CN110430157A - 一种对水轮机调速器进行远程运维的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种对水轮机调速器进行远程运维的系统及方法，系统包括运维网关、触摸屏、数据服务器和运维终端，触摸屏与运维网关电连接，运维网关、运维终端和数据服务器均连接到互联网，由数据服务器建立运维网关到运维终端的数据链路；运维网关用于与水轮机调速器电连接，以采集水轮机调速器的运行参数，并将运行参数数据发送给数据服务器和运维终端；触摸屏用于为运维网关提供人机交互界面，便于操作人员通过触摸屏查看或调节水轮机调速器的运行参数；数据服务器用于汇总和存储运维网关发送的水轮机调速器的运行参数数据。运维终端用于接收运维网关发送的水轮机调速器的运行参数数据，并将运行参数数据进行可视化显示。

Description

一种对水轮机调速器进行远程运维的系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化设备远程维护领域，具体涉及一种对水轮机调速器进行远程运维的系统及方法。

背景技术

目前水电机组设备所处的普遍状况是：

(1)设备安装的地域分布分散不集中，技术服务与维护的实时性不能得到很好的保证；

(2)设备后期维护成本过高，且工作质量受现场人员技术水平的制约，维护质量得不到保障；

(3)机组设备运行状况不能有效而充分地利用人们日益广泛应用的互联网工具进行远程专家会诊；

(4)设备制造商没有建立完善的设备运行数据库来利用大数据分析做技术和质量跟踪，从而推迟了设备改进时间。

传统售后服务的技术手段造成一旦设备或系统出现故障，专业工程师必需抵达客户现场进行设备维护，势必花费大量的人力成本与时间成本，间接造成设备或系统成本的增加。因此，有必要建立一种高效快捷的系统，尽量减少设备使用者的损失，同时最小化运行维护成本。

远程运维系统通过分布在各处的运维网关实时采集数据并分发给分布在各处的运维终端来解决设备、人员的空间分布不均和解决故障时效问题；数据服务器记录、分析并存储运维网关实时采集的数据，直接解决设备制造商没有建立完善的设备运行数据库的问题，进而利用大数据分析做技术和质量跟踪，加速设备改进时间。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种对水轮机调速器进行远程运维的系统及方法，通过分布在各处的运维网关实时采集数据并分发给分布在各处的运维终端来解决设备、人员的空间分布不均和解决故障时效问题；数据服务器记录、分析并存储运维网关实时采集的数据，直接解决设备制造商没有建立完善的设备运行数据库的问题，进而利用大数据分析做技术和质量跟踪，加速设备改进时间。本发明的技术方法如下：

作为本发明的第一方面，提供一种对水轮机调速器进行远程运维的系统，所述系统包括运维网关、触摸屏、数据服务器和运维终端，所述触摸屏与所述运维网关电连接，所述运维网关、运维终端和数据服务器均连接到互联网，由所述数据服务器建立所述运维网关到所述运维终端的数据链路；

所述运维网关用于与水轮机调速器电连接，以采集水轮机调速器的运行参数，并将所述运行参数数据发送给数据服务器和运维终端；

所述触摸屏用于为运维网关提供人机交互界面，便于操作人员通过所述触摸屏查看或调节水轮机调速器的运行参数；

所述数据服务器用于汇总和存储运维网关发送的水轮机调速器的运行参数数据；

所述运维终端用于接收运维网关发送的水轮机调速器的运行参数数据，并将所述运行参数数据进行可视化显示。

进一步地，所述运维终端还用于向运维网关发送包含水轮机调速器参数调整信息的控制指令；所述运维网关还用于接收运维终端发送的控制指令，根据所述控制指令调节水轮机调速器的运行参数。

进一步地，所述运维网关包括RS232串口、SD卡槽、GPI0扩展口、USB接口、HDMI接口、以太网模块、WiFi模块和处理单元，所述RS232串口、SD卡槽、GPI0扩展口、USB接口、HDMI接口、以太网模块和WiFi模块均与所述处理单元电连接；所述运维网关通过所述HDMI接口或GPI0扩展口与触摸屏电连接，通过RS232串口或以太网模块与所述水轮机调速器电连接，还通过WiFi模块接入到互联网。

