基于物聯(lián)網(wǎng)的電力設(shè)備數(shù)據(jù)共享

惠州學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 閻旭豪 姚文樹(shù) 遲正剛

基于物聯(lián)網(wǎng)的電力設(shè)備數(shù)據(jù)共享

惠州學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 閻旭豪 姚文樹(shù) 遲正剛

以電力實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)為研究目的，將現(xiàn)有智能儀器接入網(wǎng)絡(luò)，組建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。課題研究首先將四臺(tái)儀器同時(shí)連接主機(jī)構(gòu)成基本物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)運(yùn)用PC上位機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。其次開(kāi)發(fā)了應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)和查詢與共享數(shù)據(jù)軟件。最后將數(shù)據(jù)保存在共享文件下，使接入局域網(wǎng)的PC都能查看實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。結(jié)果驗(yàn)證以示波器與PC聯(lián)網(wǎng)及PC之間數(shù)據(jù)共享為例，完全符合預(yù)期。研究成果使用戶操作更加便捷，大大增強(qiáng)了電力實(shí)驗(yàn)室智能化程度。

物聯(lián)網(wǎng)；TCP/IP；軟件管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)共享

1. 引言

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、互動(dòng)的物體或過(guò)程等各種所需信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)[1]。其目的是實(shí)現(xiàn)所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。本項(xiàng)目利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備：ONNLY繼電測(cè)試保護(hù)儀、是德示波儀、科匯故障錄波儀和深瑞線路成套保護(hù)裝置，將其與PC相連，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)PC能得到每臺(tái)儀器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存于主機(jī)中。

2. 基本物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)建

實(shí)驗(yàn)儀器與PC之間通過(guò)RJ45實(shí)現(xiàn)通訊，連接運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是TCP/IP協(xié)議。通過(guò)設(shè)置主機(jī)與實(shí)驗(yàn)儀器的子網(wǎng)掩碼和IP地址，使兩者在同一個(gè)網(wǎng)段以保證能夠通訊。各類IP網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)算法都不一樣。實(shí)驗(yàn)室中各類IP地址均為C類地址。

四臺(tái)儀器和PC的連接與均相同，通過(guò)設(shè)置每臺(tái)儀器IP地址，使儀器和PC處于同一網(wǎng)段。將儀器通過(guò)網(wǎng)線分別和路由器相連，路由器和網(wǎng)線相連的端口是LAN[2]，如圖1所示：

圖1 電力設(shè)備主機(jī)通訊連接圖

圖2 主界面

設(shè)置儀器IP地址時(shí)，需留意IP地址不能相同[3]。線路保護(hù)裝置與故障錄波儀無(wú)法在線操作，但這兩臺(tái)儀器是自動(dòng)觸發(fā)裝置，當(dāng)有故障時(shí)，能以整定值判斷然后動(dòng)作，用儀器發(fā)出的故障信號(hào)，引起上位機(jī)與操作者注意以切除故障。

3. 基于VB的應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)用軟件有效管理，我們運(yùn)用VB設(shè)計(jì)了“電力設(shè)備應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)”，該系統(tǒng)將設(shè)備應(yīng)用軟件整合于同一管理系統(tǒng)內(nèi)，能輕松調(diào)用電力設(shè)備軟件。

主界面包括示波器、繼電保護(hù)測(cè)試儀、故障錄波儀、線路保護(hù)裝置四個(gè)模塊，通過(guò)該界面可以選擇所需設(shè)備的軟件或管理界面。如圖2所示。

由于示波器與線路保護(hù)儀都是單一軟件，不需要設(shè)置管理界面即可直接點(diǎn)擊打開(kāi)相應(yīng)軟件。而繼電保護(hù)測(cè)試儀和故障錄波儀的軟件功能實(shí)現(xiàn)都是分模塊化，每個(gè)模塊都有對(duì)應(yīng)的軟件，故需創(chuàng)建相應(yīng)管理界面進(jìn)行管理。其操作過(guò)程大致如下：

點(diǎn)擊“繼電保護(hù)測(cè)試儀”可進(jìn)入其管理界面，界面包括合并單元測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)試調(diào)試。前者包括常規(guī)測(cè)試、報(bào)文監(jiān)視等。后者可測(cè)試電壓電流、狀態(tài)序列等。

點(diǎn)擊“故障錄波儀”按鈕，可進(jìn)入其管理界面，有三部分：“ReplayB”：錄波儀管理系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控等；“Replay-Cal”：錄波儀校準(zhǔn)；“CmdView”：顯示故障記錄波形[4]。

