息轉(zhuǎn)發(fā)和分享等功能。平臺服務器部署在電信機房，主要實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的處理與存儲以及平臺設備，運維，工單等功能的配置與管理。該系統(tǒng)應用層主要功能包括系統(tǒng)參數(shù)管理、標準警戒值設置、其他參數(shù)設置；權限管理、角色管理，權限分配等、事件記錄、輔助監(jiān)控、運維管理等，具體應用層功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。endprint

3 主要技術要點

3.1 ZigBee無線網(wǎng)絡通信技術

ZigBee網(wǎng)絡主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它具有簡單，使用方便，工作可靠的特點。通過ZigBee技術構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)多個傳感器節(jié)點與中心節(jié)點之間數(shù)據(jù)傳輸，同時通過控制層的數(shù)據(jù)處理傳輸?shù)綉脤印Ｔ摷夹g已廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的M2M行業(yè)，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居、金融、移動POS終端、供應鏈自動化、工業(yè)自動化、智能建筑、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務、煤礦、石化等領域。

3.2 移動通信技術

移動通信技術是依賴無線通信信號，是設備不受有線通信及地點的限制接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)應用層則通過微信平臺服務及服務號接口進行微信App軟件開發(fā)，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的查詢、調(diào)節(jié)、超限報警等功能。

3.3 電力物聯(lián)網(wǎng)技術

電力物聯(lián)網(wǎng)可以提供對電網(wǎng)基礎運行業(yè)務和企業(yè)現(xiàn)代化運營模式的全方位支撐，重點圍繞電力物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡層及應用層展開：感知層重點研究統(tǒng)一的信息模型，具體包括統(tǒng)一標識、統(tǒng)一語義、統(tǒng)一數(shù)據(jù)表達格式、安全防護等，形成相關標準規(guī)范，研發(fā)系列傳感器、傳感芯片、標準化通信模塊及信息格式轉(zhuǎn)換設備等。網(wǎng)絡層重點研究并制定統(tǒng)一通信規(guī)約，研發(fā)標準化通信芯片、無線通信裝置、骨干網(wǎng)通信裝置、標準化接入網(wǎng)關、網(wǎng)管系統(tǒng)等，引入多種融合通信技術，豐富通信手段，解決信息中遠距離可靠傳輸問題。

3.4 微信交互技術

利用微信公眾號作為數(shù)據(jù)的交互平臺可以帶來良好用戶體驗，可支持富媒體交互，圖片、二維碼、視頻、音頻、NFC等等，做到隨時隨地交互，并能對接任何系統(tǒng)，信息傳達效率高。微信是當前最普及的信息交流平臺，使用微信進行數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測告警，信息均在較私密的環(huán)境下傳達，可極大地提高信息傳播的效率和針對性。

4 應用情況

本項目開發(fā)完成后，首先應用于供電公司某110千伏變電站中，在10千伏開關室安裝了一套濕度傳感器，在場地低洼處安裝了一套水浸傳感器，并接入網(wǎng)絡服務器和騰訊微信公眾號。現(xiàn)場環(huán)境溫度出現(xiàn)異常時，手機微信端立即會收到報警信號，班組長可以安排運維計劃對現(xiàn)場輔助設施進行操作，使現(xiàn)場環(huán)境恢復正常，維持在設備運行最佳的溫濕度狀態(tài)。當異常天氣場地出現(xiàn)大量積水時，手機微信會收到告警信息，運行人員根據(jù)信息可及時啟動應急預案，采取恢復有人值班或啟動水泵等排水等應急措施。必要時，管理人員還可以把相應信息轉(zhuǎn)發(fā)給檢修人員或領導，以引起相關單位注意，從而提高應急響應速度，保證設備安全穩(wěn)定運行。

通過該系統(tǒng)運行人員隨時可掌控現(xiàn)場設備運行環(huán)境，當出現(xiàn)影響設備的環(huán)境異常時及時提醒有關人員，以便運維人員安排現(xiàn)場運維，排除可能影響設備運行的環(huán)境因素；解決了長期困擾設備運行的運行環(huán)境問題，提高輔助設施運行的效果，從而提高設備運行質(zhì)量和延長設備運行壽命。本系統(tǒng)搭建在目前最普及的社交平臺微信上，利用微信平臺良好的交互、交流特點，大大提高了監(jiān)控效率和實時性。

5 推廣價值

智能電網(wǎng)的建設無人值守的高智能化變電站是目前發(fā)展的趨勢，隨著物聯(lián)網(wǎng)以及無線通信技術的發(fā)展，使移動物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)高效率的變電站輔助監(jiān)控成為可能。本系統(tǒng)在基于對物聯(lián)網(wǎng)技術與移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術研究的基礎上，著力于建設一套變電站輔助環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過構(gòu)建的無線網(wǎng)絡來監(jiān)測變電站環(huán)境參數(shù)，在環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常時手機報警及時通知工作人員，保障變電站的安全運行，并且提高變電站輔助監(jiān)控的效率和效果。經(jīng)過一段時間試運行，本系統(tǒng)使用方便，效果明顯，可有效提高現(xiàn)場運維效率，對于提高設備運行質(zhì)量和延長使用壽命，具有明顯效果，因此極具推廣價值。

下一步推廣還將隨著電力物聯(lián)網(wǎng)技術的深入應用，搭建專用的電力物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)，具有更為嚴格的用戶身份識別、驗證、鑒權制度，不同用戶享受不同等級的物聯(lián)網(wǎng)服務，具有更高的安全性和可靠性；同時針對電網(wǎng)特點拓展身份識別、電子標簽與電子工作票、環(huán)境信息監(jiān)測、遠程監(jiān)控等功能，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)更好的應用，提高變電站的智能化水平和可靠性程度，為智能電網(wǎng)建設服務。

6 結(jié)語

本文分析了目前變電站普遍存在的運行環(huán)境監(jiān)控管理的缺陷和不足，提出了基于互聯(lián)網(wǎng)微信平臺的變電站環(huán)境輔助監(jiān)控系統(tǒng)方案，并成功應用于現(xiàn)場。通過本技術可以實現(xiàn)變電站設備區(qū)域環(huán)境的實時監(jiān)視，提高設備巡檢的針對性，改善設備運行環(huán)境，從而提高設備運行可靠性。本系統(tǒng)具有使用方便、交互性好、性能可靠、易于操作等特點。

參考文獻

[1]張京，朱天成，景濤濤，章慧.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度遠程監(jiān)控的研究[J].信息通信，2015（9）：120-121.

[2]劉彤，謝永超，汪科.ARM和ZigBee的遠程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2012（9）：49-52.

[3]郝福忠，吳廣學，魚濱.變電站輔助設施與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計及實現(xiàn)[J].電氣自動化，2011（4）：46-49.endprint