CN112967556A - 一种带有工业人工智能的配电教学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有工业人工智能的配电教学装置，包括：平台层、网络层和感知层，所述平台层用于对现场设备进行安全监控，通过信息的集中处理分析设备运行状态和电能能效以及节能措施；所述网络层用于向所述感知层发送所述平台层的相关控制信息和接收所述感知层传递的信息，并将所述信息通过有线或无线通信网络以及集中器上传到所述平台层；所述感知层用于完成现场电力参数及状态参数的采集，并进行信号处理，通过感知识别技术，让物与物通过网络连接，本发明实现了教学多样化，使学生在深入理解专业知识的同时，培养学生的实践技能。

Description

一种带有工业人工智能的配电教学装置

技术领域

本发明涉及电气工程技术教学领域，尤其涉及到一种带有工业人工智能的配电教学装置。

背景技术

在新一轮的科技革命下，以行业为背景的“大智物移云”正在飞速发展，人工智能正在渗入各个细分行业。智能配电是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。电力行业发展的同时也给相关专业发展带来了前所未有的机遇。相对于传统的工科人才，新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才，这将成为未来我国各院校人才培养的一个重要方向。

目前，传统的供配电教学设备功能单一，智能化程度低、保护措施不完善。不能实现多学科交融(如：电力系统和人工智能技术)、多主体参与等。现有的教学实验设备无法满足当前行业人才培养需求。因此需要一种带有工业人工智能的配电教学及装置，以学生的职业能力和素质培养为核心，以掌握多个方向的专业核心技能为基础，培养出既具有电力系统知识，也了解人工智能技术的多样化、个性化、创新能力、跨界整合能力的工程科技人才。

综上所述，提供一种功能多样、智能化程度及安全性高、可为学生提供丰富的教学实践基础的带有工业人工智能的配电教学装置，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种带有工业人工智能的配电教学装置，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有工业人工智能的配电教学装置，包括：平台层、网络层和感知层；

所述平台层用于对现场设备进行安全监控，通过信息的集中处理分析设备运行状态和电能能效以及节能措施，所述平台层包括中控台，所述中控台用于进行人机交互，分析汇总设备状态数据信息并展示；

所述网络层用于向所述感知层发送所述平台层的相关控制信息和接收所述感知层传递的信息，并将所述信息通过有线或无线通信网络以及集中器上传到所述平台层，所述网络层包括智能互联柜，所述智能互联柜用于采集设备状态数据信息和发送指令信息；

所述感知层用于完成现场电力参数及状态参数的采集，并进行信号处理，通过感知识别让物与物通过网络连接，所述感知层包括智能进线柜、智能馈线柜和负载设备；

所述智能互联柜与所述智能进线柜和所述智能馈线柜相连接，所述智能馈线柜与所述负载设备相连。

优选地，所述中控台包括中控物联系统和显示设备，所述中控物联系统与所述显示设备相连，所述显示设备用于显示设备指令信息和数据信息并进行人机交互。

更优选地，所述智能互联柜包括不间断电源、电源模块、数据服务器、交换机和边缘控制器，所述不间断电源与所述电源模块相连，所述不间断电源用于在市电突然断电状态下提供一定时间内的不间断电源，保障所述智能互联柜正常工作，所述电源模块用于为所述数据服务器、所述交换机、所述边缘控制器提供所需电源，所述数据服务器用于发送操作指令信息和存储设备数据信息，所述交换机分别与所述中控物联系统、所述数据服务器和所述边缘控制器相连，所述边缘控制器用于接收所述操作指令信息和所述设备数据信息，并反馈操作指令信息和数据信息至所述数据服务器。

更优选地，所述智能进线柜包括智能框架断路器、多功能仪表和电源回路，所述智能框架断路器为所述智能馈线柜提供电源，所述边缘控制器与所述智能框架断路器和所述多功能仪表相连接，所述边缘控制器发送指令信息至所述智能框架断路器，实现远程控制所述智能框架断路器合分闸和采集设备状态数据信息，所述多功能仪表用于显示系统电压、电流、频率和有功功率，所述边缘控制器与所述多功能仪表相连采集相应参数信息并发送至所述数据服务器，所述电源回路与外部供电电源相连。

