淺析電力企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)化建設(shè)與應(yīng)用

趙嫚 楊莉

摘 ?要： 物聯(lián)網(wǎng)作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在各行各業(yè)也將有越來越多的應(yīng)用需求出現(xiàn)，因此將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)建設(shè)中實現(xiàn)企業(yè)管理信息化、企業(yè)建設(shè)智能化、企業(yè)加快發(fā)展是必要的。該文首先對物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)的概念進(jìn)行闡述，并進(jìn)一步介紹了相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，分析了當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域及現(xiàn)狀，進(jìn)而提出該文的觀點即將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面應(yīng)用到企業(yè)的建設(shè)中去，尤其是電力企業(yè)的建設(shè)，從而促進(jìn)電力企業(yè)更加智能化發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);企業(yè)建設(shè);智能電網(wǎng);智能實驗室

中圖分類號： TP39 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.06.047

本文著錄格式：趙嫚，楊莉. 淺析電力企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)化建設(shè)與應(yīng)用[J]. 軟件，2019，40（6）：204207

【Abstract】： As the national strategic emerging industries， the Internet of things will have more and more application requirements in all walks of life. Therefore， it is necessary to apply the technology of the Internet of things to the enterprise construction to realize the enterprise management informationization， enterprise construction smart technology and enterprise development. Firstly， this paper expounds the concept of Internet of things and its related technologies， and further introduces the application fields of related technologies， analyzes the application fields and current situation of Internet of things and its related technologies in enterprises， and then puts forward the viewpoint that Internet of things technology will be applied to the construction of enterprises， especially the construction of electric power enterprises. So as to promote the development of power enterprises more smart technology.

【Key words】： Internet of things technology; Enterprise construction; Smart grid; Intelligent laboratory

0 ?引言

在信息大爆炸、大融合時代，物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興技術(shù)正在應(yīng)用于各行各業(yè)，影響著各個領(lǐng)域的發(fā)展，其發(fā)展前景不容小覷。企業(yè)智能化建設(shè)離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的參與，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與企業(yè)建設(shè)緊密結(jié)合，可以加快企業(yè)智能化建設(shè)、推動企業(yè)信息化建設(shè)、便于企業(yè)智能化管理與實現(xiàn)企業(yè)建立管理標(biāo)準(zhǔn)，更是提高企業(yè)創(chuàng)造力、增強企業(yè)核心競爭力[1]、消除企業(yè)信息孤島化、降低企業(yè)運營成本的有效手段，有利于將企業(yè)打造成反應(yīng)迅速、決策準(zhǔn)確、風(fēng)險識別自動化、決策管理智能化及糾偏升級自主化的柔性組織形態(tài)和新興企業(yè)管理模式[2]。這給電力企業(yè)向智能化企業(yè)轉(zhuǎn)型做了很好的示范和參考。

1 ?物聯(lián)網(wǎng)概念簡述

物聯(lián)網(wǎng)的概念是于1999年由麻省理工學(xué)院Auto-ID研究中心Kevin Ash-ton教授首次提出的[3]，指通過射頻識別技術(shù)（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器等信息傳感設(shè)備[4]，將任意一個物品與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接、信息交換和通信，以實現(xiàn)“物與物、物與人、物與網(wǎng)絡(luò)”的全面連接及智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)模式[4]。

感知層、傳輸層、應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的三個子層。感知層：位于體系結(jié)構(gòu)中的最底層，通過RFID讀寫器、二維碼標(biāo)簽、全球定位系統(tǒng)（GPS）、傳感器等識別物體信息、進(jìn)行數(shù)據(jù)短距離傳輸，實現(xiàn)對物理世界的智能感知。其所需的關(guān)鍵技術(shù)包括短距離通信技術(shù)和檢測技術(shù);傳輸層：通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行融合，將感知層所獲得的數(shù)據(jù)，進(jìn)行長距離傳輸，使得物體的信息能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的傳遞出去[5];應(yīng)用層：又稱為處理層，將網(wǎng)絡(luò)層得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、管理等應(yīng)用[6]。主要包括硬件制造技術(shù)和程序開發(fā)。具體架構(gòu)如圖1所示。

