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★北京力控元通科技有限公司

1　項目概況

基于力控工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺，構(gòu)建配電運(yùn)維管理平臺，實現(xiàn)小區(qū)、工業(yè)園區(qū)等變配電場所設(shè)備的實時監(jiān)視、報警管理、遠(yuǎn)程運(yùn)維、能耗分析、負(fù)荷預(yù)測，保證配電房場所的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1　項目背景

某電氣公司立足于企業(yè)用戶配電設(shè)備制造、集成、電能管理及運(yùn)維服務(wù)，業(yè)務(wù)分布區(qū)域廣泛、管理困難，缺乏有效的監(jiān)管手段，現(xiàn)場運(yùn)維投入人員多、效率低、成本高，運(yùn)維人員無法及時準(zhǔn)確地確定設(shè)備故障問題，設(shè)備維修歷史無法跟蹤，缺乏數(shù)據(jù)支撐，能耗分析、負(fù)荷預(yù)測更是無從下手。

1.2　項目簡介

基于力控工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺，構(gòu)建配電運(yùn)維管理平臺，實現(xiàn)項目范圍內(nèi)變配電場所設(shè)備規(guī)范化接入、實時監(jiān)視、報警管理、遠(yuǎn)程運(yùn)維、能耗分析、負(fù)荷預(yù)測，保證配電房場所的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

通過力控邊緣物聯(lián)網(wǎng)關(guān)對各配電場所設(shè)備數(shù)據(jù)整合，統(tǒng)一接入規(guī)范，實現(xiàn)配電設(shè)備、動換參數(shù)、空調(diào)設(shè)備、UPS、EPS等相關(guān)配電場所設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集，按照統(tǒng)一格式、統(tǒng)一規(guī)范對接配電運(yùn)維管理平臺。

配電運(yùn)維管理平臺完成從物聯(lián)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要進(jìn)行業(yè)務(wù)功能的開發(fā)，實現(xiàn)配電設(shè)備的實時監(jiān)控、報警處理、故障錄波展示、能耗分析、運(yùn)維管理等應(yīng)用。

移動App與配電運(yùn)維管理平臺數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)運(yùn)維人員移動辦公，隨時隨地查看現(xiàn)場運(yùn)行情況，巡檢、故障工單及時通知，圖紙文檔關(guān)聯(lián)，提高工作效率。后期利用大數(shù)據(jù)平臺，以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用云邊協(xié)同計算，結(jié)合實際經(jīng)驗對各變配電站負(fù)荷預(yù)測，制定應(yīng)對措施，保障運(yùn)行安全。

1.3　項目目標(biāo)

（1）實現(xiàn)各變配電站設(shè)備的智能接入，集中管理，消除信息孤島；

（2）全維度數(shù)據(jù)實時在線監(jiān)測，全域動態(tài)可視化；

（3）設(shè)備運(yùn)行異常及時告警，實時通知，快速處理；

（4）能耗統(tǒng)計分析、電能消耗異常告警；

（5）電能使用監(jiān)管、制定電能使用計劃，均衡電能負(fù)荷達(dá)到削峰填谷；

（6）維修、巡檢在線監(jiān)視，工單記錄查詢追溯；

（7）故障快速定位加快異常處理，提高事故反應(yīng)能力；

（8）制定備件供應(yīng)計劃，優(yōu)化庫存，節(jié)約開支；

（9）負(fù)荷預(yù)測，制定應(yīng)對措施，保障運(yùn)行安全。

2　系統(tǒng)介紹

配電運(yùn)維管理平臺基于微服務(wù)架構(gòu)，業(yè)務(wù)模塊分離，快速迭代更新，分布式集群部署，負(fù)載均衡，動態(tài)擴(kuò)容，實現(xiàn)高并發(fā)高可用系統(tǒng)應(yīng)用，保障平臺具備相關(guān)的靈活性和極強(qiáng)的擴(kuò)展性，滿足客戶業(yè)務(wù)的快速增長。

設(shè)備接入采用統(tǒng)一架構(gòu)的“面向?qū)ο蟆钡哪Ｐ徒M態(tài)理念，每個模型包含設(shè)備屬性、數(shù)據(jù)管理、報警規(guī)則、統(tǒng)計信息等，能夠快速構(gòu)建配電運(yùn)維相關(guān)業(yè)務(wù)。通過移動應(yīng)用App，與平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，業(yè)務(wù)相通，提高一線工作人員工作效率。

2.1　系統(tǒng)架構(gòu)

智能配電運(yùn)維管理平臺以邊緣物聯(lián)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集處理為基礎(chǔ)，以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺為核心，以業(yè)務(wù)平臺實現(xiàn)業(yè)務(wù)開發(fā)為向?qū)В峁┠舷蜻吘壏?wù)和北向SaaS應(yīng)用服務(wù)的整體配電云平臺，通過生態(tài)合作積極深入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級賦能。如圖1所示。

圖1 配電運(yùn)維管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)

（1）邊緣物聯(lián)網(wǎng)關(guān)