更优选地，所述智能馈线柜包括若干个所述多功能仪表、若干个智能塑壳断路器、智能变频器和配电回路，所述智能塑壳断路器用于为所述智能变频器和所述负载设备提供电源，所述边缘控制器与所述智能塑壳断路器和所述智能变频器相连通信，发送指令信息至所述智能塑壳断路器，实现远程控制所述智能塑壳断路器合分闸并采集设备状态数据信息，所述多功能仪表用于显示系统电压、电流、频率和有功功率，所述边缘控制器与所述多功能仪表通信采集相应参数信息并发送至所述数据服务器，所述配电回路分别与所述电源回路和所述智能变频器、所述负载设备相连，所述配电回路用于对所述负载设备及可扩展负载设备供电。

更优选地，所述中控台通过所述智能互联柜发送指令信息至所述智能进线柜和所述智能馈线柜，由所述智能进线柜和所述智能馈线柜内传感器对设备进行配电控制和数据采集，并将采集的数据信息发送至所述中控台，所述中控台通过信息的集中处理进行二次开发和数据建模，实现趋势分析、设备运行状态监控、电能的能效及节能措施分析、故障预测和维护决策。

更优选地，所述中控台通过互联网和遥控通信相结合的方式与所述智能互联柜进行通信连接，所述智能互联柜通过以太网接收所述中控台发送的操作指令，并将所述操作指令发送给所述智能进线柜和所述智能馈线柜实现所述中控台对设备的控制，同时所述智能互联柜实时接收所述智能进线柜和所述智能馈线柜设备的数据信息，并将所述数据信息发送至所述中控台进行存储和显示。

更优选地，所述中控物联系统与所述数据服务器进行通信，所述数据服务器与所述边缘控制器通过所述交换机进行信号传输，所述中控物联系统发送操作指令信息至所述数据服务器，所述边缘控制器接收所述数据服务器转发的操作指令信息，并将所述操作指令信息发送至所述智能框架断路器、所述多功能仪表、所述智能塑壳断路器和所述智能变频器实现设备远程配电控制。

更优选地，所述感知层中现场电力参数及状态参数通过由若干个传感器组成的传感网络进行采集。

从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：本发明相比传统配电教学装置，师生可以通过本装置的中控台来操作进行教学，便于师生进行实践教学及练习。本装置将工业级真实设备与教学实验装置结合，让学生可基于本装置了解真实的工业级的智能配电产品及系统架构。通过在本装置的技能训练能在深入理解专业知识的同时，培养学生的实践技能，且其功能多样、智能化程度及安全性高、可为学生提供丰富的教学实践基础。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。

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，下文将对本发明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，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为本发明带有工业人工智能的配电教学装置的组成示意图。

图2为本发明中中控台的结构示意图。

图3为本发明中智能互联柜、智能进线柜以及智能馈线柜的组成结构示意图。

附图标记：

平台层1、网络层2、感知层3、中控台4、智能互联柜5、智能进线柜6、智能馈线柜7、中控物联系统8、显示设备9、不间断电源10、电源模块11、数据服务器12、交换机13、边缘控制器14、智能框架断路器15、多功能仪表16、智能塑壳断路器17和智能变频器18。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本发明的目的在于提供一种可以培养复合型人才的带有工业人工智能的配电教学装置来解决背景技术中提到的问题。本装置融合互联网技术和智能传感器，可实现远程监测、控制和设定，提供详细的故障诊断和事件日志，可进行大数据分析，提前预警设备故障，并支持接入大容量分布式电源，具有更高的安全性能、电力资源效应、系统运行能力，且通过在本装置的技能训练能在深入理解专业知识的同时，培养学生的实践技能。如下，本发明提供了一种功能多样、智能化程度及安全性高、可为学生提供丰富的教学实践基础的带有工业人工智能的配电教学装置。如图1至图2所示，该装置包括：平台层1、网络层2和感知层3。系统中，所述平台层1在数据服务器12的环境下，将网络内设备信息资源通过计算整合成一个可互联互通的大型网络，实现现场设备安全监控，通过信息的集中处理进行趋势分析、故障预测、维护决策和设备运行状态、电能的能效及节能措施分析。所述平台层1用于对现场设备进行安全监控，通过信息的集中处理分析设备运行状态和电能能效以及节能措施，所述平台层1包括中控台4，所述中控台4用于进行人机交互，分析汇总设备状态数据信息并展示。在实施例一中，所述中控台4包括中控物联系统8和显示设备9，所述中控物联系统8与所述显示设备9相连，所述显示设备9用于显示设备9指令信息和数据信息并进行人机交互。

