CN109102690B - 基于互联网技术的电站设备远程巡视系统 - Google Patents

基于互联网技术的电站设备远程巡视系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于互联网技术的电站设备远程巡视系统，包括：基于FPGA的数据采集器、云端服务器和移动终端；所述基于FPGA的数据采集器包括多个数据采集端口；所述基于FPGA的数据采集器用于：接收电站设备上的多个测量传感器采集的多个采样信号，将所述多个采样信号传输至云端服务器；所述云端服务器用于：接收并解析所述多个采样信号，获得多个解析数据，将所述多个解析数据推送至所述移动终端；所述移动终端用于：显示所述多个解析数据。本发明通过信息采集、互联网传输、终端展示实现巡检工作移动化、信息化、智能化，不再需要巡检人员前往现场进行记录，减少人工维护工作，通过数据监控处理预警提高设备运行的安全性。

Description

基于互联网技术的电站设备远程巡视系统
技术领域
本发明涉及电网运行巡检技术领域，特别涉及一种基于互联网技术的电站设备远程巡视系统。
背景技术
目前，电网运行的监督管理工作主要依靠管理员定期人工巡检，采用手工记录登记方式，这种方式不利于数据管理和统计分析，造成巡检质量差、监管不到位，给电网设备运行安全和经济效益带来直接的影响。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于互联网技术的电站设备远程巡视系统，通过信息采集、互联网传输、终端展示实现巡检工作移动化、信息化、智能化，不再需要巡检人员前往现场进行记录，减少人工维护工作。
该基于互联网技术的电站设备远程巡视系统包括：基于FPGA的数据采集器、云端服务器和移动终端；其中，所述基于FPGA的数据采集器包括多个数据采集端口；
所述基于FPGA的数据采集器用于：接收电站设备上的多个测量传感器采集的多个采样信号，将所述多个采样信号传输至云端服务器；
所述云端服务器用于：接收并解析所述多个采样信号，获得多个解析数据，将所述多个解析数据推送至所述移动终端；
所述移动终端用于：显示所述多个解析数据。
在本发明实施例中，通过基于FPGA的数据采集器可以接收测量传感器采集的多个采样信号，然后通过云端服务器推送至移动终端，电站设备运检人员可以通过移动终端查询电网运行状态，这样和现有的电站设备巡检工作进行比较，本发明通过信息采集、互联网传输、终端展示实现巡检工作移动化、信息化、智能化，不再需要巡检人员前往现场进行记录，减少人工维护工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于互联网技术的电站设备远程巡视系统示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于互联网技术的电站设备远程巡视系统原理示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于FPGA的数据采集器结构框图；
图4是本发明实施例提供的一种基于FPGA的数据采集器原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于现有采用人工进行电网运行状态巡检耗时费力的缺点，随着互联网技术和APP软件开发技术的发展，需要构建一种新的基于“互联网+电网巡检”的智能移动电网巡检系统，解决当前电网运行管理监管问题，全面发挥电网工程预期经济和社会效益，实现巡检工作移动化、信息化、智能化的总体目标。因此，在本发明实施例中提供了一种基于互联网技术的电站设备远程巡视系统，如图1所示，该系统包括：基于FPGA的数据采集器、云端服务器和移动终端；其中，所述基于FPGA的数据采集器包括多个数据采集端口；
所述基于FPGA的数据采集器用于：接收电站设备上的多个测量传感器采集的多个采样信号，将所述多个采样信号传输至云端服务器；
所述云端服务器用于：接收并解析所述多个采样信号，获得多个解析数据，将所述多个解析数据推送至所述移动终端；
所述移动终端用于：显示所述多个解析数据。
在本发明实施例中，如图1所示，该基于互联网技术的电站设备远程巡视系统还包括：物联网基站，分别与基于FPGA的数据采集器、云端服务器连接；所述基于FPGA的数据采集器包括：窄带物联网NB-IOT通信模块；
所述基于FPGA的数据采集器具体用于：通过所述窄带物联网NB-IOT通信模块与所述物联网基站进行数据传输；
所述物联网基站用于：将所述基于FPGA的数据采集器传输的多个采样信号传输至所述云端服务器。