进一步地，所述运维网关为安装有Raspbian操作系统的运维网关。

作为本发明的第二方面，提供一种对水轮机调速器进行远程运维的方法，所述方法包括以下步骤：

S1,通过数据服务器建立所述运维网关到所述运维终端的数据链路；

S2，所述运维网关将采集的水轮机调速器现场运行参数数据实时发送到所述运维终端和数据服务器；

S3，所述数据服务器接收运维网关所发送的数据并将数据存储到数据服务器的数据库中；

S4，所述运维终端接收运维网关所发送的数据并将数据可视化显示。

进一步地，所述方法还包括：

建立运维网关到所述运维终端的数据链路后，运维终端的通过自带的人机交互界面向运维网关发送控制指令，所述控制指令包括水轮机调速器的参数调整信息；运维终端接收到所述控制指令后，通过所述参数调整信息对水轮机调速器的运行参数进行调整。

进一步地，步骤1具体包括：

运维网关向数据服务器发送第一登陆请求信息，所述第一登陆请求信息包括所述运维网关对应的电站名称、登录密码、所连接的水轮机调速器通讯接口信息以及从运维网关到数据服务器的路由信息；

运维终端向数据服务器发送第二登陆请求信息，所述第二登陆请求信息包括所述运维终端对应的操作者名称、登录密码以及从运维终端到数据服务器的路由信息；

数据服务器根据第一登陆请求信息中的电站名称和登录密码验证所述运维网关的身份、服务期限和服务权限，根据第二登陆请求信息中操作者名称和登录密码验证所述运维终端操作者的身份、服务期限和服务权限，对身份验证异常、超出服务期限或服务权限的登陆请求予以拒绝；

如第一登陆请求信息和第二登陆请求信息中的身份、服务期限或服务权限均验证通过，则数据服务器根据运维网关和运维终端所发送的路由信息计算并尝试建立运维网关到对应运维终端的直接数据链路，如无法建立直接数据链路则建立通过数据服务器中转的间接数据链路，并通知双方数据链路已准备好；

进一步地，所述方法还包括：在数据链路建立完成后，运维终端根据运维网关发送的水轮机调速器通讯接口信息建立运维终端到对应水轮机调速器的完整数据链路，当所述完整数据链路形成后，运维终端向运维网关发送链路测试指令，以测试并优化运维网关采集数据的方法、采集速率或数据传输模式。

进一步地，步骤2中，所述运维网关将采集的水轮机调速器现场运行参数数据实时发送到所述运维终端和数据服务器具体为：

运维网关接受水轮机调速器的运行参数数据并在运维网关中备份；

通过已建立的数据链路将水轮机调速器的运行参数数据发送给数据服务器和运维终端；

如数据服务器或运维终端要求重发，则取出备份数据重新发送。

进一步地，步骤S3具体包括：

数据服务器接收到运维网关发送的水轮机调速器运行参数数据后，辨识所接收的数据完整性，对完整性缺失的数据利用校验和冗余信息尝试修复，对不能修复的数据要求运维网关重发；

将完整性的数据予以分类并存储。

进一步地，步骤S4具体包括：

运维终端接收到运维网关发送的水轮机调速器运行参数数据后先辨识所接收的数据完整性，对完整性缺失的数据利用校验和冗余信息尝试修复，对不能修复的数据要求运维网关重发；

将完整性的数据予以可视化显示。

本发明的有益效果：

本发明提供的水轮机调速器远程运维系统及方法，通过分布在各处的运维网关实时采集数据并分发给分布在各处的运维终端来解决设备、人员的空间分布不均和解决故障时效问题；数据服务器记录、分析并存储运维网关实时采集的数据，直接解决设备制造商没有建立完善的设备运行数据库的问题，进而利用大数据分析做技术和质量跟踪，加速设备改进时间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种对水轮机调速器进行远程运维的系统示意图；

