★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，構建配電運維管理平臺，實現(xiàn)小區(qū)、工業(yè)園區(qū)等變配電場所設備的實時監(jiān)視、報警管理、遠程運維、能耗分析、負荷預測，保證配電房場所的安全穩(wěn)定運行。

1.1　項目背景

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

1.2　項目簡介

基于力控工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺，構建配電運維管理平臺，實現(xiàn)項目范圍內(nèi)變配電場所設備規(guī)范化接入、實時監(jiān)視、報警管理、遠程運維、能耗分析、負荷預測，保證配電房場所的安全穩(wěn)定運行。

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

配電運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)務需要進行業(yè)務功能的開發(fā)，實現(xiàn)配電設備的實時監(jiān)控、報警處理、故障錄波展示、能耗分析、運維管理等應用。

移動App與配電運維管理平臺數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)運維人員移動辦公，隨時隨地查看現(xiàn)場運行情況，巡檢、故障工單及時通知，圖紙文檔關聯(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，應用云邊協(xié)同計算，結合實際經(jīng)驗對各變配電站負荷預測，制定應對措施，保障運行安全。

1.3　項目目標

（1）實現(xiàn)各變配電站設備的智能接入，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）設備運行異常及時告警，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，均衡電能負荷達到削峰填谷；

（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，提高事故反應能力；

（8）制定備件供應計劃，優(yōu)化庫存，節(jié)約開支；

（9）負荷預測，制定應對措施，保障運行安全。

2　系統(tǒng)介紹

配電運維管理平臺基于微服務架構，業(yè)務模塊分離，快速迭代更新，分布式集群部署，負載均衡，動態(tài)擴容，實現(xiàn)高并發(fā)高可用系統(tǒng)應用，保障平臺具備相關的靈活性和極強的擴展性，滿足客戶業(yè)務的快速增長。

設備接入采用統(tǒng)一架構的“面向對象”的模型組態(tài)理念，每個模型包含設備屬性、數(shù)據(jù)管理、報警規(guī)則、統(tǒng)計信息等，能夠快速構建配電運維相關業(yè)務。通過移動應用App，與平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，業(yè)務相通，提高一線工作人員工作效率。

2.1　系統(tǒng)架構

智能配電運維管理平臺以邊緣物聯(lián)網(wǎng)關數(shù)據(jù)采集處理為基礎，以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺為核心，以業(yè)務平臺實現(xiàn)業(yè)務開發(fā)為向導，提供南向邊緣服務和北向SaaS應用服務的整體配電云平臺，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)轉型升級賦能。如圖1所示。

圖1 配電運維管理平臺系統(tǒng)架構

（1）邊緣物聯(lián)網(wǎng)關

電力運維平臺邊緣側數(shù)據(jù)整合采用力控邊緣物聯(lián)網(wǎng)關，提供海量工業(yè)設備、電力設備協(xié)議處理能力，支持數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉換，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)關的遠程管理、調(diào)試、固件升級、工程配置等應用功能。

（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，提供基于設備模型管理、對象管理、業(yè)務流程模型的數(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)務開發(fā)平臺、綜合可視化開發(fā)平臺構建業(yè)務模塊，實現(xiàn)用戶統(tǒng)一認證，具備系統(tǒng)建模、頁面、分析曲線、生產(chǎn)報表配置生成，豐富的圖形元素進行分析結果的展示，開發(fā)業(yè)務相關App，并且提供web在線組態(tài)開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)電力設備巡檢、監(jiān)控與管理。

2.2　部署架構

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

圖2 配電運維管理平臺部署架構

2.3　業(yè)務應用

（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，包括配電設備運行參數(shù)、動環(huán)參數(shù)、能耗信息、運維信息等分類展示，運行情況一目了然，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，支持數(shù)據(jù)導出。

（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、風機開關狀態(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)與遠動裝置、綜保裝置通訊，實時監(jiān)測變配電站運行的各類異常狀況，也可以在系統(tǒng)平臺中設置遙測越限等報警，對重要報警給予彈窗、聲音、短信通知，實現(xiàn)基礎報警、復合報警、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，也可按照同類設備或同一設備在不同時間段對電力參數(shù)信息進行比較，方便用戶衡量管理節(jié)電或設備技術改造后的節(jié)電量及費用情況。分析找出用電不合理范圍，便于調(diào)整用電不合理習慣，達到節(jié)能降耗的目的。

（6）設備運維

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

當設備發(fā)生故障時建立設備故障單，并關聯(lián)設備臺賬信息、設備維修記錄、相關技術資料等電子文檔，制定維修時間、方案推送到維修負責人，對故障單記錄并跟蹤。

也可制定巡檢任務，基于GIS地理信息系統(tǒng)制定巡檢路線。按照設備巡檢周期、上次巡檢日期自動計算本次檢查日期，并進行巡檢提醒，由平臺下發(fā)巡檢任務到相關負責人，平臺對下發(fā)的巡檢任務情況進行記錄與跟蹤。

（7）負荷預測

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

（8）移動應用

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

2.4　系統(tǒng)亮點

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

物聯(lián)網(wǎng)關支持有線、Wi-Fi、5G實現(xiàn)MQTT協(xié)議的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉發(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）模型化設備實例基于設備類型創(chuàng)建設備模型，定義模型基礎屬性、監(jiān)控屬性、業(yè)務屬性，實現(xiàn)模型的管理，通過批量或復制的方式快速實例化設備，大大節(jié)約建模時間，加快實施進度，方便業(yè)務的擴展。

圖5 模型化設備實例

（3）靈活的業(yè)務配置各變配電站點可靈活創(chuàng)建設備實例，按設備、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、開關報警、組合報警、條件報警等多種報警配置方式，更能準確地反應現(xiàn)場運行情況，并且可以按照報警等級及時進行彈框及App通知，快速通知運維人員。

圖6 多種報警配置

（6）網(wǎng)關遠程管理通過云管端功能，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)關的遠程在線運維，通過平臺在線對網(wǎng)關工程組態(tài)下裝，對通道和設備狀態(tài)實時監(jiān)測、遠程診斷與維護等操作，提高工作效率，節(jié)約維護成本。

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

圖7 網(wǎng)關遠程管理

（7）在線運維在線制定巡檢、維修計劃及工單任務，跟蹤任務執(zhí)行進度，任務記錄可查詢追溯。

任務執(zhí)行者可通過移動App接收工單，查詢工單及相關設備資料、運行信息，快速定位設備故障，提高工作效率。

圖8 在線運維

3　應用特點

（1）云服務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行激活，即可開展業(yè)務功能應用。無需進行機房建設，組建IT運維隊伍，降低項目預算。

（2）微服務架構系統(tǒng)采用微服務架構，Docker部署，各業(yè)務功能模塊分離，易于快速迭代升級，更能適應業(yè)務定制及后期擴展。

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

（4）多租戶應用平臺采用多租戶設計，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)的獨立性、安全性。

摘自《自動化博覽》2023年5月刊