基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
在本发明实施例中，如图2所示，多个测量传感器②安装于电站设备①上，多个测量传感器②将采集信号通过信号传输电缆③传输到基于FPGA的数据采集器④中，基于FPGA的数据采集器④通过无线物联网通讯(即通过NB-IOT通信模块⑥和物联网基站)将所述采集信号传输到后台管理软件⑦(即所述云端服务器)中，然后后台管理软件⑦再将所述采集信号通过无线物联网通讯传输到移动端APP软件⑧中(即所述移动终端)。
在本发明实施例中，本发明提出的基于FPGA的数据采集器需要具有如下功能：负责信息采集、通信管理加密功能。基于此，本发明提出了如图3所示基于FPGA的数据采集器的结构。具体的，所述基于FPGA的数据采集器除了包括多个数据采集端口，还包括：光耦隔离模块、模数转换模块；其中，光耦隔离模块用于：对所述基于FPGA的数据采集器和所述多个传感测量设备进行隔离；模数转换模块用于：将所述多个采样信号进行模数转换，得到多个数字化采样数据。
所述基于FPGA的数据采集器还包括：数据转换模块，用于将所述多个数字化采样数据转化成二进制序列化数据。
所述基于FPGA的数据采集器还包括：数据加密模块，用于对所述二进制序列化数据进行加密，获得多个加密采样数据；所述基于FPGA的数据采集器用于：将所述多个加密采样数据传输至云端服务器；所述云端服务器还用于：接收所述多个加密采样数据，对所述多个加密采样数据进行解密，获得所述二进制序列化数据。其中，所述数据加密模块采用消息队列遥测传输MQTT协议(如图2中的⑤)对所述多个数字化采样数据进行加密。
所述基于FPGA的数据采集器还包括：UART接口，与所述数据转换模块和数据加密模块连接。通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。
在本发明实施例中，本发明提出的基于FPGA的数据采集器的原理图如图4所示，基于FPGA的数据采集器通过多样的数据采集端口如4-20mA、0-10V、RTD、SD卡、以太网(片外PHY)、以太网(片上PHY)、110V/220VDC开关量、干接点开关量、RS232、RS485等端口接收电站设备上的传感测量设备采集的采样信号，满足各种传感器和接入信号及传输的要求，适用于多种场合，便于用户使用和扩展。基于FPGA的数据采集器接收到的信号通过光耦隔离模块、模数转换模块上送至FPGA芯片，FPGA芯片具有并行处理功能，数据进入FPGA芯片后进行适当的数据格式处理，将采集到的数据转换为二进制序列数据。为了保证数据的安全性，FPGA芯片采用Apache avro数据格式，来进行数据的加密、压缩、以及转化为二进制序列化数据。然后通过UART接口传输给序号MQTT模块(即数据加密模块)，该MQTT模块采用MQTT协议(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输)，该协议具有低协议开销、低功耗、大容量设备连接、ssl(Secure Sockets Layer安全套接层)加密优势，该MQTT模块通过订阅发布模式把二进制流数据分包、加密，并通过MODBUS TCP把数据传给NB-IOT模块，MQTT模块配合NB-IOT模块传输，具有网络覆盖广、海量设备连接、低功耗、低成本的特点。
在本发明实施例中，本发明提出的云端服务器还用于：对所述多个解析数据进行加密处理，获得多个解析加密数据，将所述多个解析加密数据推送至所述移动终端；
所述移动终端用于：接收并解密所述多个解析加密数据，获得所述多个解析数据，并显示所述多个解析数据。
所述云端服务器还包括：预警信息库，
所述云端服务器还用于：将所述多个解析数据与所述预警数据库中的数据进行比较，根据比较结果确定是否产生预警信息；
当根据比较结果产生预警信息时，将所述预警信息推送至所述移动终端；
所述移动终端还用于：接收并显示所述预警信息。
具体的，云端服务器中包括了B/S架构的后台管理软件，该软件采用面向服务的体系结构，使用j2ee开发框架，面向对象的分析和设计，基于SpringMVC实现REST风格的服务接口，通过Redis缓存技术保证系统在高并发访问时及时响应，及通过使用ActiveMQ作为消息总线保证各端之间的消息传送。数据存储使用mysql读写分离，以支持海量数据读写。系统服务端使用模块化开发，以保证系统的高扩展性，和可分布式部署，以及基于HTTP协议的无状态接口设计，可为现有所有的前端设备提供服务。
云服务器端具体按如下方式实现数据处理过程：
