基于監(jiān)控組態(tài)軟件的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高源 閆韜 滿成 鄭華

摘? 要： 為了實(shí)現(xiàn)變電站智能視頻監(jiān)控，提出基于監(jiān)控組態(tài)軟件的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在嵌入式的Linux平臺(tái)中進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，系統(tǒng)主要功能模塊有視頻信息采集模塊、監(jiān)控組態(tài)軟件模塊、交叉編譯模塊、程序控制模塊、遠(yuǎn)程信息傳輸模塊、人機(jī)交互模塊等，采用專家系統(tǒng)引擎控制的方法進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的程序加載，在智能輔助控制系統(tǒng)中進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，在設(shè)備布點(diǎn)和線纜敷設(shè)過程中進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控識(shí)別，提取變電站智能視頻特征量，采用可視化的運(yùn)維信息管理方法進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)，在集成DSP中進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸控制，提高變電站智能視頻監(jiān)控能力和智能控制能力。仿真測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可靠性較好，自適應(yīng)控制能力較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 變電站; 視頻監(jiān)控; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 監(jiān)控組態(tài); 特征量提取; 系統(tǒng)測(cè)試

Abstract： A substation intelligent video monitoring system based on monitoring and control configuration software is proposed to realize the substation intelligent video monitoring. The overall design framework of the system is realized on the embedded Linux platform. The main functional modules of the system include video information acquisition module， monitoring configuration software module， cross compilation module， program control module， remote information transmission module， human?computer interaction module， etc. The program load of the intelligent video monitoring of substation is conducted by means of the expert system engine control method. In the intelligent auxiliary control system， the monitoring configuration software of intelligent video monitoring of the substation is designed. The intelligent video monitoring and identification of substation are carried out in the process of equipment layout and the cable laying to extract the intelligent video characteristic quantity of substation. The human?computer interaction design of intelligent video monitoring system of the substation is performed by means of the visual operation and maintenance information management method. The information transmission control of the intelligent video monitoring system of substation is conducted in the integrated DSP to improve the intelligent video monitoring ability and intelligent control ability of substation. The simulation testing results show that the designed intelligent video monitoring system of substation has good reliability and strong self?adaptive control ability.

Keywords： substation; video monitoring; system design; monitoring configuration; feature quantity extraction; system testing

0? 引? 言

變電站是實(shí)現(xiàn)高壓變電的重要設(shè)備，在進(jìn)行輸電和配電控制中，需要對(duì)變電站進(jìn)行智能視頻監(jiān)控，以提高變電站智能運(yùn)維管理水平。采用嵌入式的控制技術(shù)可以提高變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化水平，其相關(guān)的設(shè)計(jì)方法研究在輸電配電和電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中具有重要意義[1]。

本文進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究，首先進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行系統(tǒng)的功能模塊化開發(fā)設(shè)計(jì)，結(jié)合嵌入式開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行仿真測(cè)試分析，得出有效性結(jié)論。

1? 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

為了實(shí)現(xiàn)變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先分析變電站集成智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，并結(jié)合嵌入式交叉編譯方法進(jìn)行系統(tǒng)的軟件開發(fā)[2]。采用監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的程序開發(fā)控制。建立變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式控制模塊，通過功能模塊化分析和集成視頻信息處理方法，進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)，變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)建立在嵌入式的控制平臺(tái)上，采用嵌入式的B/S構(gòu)架方法，進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的程序控制，提高變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能控制和集成信息處理能力[3]。系統(tǒng)主要功能模塊有視頻信息采集模塊、監(jiān)控組態(tài)軟件模塊、交叉編譯模塊、程序控制模塊、遠(yuǎn)程信息傳輸模塊、人機(jī)交互模塊等。根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，得到系統(tǒng)的總體構(gòu)架如圖1所示。