2 ?物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)作為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)得到了飛速的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。在煉化企業(yè)建設(shè)中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建感知數(shù)據(jù)平臺和地理空間信息平臺，以實現(xiàn)煉化企業(yè)各環(huán)節(jié)及全方位的智能控制管理[7];在化工企業(yè)建設(shè)中，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升安全性、管理效率，實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控危險化學(xué)品并進(jìn)行化學(xué)物品同步管理，提高危險化學(xué)物品的存儲、運輸效率和安全性[8];在船舶企業(yè)建設(shè)中，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到物資管理中，實時對具體物資進(jìn)行識別、定位、跟蹤，降低物資管理成本、優(yōu)化資源配置、提高產(chǎn)品質(zhì)量[9]，促進(jìn)造船工業(yè)生產(chǎn)向智能化發(fā)展。此外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在廣泛的應(yīng)用于智慧城市、智慧校園[10-11]、智慧小區(qū)的建設(shè)中。

查閱物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用領(lǐng)域得知物聯(lián)網(wǎng)在促進(jìn)電力科研機(jī)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)化、提升電力科研機(jī)構(gòu)實驗室應(yīng)用管理能力方面，還未有典型的、可借鑒的成功案例。而且對物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用仍是將其某個技術(shù)應(yīng)用到電力科研機(jī)構(gòu)的某一領(lǐng)域。例如美國智慧電網(wǎng)重點在于標(biāo)準(zhǔn)制訂方面的推進(jìn)[12];歐洲智慧電網(wǎng)的發(fā)展主要以歐盟為主導(dǎo);韓國以新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，專注于智能電表的應(yīng)用和電動汽車的發(fā)展[12];日本智慧電網(wǎng)建設(shè)的重點內(nèi)容則是新能源、電池與微電網(wǎng)等[12]。

3 ?電力企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)化建設(shè)

本節(jié)重點研究將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面應(yīng)用到電力企業(yè)的智能電網(wǎng)和智能實驗室建設(shè)中去，通過分析智能電網(wǎng)和智能實驗室建設(shè)方案，全面推動云南電科院信息化、智能化發(fā)展。

3.1 ?智能電網(wǎng)建設(shè)

智能電網(wǎng)作為一種新興的電網(wǎng)供電模式，是指以各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展框架為基礎(chǔ)，以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，以通信信息為支撐平臺，利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面提高電網(wǎng)安全性、可靠性、高效性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和互動性。

物聯(lián)網(wǎng)作為智能電網(wǎng)建設(shè)中的傳輸網(wǎng)絡(luò)，其體系架構(gòu)包括：感知延伸層、傳輸層、應(yīng)用層。在智能電網(wǎng)建設(shè)中可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使電力企業(yè)實現(xiàn)智能輸電、智能發(fā)電、智能變電和智能用電等功能[13]。智能電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)如圖2所示。

3.1.1 ?智能電網(wǎng)-感知延伸層

感知延伸層在整個架構(gòu)的第三層，主要包括通信延伸子層和控制子層。通信延伸層主要是通過無限保真技術(shù)、Ad-hoc、UWB（超帶寬）、ZigBee等通信方法把一些物理實體連接到傳輸層和應(yīng)用層;控制子層則是利用RFID、智能傳感器、芯片、智能采集設(shè)備等智能手段，將電網(wǎng)中重要環(huán)節(jié)的電量信號與非電量信號進(jìn)行采集。物聯(lián)網(wǎng)在電網(wǎng)的感知 ?層中的應(yīng)用可以認(rèn)為是對具體的“物”進(jìn)行識別的過程。

3.1.2 ?智能電網(wǎng)-傳輸層

傳輸層又稱為網(wǎng)絡(luò)層，該層以電力光纖網(wǎng)為主，用來接收來自感知延伸層的信息，并在一定范圍內(nèi)通過電力通信網(wǎng)來進(jìn)行長距離傳遞數(shù)據(jù)信息。通過在周圍建立電力通信網(wǎng)以保證接收到的通信網(wǎng)傳來的數(shù)據(jù)信息具有可靠性、及時性、安全性。除此之外，在電力通信網(wǎng)的運行中可以通過智能傳感器，對接收到的信息進(jìn)行采集、融合。