電力運(yùn)維平臺邊緣側(cè)數(shù)據(jù)整合采用力控邊緣物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，提供海量工業(yè)設(shè)備、電力設(shè)備協(xié)議處理能力，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)的整合，并且通過云管端平臺實現(xiàn)對網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程管理、調(diào)試、固件升級、工程配置等應(yīng)用功能。

（2）工業(yè)物聯(lián)平臺

以力控工業(yè)云端數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)支撐，面向海量工業(yè)數(shù)據(jù)采集、處理、計算、存儲，提供基于設(shè)備模型管理、對象管理、業(yè)務(wù)流程模型的數(shù)據(jù)價值提取，實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)融合管理。

基于力控業(yè)務(wù)開發(fā)平臺、綜合可視化開發(fā)平臺構(gòu)建業(yè)務(wù)模塊，實現(xiàn)用戶統(tǒng)一認(rèn)證，具備系統(tǒng)建模、頁面、分析曲線、生產(chǎn)報表配置生成，豐富的圖形元素進(jìn)行分析結(jié)果的展示，開發(fā)業(yè)務(wù)相關(guān)App，并且提供web在線組態(tài)開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)電力設(shè)備巡檢、監(jiān)控與管理。

2.2　部署架構(gòu)

邊緣側(cè)部署力控物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，對變配電站設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，按照統(tǒng)一格式推送到平臺，配電運(yùn)維平臺基于華為云部署，各服務(wù)采用集群化部署，保證平臺的高可用性及擴(kuò)展性。平臺與螢石云集成實現(xiàn)各配電室的視頻監(jiān)控，SaaS應(yīng)用端基于PC機(jī)、平板電腦、移動應(yīng)用進(jìn)行查看瀏覽。配電運(yùn)維管理平臺部署架構(gòu)如圖2所示。

圖2 配電運(yùn)維管理平臺部署架構(gòu)

2.3　業(yè)務(wù)應(yīng)用

（1）全域動態(tài)可視全域接入配電項目動態(tài)可視化，基于全維度數(shù)據(jù)實時在線監(jiān)測，包括配電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、動環(huán)參數(shù)、能耗信息、運(yùn)維信息等分類展示，運(yùn)行情況一目了然，指揮調(diào)度聯(lián)動觸發(fā)，精確管控。如圖3所示。

圖3 全域動態(tài)可視

（2）電力監(jiān)測平臺內(nèi)置大量的具有依據(jù)最新電氣符號國標(biāo)繪制的電力圖庫，方便繪制配電圖，實現(xiàn)電能的可視化，實現(xiàn)電能從輸入到輸出整個變配電系統(tǒng)的監(jiān)控，并且可查詢相應(yīng)電力參數(shù)，以曲線或表格呈現(xiàn)，并且同步展示所查詢時間段內(nèi)參數(shù)的最大值和最小值，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出。

（3）動環(huán)監(jiān)測

實時展示各變配電站變壓器三相電纜溫度、風(fēng)機(jī)開關(guān)狀態(tài)、變壓器故障狀態(tài)等信息，根據(jù)變配電室，實時展示溫濕度傳感器、煙霧傳感器、明火探測器等設(shè)備信息，并且集成視頻系統(tǒng)實時監(jiān)測變配電室視頻數(shù)據(jù)。

（4）報警監(jiān)測

系統(tǒng)與遠(yuǎn)動裝置、綜保裝置通訊，實時監(jiān)測變配電站運(yùn)行的各類異常狀況，也可以在系統(tǒng)平臺中設(shè)置遙測越限等報警，對重要報警給予彈窗、聲音、短信通知，實現(xiàn)基礎(chǔ)報警、復(fù)合報警、SOE事件、故障錄波統(tǒng)計查詢分析。

（5）能耗統(tǒng)計

平臺可按照用電區(qū)域、設(shè)備、類型等配置能耗分項，統(tǒng)計各分項年、月、日、時用電情況，實時掌握各分項用電情況，也可按照同類設(shè)備或同一設(shè)備在不同時間段對電力參數(shù)信息進(jìn)行比較，方便用戶衡量管理節(jié)電或設(shè)備技術(shù)改造后的節(jié)電量及費(fèi)用情況。分析找出用電不合理范圍，便于調(diào)整用電不合理習(xí)慣，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（6）設(shè)備運(yùn)維

平臺按照設(shè)備類型、配電室分布等，建立設(shè)備臺賬，對變配電相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。

當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時建立設(shè)備故障單，并關(guān)聯(lián)設(shè)備臺賬信息、設(shè)備維修記錄、相關(guān)技術(shù)資料等電子文檔，制定維修時間、方案推送到維修負(fù)責(zé)人，對故障單記錄并跟蹤。

也可制定巡檢任務(wù)，基于GIS地理信息系統(tǒng)制定巡檢路線。按照設(shè)備巡檢周期、上次巡檢日期自動計算本次檢查日期，并進(jìn)行巡檢提醒，由平臺下發(fā)巡檢任務(wù)到相關(guān)負(fù)責(zé)人，平臺對下發(fā)的巡檢任務(wù)情況進(jìn)行記錄與跟蹤。