云服务器端的后台管理软件，在接收到硬件设备发出的数据信息后进行解密与解析，将解析后数据存入实时数据库，通过调取实时数据并处理后推送移动终端，同时将处理结果和历史数据存入历史数据库，其还可以包括信息库，存储故障信息。服务器端的后台管理软件上完成所有的数据的分析处理等计算过程，并将所有的计算结果推送到移动终端，推送数据加密方式采用HTTPS(Hyper Text Transfer Protocol over Secure SocketLayer)方式。
在本发明实施例中，移动终端上安装有APP软件，该APP软件支持IOS、Android系统，用户可通过后台管理软件配置的权限管理，使用软件进行二维码扫描或输入SN号进入设备查询界面，即可查询具体设备相关运行参数，了解到实时运行情况，也可查询到数据钻取到年、月、日、小时的历史数据以及区间数据，以满足设备巡视需求，还可以通过获取后台推送的预警及故障信息了解运行风险，以便运检人员根据规程做出相关处理。
综上所述，本发明提出的基于互联网技术的电站设备远程巡视系统具有如下优点：
(1)采用基于FPGA的数据采集装置、物联网MQTT数据传输协议与NB-IOT通信模块，实现电站设备运行信息的采集，数据加密处理及通过物联网基站上传云端，不仅降低了传统数据采集的硬件成本与传输协议开销，并且保证了巡检信息的实时采集、数据传输的安全性。
(2)部署在云服务上的B/S架构后台管理软件进行数据解密，数据分析处理，并向APP移动端推送实时运行信息、设备运行指标的趋势变化、运行预警和故障报警，使电站设备运检人员实时获取需要原本定期前往电站记录的运行信息，从而减少人工维护工作，提高电网设备经济性、电网设备运行的安全性。
(3)可以在电站各种电气设备上广泛使用，具有通用性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于互联网技术的电站设备远程巡视系统，其特征在于，包括：基于FPGA的数据采集器、云端服务器和移动终端；其中，所述基于FPGA的数据采集器包括多个数据采集端口；
所述基于FPGA的数据采集器用于：接收电站设备上的多个测量传感器采集的多个采样信号，将所述多个采样信号传输至云端服务器；
所述云端服务器用于：接收并解析所述多个采样信号，获得多个解析数据，将所述多个解析数据推送至所述移动终端；
所述移动终端用于：显示所述多个解析数据；
所述基于FPGA的数据采集器还包括：光耦隔离模块、模数转换模块；
所述光耦隔离模块用于：对所述基于FPGA的数据采集器和所述多个测量传感器进行隔离；
所述模数转换模块用于：将所述多个采样信号进行模数转换，得到多个数字化采样数据；
所述基于FPGA的数据采集器还包括：数据转换模块；
所述数据转换模块用于：将所述多个数字化采样数据转化成二进制序列化数据；
所述基于FPGA的数据采集器还包括：数据加密模块，用于对所述二进制序列化数据进行加密，获得多个加密采样数据；
所述基于FPGA的数据采集器用于：将所述多个加密采样数据传输至云端服务器；
所述云端服务器还用于：接收所述多个加密采样数据，对所述多个加密采样数据进行解密，获得所述二进制序列化数据；
所述数据加密模块具体用于：
采用消息队列遥测传输MQTT协议对所述多个数字化采样数据进行加密；
所述基于FPGA的数据采集器还包括：UART接口，与所述数据转换模块和数据加密模块连接；
所述云端服务器还用于：对所述多个解析数据进行加密处理，获得多个解析加密数据，将所述多个解析加密数据推送至所述移动终端；
所述移动终端用于：接收并解密所述多个解析加密数据，获得所述多个解析数据，并显示所述多个解析数据。
2.如权利要求1所述的基于互联网技术的电站设备远程巡视系统，其特征在于，还包括：物联网基站，分别与基于FPGA的数据采集器、云端服务器连接；
所述基于FPGA的数据采集器包括：窄带物联网NB-IOT通信模块；
所述基于FPGA的数据采集器具体用于：通过所述窄带物联网NB-IOT通信模块与所述物联网基站进行数据传输；
所述物联网基站用于：将所述基于FPGA的数据采集器传输的多个采样信号传输至所述云端服务器。
3.如权利要求1所述的基于互联网技术的电站设备远程巡视系统，其特征在于，所述云端服务器还包括：预警信息库，
所述云端服务器还用于：将所述多个解析数据与所述预警数据库中的数据进行比较，根据比较结果确定是否产生预警信息；当根据比较结果产生预警信息时，将所述预警信息推送至所述移动终端；
所述移动终端还用于：接收并显示所述预警信息。
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