水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田治國(guó)

（甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅天水 741001）

0 引言

水電站機(jī)電設(shè)備處于較為復(fù)雜的環(huán)境中，在實(shí)際運(yùn)行過程中容易受到不利因素影響，出現(xiàn)一些問題。為此，加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究很有必要，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控，確保其處于正常狀態(tài)。結(jié)合水電站實(shí)際情況，制定出科學(xué)合理方案，保證系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，不斷提高電力生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

1 水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循安全、可行、經(jīng)濟(jì)、高效的原則，確保滿足實(shí)際需求，在運(yùn)用中可以發(fā)揮出有效作用。從用戶需求出發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，體現(xiàn)出較強(qiáng)針對(duì)性，保證效果落實(shí)。系統(tǒng)要采用集中控制、統(tǒng)一管理方式，有效利用先進(jìn)技術(shù)，保證高效運(yùn)行?？紤]到水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)操作都是由非專業(yè)人員完成，因此要對(duì)軟件布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，保證用戶在較短時(shí)間內(nèi)可以熟練操作[1]。

為了保證監(jiān)控的有效性，必須要保證數(shù)據(jù)信息快速、準(zhǔn)確傳遞。如果信息出現(xiàn)延遲，則無法反映出機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)，很有可能引發(fā)安全事故。因此，要求系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和高效性，增強(qiáng)對(duì)外界環(huán)境的抗干擾能力?？紤]到系統(tǒng)最大承受能力，保證信息處理的有效性，具有較強(qiáng)能力和足夠快的速度。將系統(tǒng)安全放在第一位，保證用戶資料的安全性，同時(shí)做好數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)出現(xiàn)損壞時(shí)可以有效恢復(fù)。

系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，前期投入較少，綜合效益較高。因此，機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)具有重要意義。分析系統(tǒng)特點(diǎn)，在實(shí)際安裝、使用、維護(hù)過程中操作都非常簡(jiǎn)單，人員只需要學(xué)習(xí)就可以熟練操作，保證系統(tǒng)發(fā)揮出有效作用，為機(jī)電設(shè)備監(jiān)控提供支持[2]。

2 可行性分析

為確保設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際中，開展可行性分析很有必要，可以降低系統(tǒng)開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)性，獲得最佳效益。

（1）從技術(shù)角度進(jìn)行可行性分析。設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用C/S 架構(gòu)，開發(fā)語言選擇基于NET 的C#語言，數(shù)據(jù)庫選用SQL Server 數(shù)據(jù)庫。分析發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)目前都比較成熟，應(yīng)用在實(shí)際中可以取得良好成效。因此，從技術(shù)層面看，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是可行的。

（2）從經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行可行性分析。除了系統(tǒng)開發(fā)成本外，還要考慮系統(tǒng)實(shí)施后帶來的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)成本主要包括研發(fā)費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等。系統(tǒng)投入使用后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程管理、狀態(tài)監(jiān)控等，大大提升系統(tǒng)自動(dòng)化水平，減少人力資源投入，具有較高經(jīng)濟(jì)效益。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)應(yīng)用帶來的經(jīng)濟(jì)效益要遠(yuǎn)大于系統(tǒng)開發(fā)成本，因此可行。

（3）從操作角度進(jìn)行可行性分析。機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊劃分合理，整個(gè)流程清晰、合理，具有人性化特色，可以滿足用戶使用要求。對(duì)系統(tǒng)操作過程中會(huì)給出相應(yīng)提示，即使不是專業(yè)人員，在提示下也可以進(jìn)行操作。因此系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可操作性，符合實(shí)際使用需求[3]。

3 系統(tǒng)功能需求分析

（1）登錄功能。需要對(duì)用戶名、密碼、權(quán)限進(jìn)行驗(yàn)證，確保準(zhǔn)確無誤后才能正常登錄，不同身份用戶會(huì)登錄到相應(yīng)的管理功能模塊。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。是水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的核心，采集設(shè)備工作參數(shù)，并且通過通信程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。

（3）智能通信功能。目前常用通信手段較多，都可以滿足實(shí)際需求，根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的通信接口，保證可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

