CN113765215A - 一种基于5g边界控制器的电力设备在线监测系统 - Google Patents

一种基于5g边界控制器的电力设备在线监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，包括监测模块、5G边界控制器、报警模块、物联网云平台；所述监测模块将采集的视频信号发送给5G边界控制器，5G边界控制器对视频信号计算和分析，当分析出异常情况时产生第一报警信号，将第一报警信号传输至物联网云平台；监测模块将采集的除视频信号外的其他信号发送给报警模块，报警模块根据其他信号的各类数据判断是否超出设定的参考值，若超出则向5G边界控制器发送第二报警信号，5G边界控制器接收第二报警信号后将其发送至物联网云平台。本发明支持多种工业通信规约来接入工业设备，提升了工业设备的开放性，将传统的电气一次设备升级为物联网数据节点，传输更加高效。

Description

一种基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统
技术领域
本发明涉及电气领域，具体涉及一种基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统。
背景技术
配电网成套柜一般安装于配电间或箱变中，管理机制完善的地点会执行定期巡检，但也存在设备上电运行后基本处于无人问津的状态，不管何种方式，目前在配电网巡检中一般对成套柜都不会进行开柜操作，特别是中高压成套柜。以现在的火灾监控方式只能看运行数据，只有部分高端柜型会在柜中安装小型摄像头，监控柜内硬件系统的实时情况。但由于目前无线传输速率低时延高的限制，柜内视频传输一般都使用有线方式接入局域网内的本次系统中，无法与云系统做实时视频交互。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，包括监测模块、5G边界控制器、报警模块、物联网云平台；所述监测模块将采集的视频信号发送给5G边界控制器，5G边界控制器对视频信号计算和分析，当分析出异常情况时产生第一报警信号，将第一报警信号和视频数据传输至物联网云平台，否则将视频数据传输至物联网云平台；监测模块将采集的除视频信号外的其他信号发送给报警模块，报警模块根据其他信号的各类数据判断是否超出设定的参考值，若超出则向5G边界控制器发送第二报警信号，5G边界控制器接收第二报警信号后将其发送至物联网云平台。
进一步地，所述5G边界控制器包括通讯规约模块、数据库模块、主动应用集成模块、数据驱动模块和虚拟硬件模块。
进一步地，所述数据库模块包括配置数据库、实时数据库、历史数据库；配置数据库为5G边界控制器提供各种配置文件，实时数据库存放5G边界控制器接收和发送的实时的通信数据，历史数据库为存放符合特定条件的历史电力数据。
进一步地，所述数据驱动模块封装数据库模块中各数据库的驱动操作，将数据库的表结构与具体应用隔离。
进一步地，所述通信规约模块包括前端通讯模块和后端通讯模块，前端通讯模块通过虚拟硬件模块与监测模块的信息采集模块进行数据传输；后端通讯模块通过主动应用集成模块将进程间通信封装成易调用的库函数的形式来访问实时数据库，将通信数据以通信规约规定的数据单元格式进行封装后通过虚拟硬件模块转发至物联网云平台。
进一步地，虚拟硬件模块提供统一的硬件访问接口，将其他的功能模块与具体的硬件隔离，主动应用集成模块封装进程间通信接口；
虚拟硬件模块接收监测模块发送的视频信号，并将该视频信号生成视频数据后通过前端通讯规约发送给主动应用集成模块，主动应用集成模块将成视频数据存储到实时数据库，主动应用集成模块从配置数据库获取配置文件，并将视频数据和配置文件进行计算和分析，当分析出异常情况时产生第一报警信号，将第一报警信号通过后端通讯规约和虚拟硬件模块发送至物联网云平台。
进一步地，所述监测模块包括信息采集模块、数据传输模块、供电模块以及主控制模块；所述信息采集模块包括接入式摄像头、电压互感器、温度传感器和湿度传感器，接入式摄像头对电力设备的表面形态、接口状态进行视频监控，电压互感器、温度传感器和湿度传感器对电力设备的状态信息进行采集；所述主控制模块与信息采集模块连接并对信息采集模块进行远程开关和位移操作；所述数据传输模块与信息采集模块连接并发送实时采集的电力设备的视频信号和其他信号；所述供电模块为信息采集模块和数据传输模块提供电能。