（7）負(fù)荷預(yù)測

基于大量歷史數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)建立生態(tài)，結(jié)合實際經(jīng)驗，通過回歸分析法、時間順序法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對變配電站未來24小時每小時最大負(fù)荷情況，未來7日每日最大負(fù)荷情況，未來30日每日最大負(fù)荷情況進(jìn)行預(yù)測，以實現(xiàn)用電計劃的科學(xué)性、供電系統(tǒng)的可靠性、安全性。

（8）移動應(yīng)用

平臺提供基于平板電腦及手機(jī)終端的移動App，實現(xiàn)與PC端數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)同步，為配電管理運(yùn)維人員隨時隨地監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行情況、能源消耗、處理設(shè)備運(yùn)維事件提供便捷。

2.4　系統(tǒng)亮點

（1）邊緣數(shù)據(jù)整合邊緣側(cè)配備力控物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，內(nèi)置CDT、DNP、IEC等多種電力規(guī)約，以及多種多功能電度表、智能儀表等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，滿足對多種變配電站遠(yuǎn)動裝置、綜保裝置、智能電表等其它邊緣設(shè)備有效整合。

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)支持有線、Wi-Fi、5G實現(xiàn)MQTT協(xié)議的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)，支持實時數(shù)據(jù)、歷史緩存數(shù)據(jù)、SOE數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)等。

圖4 邊緣數(shù)據(jù)整合

（2）模型化設(shè)備實例基于設(shè)備類型創(chuàng)建設(shè)備模型，定義模型基礎(chǔ)屬性、監(jiān)控屬性、業(yè)務(wù)屬性，實現(xiàn)模型的管理，通過批量或復(fù)制的方式快速實例化設(shè)備，大大節(jié)約建模時間，加快實施進(jìn)度，方便業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。

圖5 模型化設(shè)備實例

（3）靈活的業(yè)務(wù)配置各變配電站點可靈活創(chuàng)建設(shè)備實例，按設(shè)備、區(qū)域等不同維度自由創(chuàng)建能耗類型及分項，制定尖峰平谷時間段，能耗分析查詢更精確。

（4）托拉拽組態(tài)平臺內(nèi)置海量動畫圖形和電力圖庫，通過拖拉拽的方式快速實現(xiàn)云端在線組態(tài)、在線應(yīng)用，基于瀏覽器實現(xiàn)跨平臺、無插件瀏覽，并且支持JS語言的擴(kuò)展功能，實現(xiàn)腳本計算。

（5）多種報警配置平臺具備限值報警、開關(guān)報警、組合報警、條件報警等多種報警配置方式，更能準(zhǔn)確地反應(yīng)現(xiàn)場運(yùn)行情況，并且可以按照報警等級及時進(jìn)行彈框及App通知，快速通知運(yùn)維人員。

圖6 多種報警配置

（6）網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程管理通過云管端功能，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程在線運(yùn)維，通過平臺在線對網(wǎng)關(guān)工程組態(tài)下裝，對通道和設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)等操作，提高工作效率，節(jié)約維護(hù)成本。

扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，簡化實施流程，硬件廠商無需投入巨大精力構(gòu)建復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖7 網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程管理

（7）在線運(yùn)維在線制定巡檢、維修計劃及工單任務(wù)，跟蹤任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度，任務(wù)記錄可查詢追溯。

任務(wù)執(zhí)行者可通過移動App接收工單，查詢工單及相關(guān)設(shè)備資料、運(yùn)行信息，快速定位設(shè)備故障，提高工作效率。

圖8 在線運(yùn)維

3　應(yīng)用特點

（1）云服務(wù)模式平臺基于公有云部署，注冊即使用，在平臺中，用戶只需要注冊賬號進(jìn)行激活，即可開展業(yè)務(wù)功能應(yīng)用。無需進(jìn)行機(jī)房建設(shè)，組建IT運(yùn)維隊伍，降低項目預(yù)算。

（2）微服務(wù)架構(gòu)系統(tǒng)采用微服務(wù)架構(gòu)，Docker部署，各業(yè)務(wù)功能模塊分離，易于快速迭代升級，更能適應(yīng)業(yè)務(wù)定制及后期擴(kuò)展。

（3）數(shù)據(jù)管理通過創(chuàng)新的存儲設(shè)計，實時、歷史服務(wù)分離，增加預(yù)統(tǒng)計計算，讓數(shù)據(jù)寫入和讀取的效率更高，適應(yīng)用戶的高并發(fā)訪問，運(yùn)行流暢不卡頓。采用先進(jìn)的壓縮算法及二次壓縮技術(shù)，提高歷史壓縮比例，達(dá)到50:1，減少歷史存儲資源的開銷。

（4）多租戶應(yīng)用平臺采用多租戶設(shè)計，數(shù)據(jù)分庫存儲，物理隔離，在滿足不同用戶數(shù)據(jù)接入的前提下，又保證各用戶數(shù)據(jù)的獨(dú)立性、安全性。

摘自《自動化博覽》2023年5月刊