4. 基于LABVIEW的查詢與共享數(shù)據(jù)軟件

查詢與共享數(shù)據(jù)軟件的開(kāi)發(fā)是基于LABVIEW平臺(tái)。編程思路是先校驗(yàn)輸入路徑是否為理想路徑。然后將路徑下的所有文件羅列。最后用戶選擇并打開(kāi)文件。此外我們還在此基礎(chǔ)上將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)文件統(tǒng)一命名。采用實(shí)驗(yàn)時(shí)間命名方式對(duì)數(shù)據(jù)文件統(tǒng)一管理。對(duì)于不同儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件格式不同，采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)文件擴(kuò)展名判斷方式對(duì)其歸類，例如繼電測(cè)試保護(hù)儀報(bào)文格式為“.rpt”，成套線路保護(hù)儀文件格式為“.txt”。經(jīng)判斷后，重命名不同格式的文件，并將其移動(dòng)到相對(duì)應(yīng)文件夾。其流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

數(shù)據(jù)的管理應(yīng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)保存時(shí)間。雖然文件最終的形式都是二進(jìn)制數(shù)，但保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)造成數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象。同時(shí)隨著數(shù)據(jù)積累，數(shù)據(jù)庫(kù)查詢打開(kāi)速度會(huì)大打折扣[5]。

最佳方法是將數(shù)據(jù)存于服務(wù)器，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)去訪問(wèn)服務(wù)器，并在其中查詢打開(kāi)。數(shù)據(jù)庫(kù)中可以存儲(chǔ)文件路徑，每次搜索相應(yīng)路徑接著跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)數(shù)據(jù)文件。但由于缺少服務(wù)器，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，選擇PC作為主機(jī)，然后設(shè)置共享文件夾，處于同一局域網(wǎng)的電腦均可查詢打開(kāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

目標(biāo)IP地址通過(guò)ARP協(xié)議在局域網(wǎng)中中廣播出去，然后由瀏覽主控服務(wù)器接收并保存這些數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)則可以發(fā)送廣播查詢主控服務(wù)器，由服務(wù)器提供瀏覽列表來(lái)獲得目標(biāo)計(jì)算機(jī)中已經(jīng)設(shè)置為共享資源的數(shù)據(jù)。除了獲取彼此地址，還需要NetBIOS協(xié)議在計(jì)算機(jī)之間建立連接數(shù)據(jù)鏈路，再用TCP/IP協(xié)議建立連接。此外，通過(guò)IPC組件可以使Windows系統(tǒng)對(duì)局域網(wǎng)內(nèi)機(jī)算機(jī)的身份和權(quán)限進(jìn)行驗(yàn)證[6]。

5. 案例分析

以示波器與PC聯(lián)網(wǎng)及PC之間數(shù)據(jù)共享為例進(jìn)行驗(yàn)證。先將示波器接入WDT-IIC電力系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)晶閘管整流輸出端口，開(kāi)啟試驗(yàn)臺(tái)，示波器顯示波形為鋸齒波。接著將示波器和主機(jī)接入同一局域網(wǎng)。然后在主機(jī)通過(guò)軟件管理系統(tǒng)打開(kāi)相應(yīng)軟件，在示波器軟件中即可將示波器波形數(shù)據(jù)以圖片形式發(fā)送至主機(jī)共享文件夾下。當(dāng)主機(jī)或者同一局域網(wǎng)下的PC需要查詢時(shí)，可以共享文件夾下的查詢與共享數(shù)據(jù)軟件，按步驟完成查詢打開(kāi)操作，圖片將自動(dòng)打開(kāi)并重命名后移入示波器文件夾中。利用同樣方法將故障錄波儀接入，保存后可以看到示波器與故障錄波儀產(chǎn)生的數(shù)據(jù)相同，由此可見(jiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。整個(gè)過(guò)程基本符合實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

6. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述步驟基本實(shí)現(xiàn)了PC與儀器之間的連接，并且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可保存在PC中。如果其它PC連接該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以訪問(wèn)主機(jī)查詢實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并能復(fù)制至PC中。采用服務(wù)器是更便利的方式，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳至服務(wù)器，然后以網(wǎng)頁(yè)方式查詢、下載或修改數(shù)據(jù)，有待進(jìn)一步實(shí)踐。

[1]黃友為.淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用模式[J]. 曲阜師范大學(xué)信息技術(shù)與傳播學(xué)院,2013.

[2]方曄.以太網(wǎng)交換機(jī)/路由器協(xié)議測(cè)試方法的研究[D].電子科技大學(xué),2012.

[3]夏明萍,董南萍,陳旭生.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理 Windows 2000管理基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社,2005

[4]宋英濤.500kV輸電線路故障定位與故障綜合分析[D].山東大學(xué),2015.

[5]段小斌.Authorware中數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[J].煤炭技術(shù),2012(03): 210-211.

[6]高翀.基于WinPcap的IPman XP軟件的研究與實(shí)現(xiàn)[D].東北大學(xué),2011.

智能電網(wǎng)及自動(dòng)控制。

姚文樹(shù)【同為第一作者】（1994—），男，廣東汕頭人，大學(xué)本科，研究方向：智能電網(wǎng)及自動(dòng)控制。

遲正剛【通訊作者】（1965—），男，山東青島人，副教授，主要從事電力系統(tǒng)及智能電網(wǎng)方面的教學(xué)與科研工作。

閻旭豪（1994—），男，山西太原人，大學(xué)本科，研究方向：