进一步地，报警模块将接收的第二报警信号发送给5G边界控制器，第二报警信号经过虚拟硬件模块、前端通讯模块、主动给应用集成模块、后端通讯模块后被发送至物联网云平台。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明支持多种工业通信规约来接入工业设备，采用主流的物联网通信协议MQTT与物联网云平台进行通信，提升了工业设备的开放性，将传统的电气一次设备升级为物联网数据节点，并使之支持移动App的操控，有效提升传统工业设备的信息化水平；利用5G的高速率特征，报警信息由边界控制器至云端的时间将成倍缩短，可以满足对于用电异常信息及时推送有极高要求的行业的同步报警需求。
附图说明
图1为本发明实施例的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统的架构框图。
图2为本发明实施例的5G边界控制器的模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
实施例1：
下面结合附图对本申请提供的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统做详细说明。
如图1所示，本申请实施例提供的一种基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，包括监测模块、5G边界控制器、报警模块、物联网云平台模块。
监测模块，包括信息采集模块、数据传输模块、供电模块以及主控制模块。
所述信息采集模块包括接入式摄像头、电压互感器、温度传感器、湿度传感器，接入式摄像头用于对电力设备的表面形态、接口状态进行视频监控，电压互感器、温度传感器、湿度传感器，用于对电力设备的状态信息(电压、温度等)进行采集；所述主控制模块与信息采集模块连接，用于对信息采集模块进行远程开关和位移操作；所述数据传输模块与信息采集模块连接，用于发送实时采集的电力设备的视频信号、数据信号；所述供电模块与信息采集模块和数据传输模块连接，用于提供电能。
如附图2所示，5G边界控制器，用于将所述信息采集模块采集到的实时电力设备状态信息数据以及所述报警模块发出的第二报警信号记录数据汇总，经过预处理后并上传到所述物联网云平台。
5G边界控制器包括通讯规约模块、数据库模块、主动应用集成模块、数据驱动模块和虚拟硬件模块。
虚拟硬件模块为调用者提供了统一、便捷的硬件访问接口，使得其他功能模块与具体的硬件隔离，提高软件的可移植性。虚拟硬件模块作为数据传输和标准化的媒介，为操作系统提供虚拟硬件平台，使其具有硬件无关性，可在多种平台上进行移植，同时方便工作人员根据各地配电网具体的情况配置数据格式和报警文件，使得该系统可适用于不同配电网的监测，实现多种监测功能。
数据库模块包括配置数据库、实时数据库、历史数据库。配置数据库由配置工具离线产生，以文件形式提供了云控制器的各种配置，实时数据库为内存形式的数据库，存放的是前端装置和后端系统之间的通信数据，历史数据库为文件形式的数据库，存放符合特定条件的历史数据，本实施例中为三十天内的电力设备状态信息数据和七天内的电力设备监控视频信息。
数据驱动模块封装了数据库的驱动操作，使得调用者无需关注具体的SQL语句编写、数据库连接等操作，将数据库的表结构与具体应用隔离开来，为开发过程中可能出现的数据库移植、表结构更改留下余地。
主动应用集成模块封装进程间通信接口，它一方面将复杂的进程间通信封装成易调用的库函数，另一方面也提供了类似于面向对象设计中接口适配器的功能，方便应用的开发和调整。
通信规约模块包括前端通讯模块和后端通讯模块，前端通讯模块载有的5G无线传输板卡通过虚拟硬件模块与监测模块的信息采集模块进行通信，获取其传感数据并下发控制命令；后端通讯模块载有5G无线传输板卡，可通过主动应用集成模块将进程间通信封装成易调用的库函数的形式来访问实时数据库，建立Modbus转换通讯协议，将通信数据以通信规约规定的数据单元格式进行封装并以蓝牙/WIFI形式将数据通过虚拟硬件模块转发至物联网云平台处理。