3.1.3 ?智能電網(wǎng)-應(yīng)用層

應(yīng)用層利用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)（GIS）和實時數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)為電力綜合信息平臺提供強有力的支撐，并基于以上數(shù)據(jù)可以搭建電力綜合信息平臺。確保針對智能輸電、智能發(fā)電、智能變電和智能用電等不同用電情況制定不同的處理方案。確保電有所需、電有所用、合理用電，實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化、智能化與信息雙向互動等。

建設(shè)的智能電網(wǎng)應(yīng)具有自愈性、集成、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化、兼容、堅強等特性。具體分析如表1所示。

3.2 ?智能實驗室建設(shè)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的智能實驗室[14]主要分為五大模塊：門禁控制模塊、計算機(jī)管理、實驗室設(shè)備管理、實驗室綜合管理、實驗室綜合監(jiān)控模塊。實驗室總體架構(gòu)如圖3所示。

3.2.1 ?門禁控制

門禁控制模塊是實現(xiàn)智能實驗室的第一步，其主要包括進(jìn)門控制、出門控制和日志記錄等。實驗人員或者管理人員，進(jìn)門時需要進(jìn)行身份驗證即刷卡識別，門禁控制器獲取工作人員的刷卡信息后，請求上層管理服務(wù)器進(jìn)行認(rèn)證，服務(wù)器根據(jù)所接收的信息與數(shù)據(jù)庫中存儲的信息進(jìn)行匹配，若匹配成功，則驅(qū)動電控鎖打開大門，允許實驗人員進(jìn)入實驗室進(jìn)行相關(guān)實驗操作，否則實驗人員不能進(jìn)入實驗室，并將其信息上傳，門禁傳感器進(jìn)行報警。

3.2.2 ?計算機(jī)管理

計算機(jī)管理模塊主要是針對實驗中的保密內(nèi)容，防止泄露實驗相關(guān)信息。實驗人員使用計算機(jī)時同樣需要進(jìn)行身份驗證，并且不同身份的人員具有不同的使用權(quán)限，實驗人員只能根據(jù)自身的權(quán)限進(jìn)行相關(guān)操作不可跨越權(quán)限使用計算機(jī)。

3.2.3 ?實驗室設(shè)備管理

實驗室中的小型實驗設(shè)備存放在設(shè)備柜中，設(shè)備柜由設(shè)備控制器控制，并且控制器連接著刷卡器、RFID讀寫器、電控鎖。RFID會對實驗室的設(shè)備進(jìn)行周期性掃描，定期檢測設(shè)備狀態(tài)，實時顯示設(shè)備狀態(tài);電控鎖控制著設(shè)備柜的開與關(guān)。實驗人員在取出設(shè)備時，需要身份驗證，驗證通過后，需按照設(shè)備使用說明進(jìn)行相關(guān)操作，若操作不規(guī)范或者惡意破壞設(shè)備，則設(shè)備上安裝的報警器會執(zhí)行報警操作，并終止此次實驗。

3.2.4 ?實驗室綜合監(jiān)控

智能實驗室綜合監(jiān)控模塊主要包括：多功能網(wǎng)關(guān)、傳感器和多種實驗設(shè)備。多功能網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)采集傳感器節(jié)點上的數(shù)據(jù)并將其上傳至管理服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中，并根據(jù)實驗室配置進(jìn)行相關(guān)聯(lián)動控制。傳感器用來檢測實驗室的環(huán)境、設(shè)備狀況。常用的傳感器為煙霧傳感器、紅外傳感器、溫濕度傳感器、照度傳感器等。此外，通過安裝在實驗室里的各種傳感器實現(xiàn)對實驗室內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)實驗室環(huán)境變化對實驗設(shè)備進(jìn)行自動控制，起到防火、防盜、防毒、節(jié)能的目的。

4 ?總結(jié)

開展企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)化建設(shè)總體架構(gòu)的研究和設(shè)計，通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義及其具有的特點、包含的范圍、架構(gòu)等關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，結(jié)合我國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的實際需求及企業(yè)內(nèi)部建設(shè)的要求提出具有企業(yè)特色的物聯(lián)網(wǎng)化企業(yè)建設(shè)總體架構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，為企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)化建設(shè)工作提供頂層設(shè)計，極大地促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并為今后企業(yè)實現(xiàn)智能化奠定基礎(chǔ)。尤其是對電力科研機(jī)構(gòu)的智慧化建設(shè)提供了強有力的支撐。

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