根據(jù)變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分析，監(jiān)控組態(tài)軟件進(jìn)行底層控制，視頻信息采集器進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的視頻信息采樣，在Buffer中執(zhí)行交叉編譯控制，在Cache組件中進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的緩存控制，提高變電站智能視頻監(jiān)控的過程控制能力[4]。

2? 系統(tǒng)的功能模塊分析

在完成變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組件設(shè)計(jì)和硬件開發(fā)環(huán)境分析。變電站控制信息采集的多通道數(shù)據(jù)記錄動(dòng)態(tài)范圍設(shè)定為-10～10 dB，Linux內(nèi)核配置的放大量為120 KB，采用ISA/EISA/Micro Channel擴(kuò)充總線進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的指令加載，采用集成控制方法進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的硬件模塊化設(shè)計(jì)，采用專家系統(tǒng)引擎控制的方法進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的程序加載[5]，采用電壓沖激響應(yīng)控制方法進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的輸出總線控制，構(gòu)建人機(jī)交互接口模塊[6?7]。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控和人機(jī)交互設(shè)計(jì)，建立輸出總線控制模塊，進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)交互和交叉編譯[8]。系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

3? 系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

通過變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體構(gòu)架設(shè)計(jì)和功能模塊化分析，對(duì)變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文提出基于監(jiān)控組態(tài)軟件的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，主要功能模塊有視頻信息采集模塊、監(jiān)控組態(tài)軟件模塊、交叉編譯模塊、程序控制模塊等[9]。

3.1? 視頻信息采集模塊

視頻信息采集模塊實(shí)現(xiàn)變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息采集，視頻信息采集器采用傳感器裝置，在嵌入式總線中進(jìn)行視頻信息采集。采用ADSP?BF537BBC?5A實(shí)現(xiàn)變電站智能視頻監(jiān)控的集成信息處理，利用繼電保護(hù)控制方法進(jìn)行視頻信息采集過程中的中斷保護(hù)控制。根據(jù)直流輸電性能，結(jié)合電容、電阻及電感的耦合性補(bǔ)償方法，進(jìn)行視頻信息采集過程中的誤差擾動(dòng)抑制[10]，得到視頻信息采集模塊的硬件設(shè)計(jì)，如圖3所示。

3.2? 監(jiān)控組態(tài)軟件模塊

監(jiān)控組態(tài)軟件模塊實(shí)現(xiàn)變電站智能視頻監(jiān)控的底層控制功能。在設(shè)備布點(diǎn)和線纜敷設(shè)過程中進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控識(shí)別，提取變電站智能視頻特征量。在智能輔助控制系統(tǒng)中進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的三維ICAD平臺(tái)設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)各前端設(shè)備特性進(jìn)行監(jiān)控組態(tài)軟件控制[11]，得到監(jiān)控組態(tài)軟件模塊的程序，通過ZigBee傳輸至ZigBee路由節(jié)點(diǎn)。通過GPRS上傳至服務(wù)器，系統(tǒng)采用ADM706芯片設(shè)計(jì)門限檢測(cè)器。通過上述設(shè)計(jì)得到的監(jiān)控組態(tài)軟件模塊的系統(tǒng)構(gòu)造如圖4所示。

3.3? 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和人機(jī)交互

在嵌入式的Linux平臺(tái)中進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的成像控制和信息傳輸。采用專家系統(tǒng)引擎控制的方法進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的程序加載，使用GPRS模塊進(jìn)行嵌入式人機(jī)交互設(shè)計(jì)。安裝Windows Server 2012 R2系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互和接口設(shè)計(jì)[12]，在遠(yuǎn)程服務(wù)器中進(jìn)行云存儲(chǔ)，得到變電站智能視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)及人機(jī)交互設(shè)計(jì)，如圖5所示。

綜上分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站智能視頻監(jiān)控的硬件開發(fā)和軟件設(shè)計(jì)[13]。