图2为本发明实施例提供的一种对水轮机调速器进行远程运维的方法流程图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种对水轮机调速器进行远程运行维护的系统，包括运维网关、触摸屏、数据服务器和运维终端，所述触摸屏与所述运维网关电连接，所述运维网关、运维终端和数据服务器均连接到互联网，由所述数据服务器建立所述运维网关到所述运维终端的数据链路；所述运维网关用于与水轮机调速器电连接，所述运维网关按照采集点的需要设置有多个，以采集每处水轮机调速器的运行参数，并将所述运行参数数据发送给数据服务器和运维终端；所述触摸屏用于为运维网关提供人机交互界面，便于操作人员通过所述触摸屏查看或调节水轮机调速器的运行参数；所述数据服务器用于汇总和存储运维网关发送的水轮机调速器的运行参数数据；所述运维终端用于接收运维网关发送的水轮机调速器的运行参数数据，并通过自带的显示模块将所述运行参数数据进行可视化显示；所述运维网关采集的水轮机调速器运行参数数据通过互联网送至同样连接在互联网上的数据服务器和运维终端上，解决设备、人员的空间分布不均和解决故障时效问题；数据服务器可记录、分析并存储运维网关实时采集的数据，直接解决设备制造商没有建立完善的设备运行数据库的问题，进而利用大数据分析做技术和质量跟踪，加速设备改进时间。

优选地，所述运维终端还用于向运维网关发送包含水轮机调速器参数调整信息的控制指令；所述运维网关还用于接收运维终端发送的控制指令，根据所述控制指令调节水轮机调速器的运行参数。

其中，数据服务器建立所述运维网关到所述运维终端的数据链路具体为：运维网关向数据服务器发送第一登陆请求信息，所述第一登陆请求信息包括所述运维网关对应的电站名称、登录密码、所连接的水轮机调速器通讯接口信息以及从运维网关到数据服务器的路由信息；运维终端向数据服务器发送第二登陆请求信息，所述第二登陆请求信息包括所述运维终端对应的操作者名称、登录密码以及从运维终端到数据服务器的路由信息；数据服务器根据第一登陆请求信息中的电站名称和登录密码验证所述运维网关的身份、服务期限和服务权限，根据第二登陆请求信息中操作者名称和登录密码验证所述运维终端操作者的身份、服务期限和服务权限，对身份验证异常、超出服务期限或服务权限的登陆请求予以拒绝；如第一登陆请求信息和第二登陆请求信息中的身份、服务期限或服务权限均验证通过，则数据服务器根据运维网关和运维终端所发送的所述路由信息计算并尝试建立运维网关到对应运维终端的直接数据链路，如无法建立直接数据链路则建立通过数据服务器中转的间接数据链路，并通知双方数据链路已准备好。另外，数据链路建立完成后，运维终端还可根据运维网关所发送的水轮机调速器通讯接口信息测试并优化运维网关采集数据的方法、采集速率和操控模式。

优选地，所述运维网关包括有电源接口、RS232串口、SD卡槽、GPI0扩展口、USB接口、HDMI接口、以太网模块、WiFi模块和处理单元；所述运维网关通过所述以太网模块或WiFi模块连接到互联网上，将所采集的现场设备数据通过互联网传给所述数据服务器和运维终端，通过所述GPIO扩展口或HDMI接口与触摸屏电连接，通过RS232串口或以太网模块与所述水轮机调速器电连接，所述触摸屏作为人机界面，构成一个现地操作单元，能够显示水轮机调速器运行参数数据信息，并能进行人机交互，方便现场人员确认数据和操作运维网关。所述电源接口为Micro-USB接口，通过外部Micro-USB接口电源提供5V电压(500mA电流)给所述运维网关供电。所述SD卡槽安装有SD卡，所述SD卡用于安装操作系统，同时用于存储数据等用途。4个USB接口，两个用于连接鼠标、键盘外部设备，一个可用于连接U盘进行数据交换和存储，另一个为预留的接口。