所述网络层2主要对来自感知层3的信息进行接入和传输，通过现场总线有线或无线通信网络与集中器等网关设备传递感知层3采集到的信息，并将信息上传到平台层1，在系统中网络层2接驳感知层3和平台层1，具有承上启下的纽带作用。本装置中，所述网络层2用于向所述感知层3发送所述平台层1的相关控制信息和接收所述感知层3传递的信息，并将所述信息通过有线或无线通信网络以及集中器上传到所述平台层1，所述网络层2包括智能互联柜5，所述智能互联柜5用于采集设备状态数据信息和发送指令信息。所述智能互联柜5包括不间断电源10、电源模块11、数据服务器12、交换机13和边缘控制器14，所述不间断电源10与所述电源模块11相连，所述不间断电源10用于在市电突然断电状态下提供一定时间内的不间断电源10，保障所述智能互联柜5正常工作，所述电源模块11用于为所述数据服务器12、所述交换机13、所述边缘控制器14提供所需电源，所述数据服务器12用于发送操作指令信息和存储设备数据信息，所述交换机13分别与所述中控物联系统8、所述数据服务器12和所述边缘控制器14相连，所述边缘控制器14用于接收所述操作指令信息和所述设备数据信息，并反馈操作指令信息和数据信息至所述数据服务器12。

所述感知层3用于完成现场电力参数及状态参数的采集，并进行信号处理，通过感知识别让物与物通过网络连接，所述感知层3包括智能进线柜6、智能馈线柜7和负载设备，所述智能互联柜5与所述智能进线柜6和所述智能馈线柜7相连接，所述智能馈线柜7与所述负载设备相连。所述智能进线柜6包括智能框架断路器15、多功能仪表16和电源回路，所述智能框架断路器15为所述智能馈线柜7提供电源，所述边缘控制器14与所述智能框架断路器15和所述多功能仪表16相连接，所述边缘控制器14发送指令信息至所述智能框架断路器15，实现远程控制所述智能框架断路器15合分闸和采集设备状态数据信息，所述多功能仪表16用于显示系统电压、电流、频率和有功功率，所述边缘控制器14与所述多功能仪表16相连采集相应参数信息并发送至所述数据服务器12，所述电源回路与外部供电电源相连。所述智能馈线柜7包括若干个所述多功能仪表16、若干个智能塑壳断路器17、智能变频器18和配电回路，所述智能塑壳断路器17用于为所述智能变频器18和所述负载设备提供电源，所述边缘控制器14与所述智能塑壳断路器17和所述智能变频器18相连通信，发送指令信息至所述智能塑壳断路器17，实现远程控制所述智能塑壳断路器17合分闸并采集设备状态数据信息，所述多功能仪表16用于显示系统电压、电流、频率和有功功率，所述边缘控制器14与所述多功能仪表16通信采集相应参数信息并发送至所述数据服务器12，所述配电回路分别与所述电源回路和所述智能变频器18、所述负载设备相连，所述配电回路用于对所述负载设备及可扩展负载设备供电。所述感知层3中现场电力参数及状态参数通过由若干个传感器组成的传感网络进行采集。在本实施例中，感知层3主要功能是由处于现场传感网络的各类设备安全状态传感器、探测器、采集器、智能检测终端或第三方仪器仪表类智能设备等，完成现场电流、电压、电量、漏电电流、温度、故障电弧等电力参数及状态参数的采集，进行设备信息采集和信号处理，通过感知识别技术，让物与物通过网络连接。在本实施例中，本装置还可扩展接入其他负载设备，如泵、风机、电动阀门、各类带通信接口的成套电控设备、低压电气设备等，学生可查看和分析不同类型负载的能耗状态。

本装置中的人工智能指设备自身能够感知运行状态和健康状态，并通过“主动报告”被感知，可以将设备运行状况和健康状况动态参数数字化，以及设备结构性能方面的静态参数数字化，而且还可以在线进行自动控制和调整优化，受远方操作而被控制。所述智能互联柜5与所述智能进线柜6和所述智能馈线柜7相连接，所述智能馈线柜7与所述负载设备相连。具体而言，本装置可以实现传统配电教学，如供配电技术、开关元器件认知、电气回路接线、排障等；还可进行相关计算机知识、通信知识的教学训练，如现场总线、PLC应用、电力互联通讯、通讯构架、系统异构等。