所述5G边界控制器还包括调试进程模块，所述调试进程模块用于接入外部操作系统并对5G边界控制器进行调试，包括设置5G边界控制器的通讯协议，修改配置文件，调用数据等。
报警模块用于在电气火灾监测方面的紧急报警，用于将接受到的电力设备除视频数据外的其他数据(包括实时温度信息、实时湿度信息等)与设定的参考值进行比较，当其他数据超出参考值时生成第二报警信号，将第二报警信号发送给5G边界控制器，5G边界控制器直接发出第二报警信号至物联网云平台，物联网云平台将报警信息发送至运维人员，使其能够及时查看电力设备的运行情况。所述报警模块发出的第二报警信号不需要经过5G边界控制器的计算，直接发送给物联网云平台，节省了运算时间，提高了报警的效率。
工作人员可通过云平台对电力设备的运行状态进行数据查看、直播查看、报警查看以及历史视频查看。数据查看，支持按时间查询电力设备运行中产生的各种数据和图表；直播查看，支持各摄像头直播视频的查看，且根据摄像头的直播状态自动切换直播流的上送状态，当没有用户查看直播流时摄像头自动断开直播流的上送，节省了流量的消耗；报警查看，支持根据报警信息查看关联保存的历史视频，可以极大方便运维人员查询和定位到设备产生的报警及其关联的发生报警时刻前后的视频；历史视频查看，支持按时间查询摄像头保存的历史视频，方便运维人员查看设备的历史运行状态。
下面，以配电网中电能波动诊断报警为例描述该监测系统的具体运行过程：监测模块的信息采集模块将采集的视频信号发送给5G边界控制器的虚拟硬件模块，虚拟硬件模块将该视频信号生成视频数据后通过前端通讯规约发送给主动应用集成模块，主动应用集成模块将成视频数据存储到实时数据库，主动应用集成模块从配置数据库获取配置文件，并将视频数据和配置文件进行计算和分析，当分析出异常情况时产生第一报警信号，将第一报警信号通过后端通讯规约和虚拟硬件模块传输至物联网云平台；监测模块的信息采集模块将采集的除视频信号外的其他信号发送给报警模块，报警模块根据其他信号各类数据是否超出设定的参考值，若超出则向5G边界控制器发送第二报警信号，5G边界控制器的虚拟硬件模块和前端通讯规约模块接收第二报警信号后经主动应用集成模块、后端通讯规约后发送至物联网云平台。
所述系统所基于的5G网络有低时延高可靠的特征，LTE网络使移动网络的时延迈进了100ms的关口，让对实时性要求比较高的电气火灾监测系统更具有可靠性，且天线更小，所述天线嵌入电力设备配电柜中，更方便传送位置信息。
所述5G边界控制器具有丰富的接口定义，支持2路串口RS485、6路以太网口、2路以太网口、2路DI、2路D0、1路USB等，满足接入多种表计、断路器、保护装置等设备的接入需求。5G边界控制器采用华为MH5000-31模块，支持全网通；所述5G边界控制器采用4核ARMCortex-A72处理器，最高支持1.8GHz 2GB DDR4 RAM，数据吞吐量最高可达2.1GT/s。
基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统的优点如下：
(1)支持多种工业通信规约来接入工业设备，采用主流的物联网通信协议MQTT与物联网云平台进行通信，提升了工业设备的开放性，将传统的电气一次设备升级为物联网数据节点，传输更加高效。
(2)将电力设备配电柜中各种状态信息经过规范化处理，可通过同一传输路径高速传输大量数据，集成化程度高，提升了数据传输容量同时降低了建造成本，解决了传统的边界控制器数据传输兼容性差，多条传输路径成本高昂等问题。
(3)基于5G的通信方式实现电力设备配电柜的数据实时传送和分析监测，能够有效提高电力设备的报警效率。
(4)将数据的处理和报警分为两条路径，数据量大的视频流通过5G边界控制器处理后传送至物联网云平台，数据量小的温度、适度数据通过报警模块简单比较处理后再通过5G边界控制器传送至物联网云平台，提高了电力设备的报警效率。
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 (8)