优选地，所述运维网关为安装有Raspbian操作系统的运维网关，所述Raspbian操作系统安装在运维网关的处理单元内。

如图2所示，本发明还提供一种远程运维系统的水轮机调速器远程运维的方法，包括以下步骤：

S1,通过数据服务器建立所述运维网关到所述运维终端的数据链路；

S2，所述运维网关将采集的水轮机调速器现场运行参数数据实时发送到所述运维终端和数据服务器；

S3，所述数据服务器接收运维网关所发送的数据并将数据存储到数据服务器的数据库中；

S4，所述运维终端接收运维网关所发送的数据并将数据可视化显示。

优选地，所述方法还包括：建立运维网关到所述运维终端的数据链路后，运维终端的通过自带的人机交互界面向运维网关发送控制指令，所述控制指令包括水轮机调速器的参数调整信息；运维终端接收到所述控制指令后，通过所述参数调整信息对水轮机调速器的运行参数进行调整。

优选地，步骤1具体包括：

(1)运维网关向数据服务器发送第一登陆请求信息，所述第一登陆请求信息包括所述运维网关对应的电站名称、登录密码、所连接的水轮机调速器通讯接口信息以及从运维网关到数据服务器的路由信息；

(2)运维终端向数据服务器发送第二登陆请求信息，所述第二登陆请求信息包括所述运维终端对应的操作者名称、登录密码以及从运维终端到数据服务器的路由信息；

(3)数据服务器根据第一登陆请求信息中的电站名称和登录密码验证所述运维网关的身份、服务期限和服务权限，根据第二登陆请求信息中操作者名称和登录密码验证所述运维终端操作者的身份、服务期限和服务权限，对身份验证异常、超出服务期限或服务权限的登陆请求予以拒绝；

(4)如第一登陆请求信息和第二登陆请求信息中的身份、服务期限或服务权限均验证通过，则数据服务器根据运维网关和运维终端所发送的路由信息计算并尝试建立运维网关到对应运维终端的直接数据链路，如无法建立直接数据链路则建立通过数据服务器中转的间接数据链路，并通知双方数据链路已准备好。

(5)在数据链路建立完成后，运维终端根据运维网关发送的水轮机调速器通讯接口信息建立运维终端到对应水轮机调速器的完整数据链路，当所述完整数据链路形成后，运维终端向运维网关发送链路测试指令，以测试并优化运维网关采集数据的方法、采集速率或数据传输模式。

上述实施例中，由于远程数据传输必须安全、可靠，同时不同的设备所使用的软件接口略有不同，所以运维网关必须以电站名称登录到服务器，并由服务器确认登录的者的有效性，对无效的登录应予以拒绝并给出拒绝原因，相应的运维终端也要用有效的身份登录，并由服务器确认登录的者的有效性，对无效的登录应予以拒绝并给出拒绝原因；由于IPV4的资源匮乏，运维网关和运维终端在互联网上不可能拥有自己独立的IP地址，也就无法建立连接，因此需由数据服务器根据运维网关和运维终端通过登录过程所发送各自到数据服务器的路由信息，经计算并尝试建立运维网关到运维终端的直接数据链路，如无法建立直接数据链路则建立通过数据服务器中转的间接数据链路，并通知双方数据链路已准备好；其中，所述路由信息是由运维网关和运维终端各自所处的内网NAT设备提供的各自所处内网与外网IP地址的映射关系；在数据服务器的帮助下运维网关和对应运维终端交换各自的内网与外网IP地址的映射数据来完成直接数据链路的建立。