在实际应用中，所述中控台4通过所述智能互联柜5发送指令信息至所述智能进线柜6和所述智能馈线柜7，由所述智能进线柜6和所述智能馈线柜7内传感器对设备进行配电控制和数据采集，并将采集的数据信息发送至所述中控台4，所述中控台4通过信息的集中处理进行二次开发和数据建模，实现趋势分析、设备运行状态监控、电能的能效及节能措施分析、故障预测和维护决策。即所述中控台4通过互联网和遥控通信相结合的方式与所述智能互联柜5进行通信连接，所述智能互联柜5通过以太网接收所述中控台4发送的操作指令，并将所述操作指令发送给所述智能进线柜6和所述智能馈线柜7实现所述中控台4对设备的控制，同时所述智能互联柜5实时接收所述智能进线柜6和所述智能馈线柜7设备的数据信息，例如如通过温度传感器、振动传感器等检测的设备运行状态及参数等，并将所述数据信息发送至所述中控台4进行存储和显示。

所述中控物联系统8与所述数据服务器12进行通信，所述数据服务器12与所述边缘控制器14通过所述交换机13进行信号传输，所述中控物联系统8发送操作指令信息至所述数据服务器12，所述边缘控制器14接收所述数据服务器12转发的操作指令信息，并将所述操作指令信息发送至所述智能框架断路器15、所述多功能仪表16、所述智能塑壳断路器17和所述智能变频器18实现设备远程配电控制。

在本实施例中，本装置还可扩展接入其他负载设备，如泵、风机、电动阀门、各类带通信接口的成套电控设备、低压电气设备等，学生可查看和分析不同类型负载的能耗状态。该系统中由于多个设备的数据信息是先通过智能互联柜5进行汇总，然后通过智能互联柜5上传至中控台4，这与传统的通过将每个传感器通过相应的电缆连接至中控台4以实现数据的传输相比，大大简化了布线的复杂度，并在一定程度上减少了故障点。

在实施例二中，还可在智能进线柜6和智能馈线柜7中集成智能温度监测传感器，运用红外线技术，实时在线连续监测柜内铜排、抽屉等关键部位的温度，进行预防性的预警，及时发现潜在故障点，增强系统安全性。

在实施例二中，当边缘控制器14的输入接口数量满足不了现场设备的数量时，可通过使用多个边缘控制器14，或者通过I/O扩展模块或总线无线I/O扩展模块对边缘控制器14进行接口扩展。

本发明的有益效果是，相比传统配电教学装置，师生可以通过本装置的中控台4来操作进行教学，便于师生进行实践教学及练习，并将工业级真实设备与教学实验装置结合，让学生可基于本装置了解真实的工业级的智能配电产品及系统架构。

应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，包括：平台层(1)、网络层(2)和感知层(3)；

所述平台层(1)用于对现场设备进行安全监控，通过信息的集中处理分析设备运行状态和电能能效以及节能措施，所述平台层(1)包括中控台(4)，所述中控台(4)用于进行人机交互，分析汇总设备状态数据信息并展示；

所述网络层(2)用于向所述感知层(3)发送所述平台层(1)的相关控制信息和接收所述感知层(3)传递的信息，并将所述信息通过有线或无线通信网络以及集中器上传到所述平台层(1)，所述网络层(2)包括智能互联柜(5)，所述智能互联柜(5)用于采集设备状态数据信息和发送指令信息；

所述感知层(3)用于完成现场电力参数及状态参数的采集，并进行信号处理，通过感知识别让物与物通过网络连接，所述感知层(3)包括智能进线柜(6)、智能馈线柜(7)和负载设备；

所述智能互联柜(5)与所述智能进线柜(6)和所述智能馈线柜(7)相连接，所述智能馈线柜(7)与所述负载设备相连。

2.如权利要求1所述的带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，所述中控台(4)包括中控物联系统(8)和显示设备(9)，所述中控物联系统(8)与所述显示设备(9)相连，所述显示设备(9)用于显示设备指令信息和数据信息并进行人机交互。