4? 實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

在三維 ICAD 平臺(tái)上進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件測(cè)試[14]，結(jié)合嵌入式的Linux程序加載方式，進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控的輸出總線控制[15?16]。在Visual C++軟件平臺(tái)中進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，得到變電站監(jiān)控系統(tǒng)的主界面如圖6所示。

分析圖6得知，設(shè)計(jì)的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有很好的人機(jī)交互性。測(cè)試變電站智能視頻監(jiān)控的截止頻率，得到的結(jié)果如圖7所示。

分析得知，設(shè)計(jì)的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)輸出截止頻率穩(wěn)態(tài)性較好，說明輸出穩(wěn)定性較高。

5? 結(jié)? 語

本文對(duì)變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)建立在嵌入式的控制平臺(tái)上，采用嵌入式的B/S構(gòu)架方法，進(jìn)行變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的程序控制，進(jìn)行系統(tǒng)的視頻信息采集模塊、監(jiān)控組態(tài)軟件模塊以及網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)及人機(jī)交互設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)輸出穩(wěn)定性較好，可靠性較高。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭超，陳杰，殷松峰，等.改進(jìn)的協(xié)同訓(xùn)練框架下壓縮跟蹤[J]. 電子與信息學(xué)報(bào)，2016，38（7）：1624?1630.

[2] 羅磊，陳懇，杜峰坡，等.基于改進(jìn)型粒子群算法的曲面匹配與位姿獲取[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，55（10）：1061?1066.

[3] 陳光榮，王軍政，汪首坤，等.基于主被動(dòng)負(fù)載的負(fù)載獨(dú)立口雙閥節(jié)能控制系統(tǒng)研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（10）：1053?1058.

[4] 馬宇，蔡遠(yuǎn)利.基于多LPV模型的調(diào)度離線魯棒預(yù)測(cè)控制[J].控制與決策，2016，31（8）：1468?1474.

[5] 林京京，沈艷霞.永磁同步電機(jī)電流傳感器故障診斷及容錯(cuò)控制[J].信息與控制，2019，48（3）：354?363.

[6] 王俊剛，湯磊，谷國迎，等.超冗余度機(jī)械臂跟隨末端軌跡運(yùn)動(dòng)算法及其性能分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2018，54（3）：18?25.

[7] 陳增強(qiáng)，孫明瑋，楊瑞光.線性自抗擾控制器的穩(wěn)定性研究[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2013，39（5）：574?580.

[8] 楊青運(yùn)，陳謀.具有輸入飽和的近空間飛行器魯棒控制[J].控制理論與應(yīng)用，2015，32（1）：18?28.

[9] 杜立夫，蔡高華，黃萬偉，等.高超聲速再入飛行器抗飽和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].航天控制，2016，34（2）：9?14.

[10] 索中英，程嗣怡，袁修久，等.優(yōu)勢(shì)決策信息系統(tǒng)規(guī)則獲取方法及應(yīng)用[J].兵工學(xué)報(bào)，2015，26（3）：539?544.

[11] 張建軍，杜春翠，楊高煒，等.含柔性運(yùn)動(dòng)副欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)求解的數(shù)值迭代算法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2018，54（13）：66?72.

[12] 李美之，鐘偉芳，吳國榮，等.一種求解柔性操縱器動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)值方法[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32（8）：25?27.

[13] 高翔，郭新東，張鳳蘭，等.基于安卓平臺(tái)的井控信息處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（24）：82?85.

[14] 魏少攀，楊明，韓學(xué)山，等.基于相軌跡MLE指標(biāo)的暫態(tài)功角穩(wěn)定在線辨識(shí)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2017，41（16）：71?79.

[15] EGEA?ALVAREZ A， FEKRIASL S， HASSAN F， et al. Advanced vector control for voltage source converters connected to weak grids [J]. IEEE transactions on power systems， 2015， 30（6）： 3072?3081.

[16] LI Tan， ZHAO Chengyong. Recovering the modular multilevel converter from a cleared or isolated fault [J]. IET generation， transmission & distribution， 2015， 9（6）： 550?559.