另外，由于数据链路的建立只表示运维终端与运维网关可以连通，此时运维终端与运维网关的链接已完成建立，但运维终端透过运维网关与水轮机调速器的连接只建立到传输层，这是由于水轮机调速器通讯接口(包括通信协议)各不相同造成的，所以运维终端需要获取水轮机调速器通讯接口信息来建立运维终端到水轮机调速器的应用层链接，来形成完整的数据链路。当完整的数据链路形成后，运维终端将向运维网关发送链路测试指令，运维网关收到测试指令后将测试运维网关与水轮机调速器之间的通讯速率和通讯延迟时间，根据上述结果运维网关先自行调整通讯速率、全局数据采样频率和部分数据快速采样频率，并将测试结果传到运维终端；同时运维网关向运维终端连续发送一批测试数据包，运维终端根据接收到的测试数据包计算网络延迟时间、实际网络传输速率和丢包率，根据网络延迟时间、实际网络传输速率和丢包率的情况选择主动、被动或手动数据传输模式，并将改变传输模式的指令发到运维网关。

优选地，步骤2中，所述运维网关将采集的水轮机调速器现场运行参数数据实时发送到所述运维终端和数据服务器具体为：

(1)先行采集现场水轮机调速器的运行参数数据，为防止数据丢失运维网关需同时备份所采集的数据，然后将数据编组，通过已建立的数据链路将数据发送给数据服务器和运维终端；

(2)如果数据服务器或运维终端通过编组信息发现数据丢失，会要求运维网关重发丢失的编组，运维网关从本地备份中取出数据重新发送；

(3)运维网关在CPU空闲时等待接收由运维终端发送的控制指令。

上述实施例中，数据服务器或运维终端接收到运维网关发送的数据后，会先进性数据完整性校验，数据完整性校验方法可基于现有的任何数据完整性校验方法，例如奇偶校验法、BCC异或校验法、LRC纵向冗余校验和CRC循环冗余校验等，为了便于数据服务器或运维终端对接收的数据进行完整性校验以及在数据丢失时尝试修复，运维网关在发送数据时，会先对发送数据进行处理，以加上用于校验数据完整性及在数据丢失时能尝试修复的校验信息及冗余信息，如果数据服务器或运维终端发现数据不完整，会要求运维网关重发丢失的编组，运维网关从本地备份中取出数据重新发送，确保数据服务器或运维终端接收的数据为完整有效的数据。

优选地，步骤S3具体包括：

(1)由于实际网络连接中存在传输延时和传输错误，所以数据服务器需辨识所接收的数据完整性，对完整性缺失的数据利用校验和冗余信息尝试修复，对不能修复的数据要求运维网关重发；

(2)将合乎要求的收到数据予以分类并存储。

优选地，步骤S4具体包括：

(1)由于实际网络连接中存在传输延时和传输错误，运维终端需辨识所接收的数据完整性，对完整性缺失的数据利用校验和冗余信息尝试修复，对不能修复的数据要求运维网关重发；

(2)将正确的收到数据予以显示；

(3)如有需要，通过人机交互界面将需要变化的参数发回运维网关，经由运维网关修改设备参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种对水轮机调速器进行远程运维的系统，其特征在于：所述系统包括运维网关、触摸屏、数据服务器和运维终端，所述触摸屏与所述运维网关电连接，所述运维网关、运维终端和数据服务器均连接到互联网，由所述数据服务器建立所述运维网关到所述运维终端的数据链路；

所述运维网关用于与水轮机调速器电连接，以采集水轮机调速器的运行参数，并将所述运行参数数据发送给数据服务器和运维终端；

所述触摸屏用于为运维网关提供人机交互界面，便于操作人员通过所述触摸屏查看或调节水轮机调速器的运行参数；

所述数据服务器用于汇总和存储运维网关发送的水轮机调速器的运行参数数据；

所述运维终端用于接收运维网关发送的水轮机调速器的运行参数数据，并将所述运行参数数据进行可视化显示。

2.根据权利要求1所述的对水轮机调速器进行远程运维的系统，其特征在于，所述运维终端还用于向运维网关发送包含水轮机调速器参数调整信息的控制指令；所述运维网关还用于接收运维终端发送的控制指令，根据所述控制指令调节水轮机调速器的运行参数。