3.如权利要求2所述的带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，所述智能互联柜(5)包括不间断电源(10)、电源模块(11)、数据服务器(12)、交换机(13)和边缘控制器(14)，所述不间断电源(10)与所述电源模块(11)相连，所述不间断电源(10)用于在市电突然断电状态下提供一定时间内的不间断电源，保障所述智能互联柜(5)正常工作，所述电源模块(11)用于为所述数据服务器(12)、所述交换机(13)、所述边缘控制器(14)提供所需电源，所述数据服务器(12)用于发送操作指令信息和存储设备数据信息，所述交换机(13)分别与所述中控物联系统(8)、所述数据服务器(12)和所述边缘控制器(14)相连，所述边缘控制器(14)用于接收所述操作指令信息和所述设备数据信息，并反馈操作指令信息和数据信息至所述数据服务器(12)。

4.如权利要求3所述的带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，所述智能进线柜(6)包括智能框架断路器(15)、多功能仪表(16)和电源回路，所述智能框架断路器(15)为所述智能馈线柜(6)提供电源，所述边缘控制器(14)与所述智能框架断路器(15)和所述多功能仪表(16)相连接，所述边缘控制器(14)发送指令信息至所述智能框架断路器(15)，实现远程控制所述智能框架断路器(15)合分闸和采集设备状态数据信息，所述多功能仪表(16)用于显示系统电压、电流、频率和有功功率，所述边缘控制器(14)与所述多功能仪表(16)相连采集相应参数信息并发送至所述数据服务器(12)，所述电源回路与外部供电电源相连。

5.如权利要求4所述的带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，所述智能馈线柜(7)包括若干个所述多功能仪表(16)、若干个智能塑壳断路器(17)、智能变频器(18)和配电回路，所述智能塑壳断路器(17)用于为所述智能变频器(18)和所述负载设备提供电源，所述边缘控制器(14)与所述智能塑壳断路器(17)和所述智能变频器(18)相连通信，发送指令信息至所述智能塑壳断路器(17)，实现远程控制所述智能塑壳断路器(17)合分闸并采集设备状态数据信息，所述多功能仪表(16)用于显示系统电压、电流、频率和有功功率，所述边缘控制器(14)与所述多功能仪表(16)通信采集相应参数信息并发送至所述数据服务器(12)，所述配电回路分别与所述电源回路和所述智能变频器(18)、所述负载设备相连，所述配电回路用于对所述负载设备及可扩展负载设备供电。

6.如权利要求5所述的带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，所述中控台(4)通过所述智能互联柜(5)发送指令信息至所述智能进线柜(6)和所述智能馈线柜(7)，由所述智能进线柜(6)和所述智能馈线柜(7)内传感器对设备进行配电控制和数据采集，并将采集的数据信息发送至所述中控台(4)，所述中控台(4)通过信息的集中处理进行二次开发和数据建模，实现趋势分析、设备运行状态监控、电能的能效及节能措施分析、故障预测和维护决策。

7.如权利要求6所述的带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，所述中控台(4)通过互联网和遥控通信相结合的方式与所述智能互联柜(5)进行通信连接，所述智能互联柜(5)通过以太网接收所述中控台(4)发送的操作指令，并将所述操作指令发送给所述智能进线柜(6)和所述智能馈线柜(7)实现所述中控台(4)对设备的控制，同时所述智能互联柜(5)实时接收所述智能进线柜(6)和所述智能馈线柜(7)设备的数据信息，并将所述数据信息发送至所述中控台(4)进行存储和显示。

8.如权利要求7所述的带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，所述中控物联系统(8)与所述数据服务器(12)进行通信，所述数据服务器(12)与所述边缘控制器(14)通过所述交换机(13)进行信号传输，所述中控物联系统(8)发送操作指令信息至所述数据服务器(12)，所述边缘控制器(14)接收所述数据服务器(12)转发的操作指令信息，并将所述操作指令信息发送至所述智能框架断路器(15)、所述多功能仪表(16)、所述智能塑壳断路器(17)和所述智能变频器(18)实现设备远程配电控制。

9.如权利要求8所述的带有工业人工智能的配电教学装置，其特征在于，所述感知层(3)中现场电力参数及状态参数通过由若干个传感器组成的传感网络进行采集。

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