（4）報(bào)警功能。為保證報(bào)警功能的有效性，需要進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，重點(diǎn)是閾值標(biāo)準(zhǔn)的確定，作為判斷事故是否會(huì)發(fā)生的參考依據(jù)。超過閾值便認(rèn)為發(fā)生事故，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，閾值包括上限和下限。報(bào)警會(huì)通過聲音、圖像等方式，使得人員在第一時(shí)間處理問題，保證系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)中[4]。

4 水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文研發(fā)的水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S 架構(gòu)，其中，邏輯架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層，維護(hù)簡(jiǎn)單。在實(shí)際開展維護(hù)時(shí)，不會(huì)受到其他因素影響，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問和資源共享。但是也存在不足之處，對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴性較強(qiáng)。通用協(xié)議和私有協(xié)議有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，本文采用通用協(xié)議，讓用戶訪問更加方便，可以隨時(shí)隨地獲取資源。數(shù)據(jù)層功能是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫訪問，是機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的底層，為數(shù)據(jù)通信安全性提供保障。業(yè)務(wù)層功能是數(shù)據(jù)處理層，滿足對(duì)數(shù)據(jù)的有效處理，展現(xiàn)在用戶面前。業(yè)務(wù)層起到承上啟下的作用，基于體系構(gòu)造的特點(diǎn)，要求機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中要遵循分層設(shè)計(jì)原則。應(yīng)用層可以滿足用戶的需求，創(chuàng)建出穩(wěn)定、安全的操作環(huán)境，用戶可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，并有效處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層共同構(gòu)成了設(shè)計(jì)架構(gòu)。

4.2 功能模塊設(shè)計(jì)

機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在水電站運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，對(duì)具體工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)處理發(fā)現(xiàn)的問題，有助于提高運(yùn)行效率。功能模塊設(shè)計(jì)包括登錄、監(jiān)控、通信、報(bào)警等功能需求，構(gòu)建出完善系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)遵循模塊化最大化原則，可以提升功能的聚合性，從而優(yōu)化系統(tǒng)擴(kuò)展性。

（1）登錄模塊是基本功能模塊，對(duì)于系統(tǒng)安全起到關(guān)鍵作用。用戶在登錄時(shí)需要輸入用戶名和密碼，在正確情況下才能進(jìn)入下一界面進(jìn)行操作，為系統(tǒng)安全性提供保障。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)。對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以起到管理作用，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確反映出機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)。WMI 技術(shù)提供了一種開發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的監(jiān)管。另外監(jiān)控模塊還可以向機(jī)電設(shè)備發(fā)送遙測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的有效操作。

（3）通信模塊設(shè)計(jì)。確保滿足通信的要求，包括外部和內(nèi)部?jī)蓚€(gè)方面，其中內(nèi)部通信是指水電站站內(nèi)計(jì)算機(jī)之間監(jiān)控系統(tǒng)的互相通信，外部通信是指監(jiān)控系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信。

（4）報(bào)警信息模塊設(shè)計(jì)。主要作用是在機(jī)電設(shè)備運(yùn)行發(fā)生異常情況下，可以發(fā)出報(bào)警信息，便于及時(shí)檢修，恢復(fù)正常狀態(tài)。常見問題有設(shè)備無響應(yīng)、設(shè)備鏈路不通等，報(bào)警信息會(huì)通過聲音、圖片等多種方式提醒工作人員。建立故障報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)水電站機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自行判斷，將故障類型記錄到數(shù)據(jù)庫中。設(shè)備處于不正常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可以在第一時(shí)間作出判斷，并將具體信息記錄下來。故障發(fā)生后由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行修復(fù)，并記錄整個(gè)過程。

4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本文采用SQL Server2012 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有很強(qiáng)適用性，運(yùn)用到水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，可以滿足實(shí)際需求。SQL Server2012 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有非常強(qiáng)大的關(guān)系型數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)具備數(shù)據(jù)庫管理功能，和互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來，再運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，會(huì)有效增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫功能。

4.4 硬件設(shè)計(jì)