1.一种基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，其特征在于，包括监测模块、5G边界控制器、报警模块、物联网云平台；所述监测模块将采集的视频信号发送给5G边界控制器，5G边界控制器对视频信号分析和处理得到视频数据，当分析出异常情况时产生第一报警信号，将第一报警信号和视频数据传输至物联网云平台，否则将视频数据传输至物联网云平台；监测模块将采集的除视频信号外的其他信号发送给报警模块，报警模块根据其他信号的各类数据判断是否超出设定的参考值，若超出则向5G边界控制器发送第二报警信号，5G边界控制器接收第二报警信号后将其发送至物联网云平台。
2.根据权利要求1所述的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，其特征在于，所述5G边界控制器包括通讯规约模块、数据库模块、主动应用集成模块、数据驱动模块和虚拟硬件模块。
3.根据权利要求2所述的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，其特征在于，所述数据库模块包括配置数据库、实时数据库、历史数据库；配置数据库为5G边界控制器提供各种配置文件，实时数据库存放5G边界控制器接收和发送的实时的通信数据，历史数据库为存放符合特定条件的历史电力数据。
4.根据权利要求3所述的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，其特征在于，所述数据驱动模块封装数据库模块中各数据库的驱动操作，将数据库的表结构与具体应用隔离。
5.根据权利要求4所述的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，其特征在于，所述通信规约模块包括前端通讯模块和后端通讯模块，前端通讯模块通过虚拟硬件模块与监测模块的信息采集模块进行数据传输；后端通讯模块通过主动应用集成模块将进程间通信封装成易调用的库函数的形式来访问实时数据库，将通信数据以通信规约规定的数据单元格式进行封装后通过虚拟硬件模块转发至物联网云平台。
6.根据权利要求5所述的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，其特征在于，
虚拟硬件模块提供统一的硬件访问接口，将其他的功能模块与具体的硬件隔离，主动应用集成模块封装进程间通信接口；
虚拟硬件模块接收监测模块发送的视频信号，并将该视频信号生成视频数据后通过前端通讯规约发送给主动应用集成模块，主动应用集成模块将成视频数据存储到实时数据库，主动应用集成模块从配置数据库获取配置文件，并将视频数据和配置文件进行计算和分析，当分析出异常情况时产生第一报警信号，将第一报警信号通过后端通讯规约和虚拟硬件模块发送至物联网云平台。
7.根据权利要求6所述的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，其特征在于，所述监测模块包括信息采集模块、数据传输模块、供电模块以及主控制模块；所述信息采集模块包括接入式摄像头、电压互感器、温度传感器和湿度传感器，接入式摄像头对电力设备的表面形态、接口状态进行视频监控，电压互感器、温度传感器和湿度传感器对电力设备的状态信息进行采集；所述主控制模块与信息采集模块连接并对信息采集模块进行远程开关和位移操作；所述数据传输模块与信息采集模块连接并发送实时采集的电力设备的视频信号和其他信号；所述供电模块为信息采集模块和数据传输模块提供电能。
8.根据权利要求7所述的基于5G边界控制器的电力设备在线监测系统，其特征在于，
报警模块将接收的第二报警信号发送给5G边界控制器，第二报警信号经过虚拟硬件模块、前端通讯模块、主动给应用集成模块、后端通讯模块后被发送至物联网云平台。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111190357A (zh) * 2020-01-13 2020-05-22 东南大学 一种基于原始套接字的电力信息物理系统实时仿真平台的实现方法

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