3.根据权利要求1所述的对水轮机调速器进行远程运维的系统，其特征在于，所述运维网关包括RS232串口、SD卡槽、GPI0扩展口、USB接口、HDMI接口、以太网模块、WiFi模块和处理单元，所述RS232串口、SD卡槽、GPI0扩展口、USB接口、HDMI接口、以太网模块和WiFi模块均与所述处理单元电连接；所述运维网关通过所述HDMI接口或GPI0扩展口与触摸屏电连接，通过RS232串口或以太网模块与所述水轮机调速器电连接，还通过WiFi模块接入到互联网。

4.一种对水轮机调速器进行远程运维的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1,通过数据服务器建立所述运维网关到所述运维终端的数据链路；

S2，所述运维网关将采集的水轮机调速器现场运行参数数据实时发送到所述运维终端和数据服务器；

S3，所述数据服务器接收运维网关所发送的数据并将数据存储到数据服务器的数据库中；

S4，所述运维终端接收运维网关所发送的数据并将数据可视化显示。

5.根据权利要求4所述的对水轮机调速器进行远程运维的方法，其特征在于，所述方法还包括：

建立运维网关到所述运维终端的数据链路后，运维终端的通过自带的人机交互界面向运维网关发送控制指令，所述控制指令包括水轮机调速器的参数调整信息；运维终端接收到所述控制指令后，通过所述参数调整信息对水轮机调速器的运行参数进行调整。

6.根据权利要求4所述的对水轮机调速器进行远程运维的方法，其特征在于，步骤1具体包括：

运维网关向数据服务器发送第一登陆请求信息，所述第一登陆请求信息包括所述运维网关对应的电站名称、登录密码、所连接的水轮机调速器通讯接口信息以及从运维网关到数据服务器的路由信息；

运维终端向数据服务器发送第二登陆请求信息，所述第二登陆请求信息包括所述运维终端对应的操作者名称、登录密码以及从运维终端到数据服务器的路由信息；

数据服务器根据第一登陆请求信息中的电站名称和登录密码验证所述运维网关的身份、服务期限和服务权限，根据第二登陆请求信息中操作者名称和登录密码验证所述运维终端操作者的身份、服务期限和服务权限，对身份验证异常、超出服务期限或服务权限的登陆请求予以拒绝；

如第一登陆请求信息和第二登陆请求信息中的身份、服务期限或服务权限均验证通过，则数据服务器根据运维网关和运维终端所发送的路由信息计算并尝试建立运维网关到对应运维终端的直接数据链路，如无法建立直接数据链路则建立通过数据服务器中转的间接数据链路，并通知双方数据链路已准备好。

7.根据权利要求6所述的对水轮机调速器进行远程运维的方法，其特征在于，所述方法还包括：在数据链路建立完成后，运维终端根据运维网关发送的水轮机调速器通讯接口信息建立运维终端到对应水轮机调速器的完整数据链路，当所述完整数据链路形成后，运维终端向运维网关发送链路测试指令，以测试并优化运维网关采集数据的方法、采集速率或数据传输模式。

8.根据权利要求4所述的对水轮机调速器进行远程运维的方法，其特征在于，步骤2中，所述运维网关将采集的水轮机调速器现场运行参数数据实时发送到所述运维终端和数据服务器具体为：

运维网关接受水轮机调速器的运行参数数据并在运维网关中备份；

通过已建立的数据链路将水轮机调速器的运行参数数据发送给数据服务器和运维终端；

如数据服务器或运维终端要求重发，则取出备份数据重新发送。

9.根据权利要求4所述的对水轮机调速器进行远程运维的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

数据服务器接收到运维网关发送的水轮机调速器运行参数数据后，辨识所接收的数据完整性，对完整性缺失的数据利用校验和冗余信息尝试修复，对不能修复的数据要求运维网关重发；

将完整性的数据予以分类并存储。

10.根据权利要求4所述的对水轮机调速器进行远程运维的方法，其特征在于，步骤S4具体包括：

运维终端接收到运维网关发送的水轮机调速器运行参数数据后先辨识所接收的数据完整性，对完整性缺失的数据利用校验和冗余信息尝试修复，对不能修复的数据要求运维网关重发；

将完整性的数据予以可视化显示。