終端計(jì)算機(jī)設(shè)備要求具備良好穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，服務(wù)器性能應(yīng)該滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。硬件質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行，因此，水電站要加大這方面投入，保證硬件的高質(zhì)量、高性能，更好應(yīng)用在機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中[5]。

4.5 接口設(shè)計(jì)

如果直接訪問數(shù)據(jù)庫中的信息，會(huì)存在一定安全隱患，對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。運(yùn)用接口后可以得到改善，不用直接連接數(shù)據(jù)，提升了系統(tǒng)安全水平，而且模塊之間相互獨(dú)立。接口主要作用是數(shù)據(jù)信息傳輸，將各模塊連接在一起。根據(jù)接口類型可以分為服務(wù)器和服務(wù)適配器。用戶接口將系統(tǒng)和操作人員聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)了有效交流。接口可以用語言來描述，需要注意的是保證語法之間相互獨(dú)立。每種用戶接口具有獨(dú)特性，由接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定，但從目前情況來看，現(xiàn)有工具函數(shù)無法滿足實(shí)際需求，因此要采用專門語言。

4.6 安全設(shè)計(jì)

安全是保證機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，是系統(tǒng)的基本需求。開展安全設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮，以確保不同類型服務(wù)器的安全性。安全設(shè)計(jì)要圍繞用戶進(jìn)入系統(tǒng)的機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)，任何用戶進(jìn)入到系統(tǒng)時(shí)都要使用用戶名和密碼來驗(yàn)證，完成驗(yàn)證后用戶會(huì)獲得對(duì)應(yīng)的角色I(xiàn)D，這樣就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的安全性。用戶名和密碼采用加密方式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文檔服務(wù)器和身份認(rèn)證服務(wù)器相互獨(dú)立，保證了系統(tǒng)安全性。

5 水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5.1 登錄模塊的實(shí)現(xiàn)

登錄水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，需要驗(yàn)證用戶名和密碼才能進(jìn)入到下一界面。用戶認(rèn)證提交用戶請(qǐng)求后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行檢查，登錄狀態(tài)和沒有登錄會(huì)進(jìn)行不同的操作。在進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，先要檢驗(yàn)是否有相應(yīng)用戶，如果有就需要輸入密碼，檢驗(yàn)其登錄憑證。如果發(fā)現(xiàn)沒有對(duì)應(yīng)的用戶，就返回提示信息，需要輸入正確密碼才可以，實(shí)現(xiàn)繼續(xù)操作。系統(tǒng)登錄有效保證了系統(tǒng)安全，對(duì)用戶身份進(jìn)行識(shí)別，可以防止非法用戶對(duì)系統(tǒng)的操作。但是登錄驗(yàn)證方式可能會(huì)發(fā)生密碼被盜竊的情況，考慮到這一點(diǎn)，要對(duì)密碼進(jìn)行加密處理，保證密碼在存儲(chǔ)和傳輸過程中都是密文數(shù)據(jù)。

5.2 監(jiān)控模塊的實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控模塊是水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的核心，對(duì)遙測(cè)量、遙信量等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、分析，可以準(zhǔn)確掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。有效運(yùn)用監(jiān)控模塊，選擇相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備就可以獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息。另外還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的復(fù)位、對(duì)時(shí)等操作，人員通過遠(yuǎn)程管理來完成，具有方便、快捷的優(yōu)勢(shì)。監(jiān)控功能模塊除了能對(duì)各機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)控外，還可以將不同設(shè)備的同一參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，找到其中的規(guī)律。

5.3 日志模塊的實(shí)現(xiàn)

日志是系統(tǒng)的重要信息資源，日志模塊可以記錄水電站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，將復(fù)雜數(shù)據(jù)清晰展現(xiàn)出來，人眼查看起來非常方便，通過分析，掌握設(shè)備運(yùn)行規(guī)律。

6 結(jié)語

探討水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，確保功能正常發(fā)揮，對(duì)于實(shí)際工作開展具有重要指導(dǎo)意義。綜合考慮水電站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，在此基礎(chǔ)上完善設(shè)計(jì)方案，提升設(shè)計(jì)可行性，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控，不斷提高水電站運(yùn)行系統(tǒng)效率和質(zhì)量。