配电室监控软件系统

配电室监控软件系统配电室监控软件系统研究背景研究背景n配电室作为电力供应系统中的重要组成元素，担负着配电室作为电力供应系统中的重要组成元素，担负着电能的降压与输送的重任，传统的配电室管理方法与电能的降压与输送的重任，传统的配电室管理方法与手段主要是依靠人工定时对电力仪表进行检查并形成手段主要是依靠人工定时对电力仪表进行检查并形成报表，其工作效率低下，无法适应迅速发展的供电规报表，其工作效率低下，无法适应迅速发展的供电规模与居民的用电需求。模与居民的用电需求。n如何利用信息技术与网络传输技术对配电室电力设备如何利用信息技术与网络传输技术对配电室电力设备的运转状态进行远程实时监控，提高配电室管理的信的运转状态进行远程实时监控，提高配电室管理的信息化水平，增强居民用电的质量管理，是当前电力系息化水平，增强居民用电的质量管理，是当前电力系统部门以及其他经济部门的发展方向之一。统部门以及其他经济部门的发展方向之一。研究内容研究内容n对配电室智能监控系统设计与开发过程中涉及到的相对配电室智能监控系统设计与开发过程中涉及到的相关基础理论与技术进行了概要介绍关基础理论与技术进行了概要介绍n详细介绍了配电室智能监控系统的需求分析、应用范详细介绍了配电室智能监控系统的需求分析、应用范围、经济效益以及技术可行性围、经济效益以及技术可行性n对配电室智能监控系统的设计过程进行了详细阐述，对配电室智能监控系统的设计过程进行了详细阐述，包括系统的设计原则、总体框架设计、功能子模块设包括系统的设计原则、总体框架设计、功能子模块设计以及数据库设计计以及数据库设计n分析了配电室智能监控系统的实现过程，包括开发环分析了配电室智能监控系统的实现过程，包括开发环境简介、功能子模块的详细实现流程等境简介、功能子模块的详细实现流程等相关技术与理论相关技术与理论n软件项目生命周期软件项目生命周期n定义阶段定义阶段n开发阶段开发阶段n运行维护阶段运行维护阶段n软件项目开发模型软件项目开发模型n瀑布模型瀑布模型n迭代模型迭代模型n螺旋模型螺旋模型n敏捷开发模型敏捷开发模型相关技术与理论相关技术与理论n以太网通信理论与技术以太网通信理论与技术n以太网（以太网（Ethernet）是当前应用最为广泛的一种局）是当前应用最为广泛的一种局域网技术，其基础为域网技术，其基础为CSMA/CD（带冲突检测的载（带冲突检测的载波监听多路访问，波监听多路访问，CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect）机制。）机制。n以太网组网方式以太网组网方式n包括总线型以太网星形以太网，前者主要应用于规包括总线型以太网星形以太网，前者主要应用于规模较小的内部网络中，后者对应的网络规模相对较模较小的内部网络中，后者对应的网络规模相对较大，其核心网络通信硬件设备包括集线器（大，其核心网络通信硬件设备包括集线器（Hub）与交换机（与交换机（Switch），线路连接与数据传输介质常），线路连接与数据传输介质常采用双绞线。采用双绞线。相关技术与理论相关技术与理论nUML建模技术建模技术nUML（UnifiedModelingLanguage，标标准准建建模模语语言言）属属于于面面向向对对象象（ObjectOriented）建建模模技技术术，UML提提供供了了一一整整套套标标记记与与定定义义实实现现了了面面向向对对象象的的软软件件系系统统描描述述与与建建模模过过程程与与方方法法，极极大大地地提提高高了了软件项目开发的工作效率。软件项目开发的工作效率。相关技术与理论相关技术与理论n.NET开发技术开发技术n.NET是是微微软软公公司司（Microsoft）提提供供的的新新一一代代计计算算机机应应用用程程序序开开发发框框架架与与平平台台，可可以以支支持持单单机机桌桌面面型型应应用用程程序序、Web应应用用程程序序的的开开发发，为为开开发发人人员员提提供供图图形形化化的的开开发发编编辑辑、编编译译环环境境，同同时时还还支支持持应应用用程程序序的的安安装装与与部部署署，大大大大简简化化了了Internet环环境境下下应应用用程序的开发难度，提高了开发效率。程序的开发难度，提高了开发效率。系统需求分析系统需求分析n系统功能与特点系统功能与特点n实现对电力系统设备检测数据的自动采集，具有较实现对电力系统设备检测数据的自动采集，具有较高的智能性。高的智能性。n采用以太网实现检测数据的传输。采用以太网实现检测数据的传输。n采用多线程网络通信技术实现系统管理功能，对部采用多线程网络通信技术实现系统管理功能，对部署分散的配电室进行有效管理。署分散的配电室进行有效管理。n通过设置监测数据阈值，并设计合理的数据通信协通过设置监测数据阈值，并设计合理的数据通信协议实现配电室故障的自动报警、定位功能。议实现配电室故障的自动报警、定位功能。系统需求分析系统需求分析n系统整体结构分析系统整体结构分析系统需求分析系统需求分析n系统需要实现的功能系统需要实现的功能n系统管理功能系统管理功能n基础数据管理基础数据管理n视频监控视频监控n开关柜测温开关柜测温n温度湿度监控温度湿度监控n空调设备检测空调设备检测n积水检测积水检测n监控数据综合分析监控数据综合分析 系统需求分析系统需求分析n系统功能模块分析系统功能模块分析n硬件部署模块：对配电室的电力基础设备及监控传感器设施硬件部署模块：对配电室的电力基础设备及监控传感器设施进行安装、部署与配置。进行安装、部署与配置。n现场监控模块：对传感器的安装、部署与配置并实现对这些现场监控模块：对传感器的安装、部署与配置并实现对这些设备的统一管理，传感器主要包括电压互感器、电流互感器、设备的统一管理，传感器主要包括电压互感器、电流互感器、温度传感器、电压比较器等设备。温度传感器、电压比较器等设备。n网络通讯模块：实现配电室智能监控系统监控端与服务器端网络通讯模块：实现配电室智能监控系统监控端与服务器端之间的数据通信功能，包括之间的数据通信功能，包括TCP/IP协议栈的实现、数据的发协议栈的实现、数据的发送与接收等方面。送与接收等方面。n系统管理模块：包括监控端管理模块、客户端以及数据库操系统管理模块：包括监控端管理模块、客户端以及数据库操作模块，监控端管理模块负责电力系统基础设施监控、管理作模块，监控端管理模块负责电力系统基础设施监控、管理数据的收发；客户端模块负责处理管理员的管理操作请求；数据的收发；客户端模块负责处理管理员的管理操作请求；服务器操作模块负责对系统中的数据库进行操作。服务器操作模块负责对系统中的数据库进行操作。系统设计系统设计n总体功能框架设计总体功能框架设计系统设计系统设计n硬件部署模块硬件部署模块n包括电力基础设备以及对应的传感器设备，其中电力基础设包括电力基础设备以及对应的传感器设备，其中电力基础设备又可以分为高压配电室（备又可以分为高压配电室（6kV10kV）中安装部署的变）中安装部署的变压器、计量柜、直流屏、电容柜、手车柜以及高压侧元件等压器、计量柜、直流屏、电容柜、手车柜以及高压侧元件等电力部件，低压配电室安装部署的联络断路器、进线电力部件，低压配电室安装部署的联络断路器、进线/出线断出线断路器、母线以及其他低压元件，包括变频器、软启动器、接路器、母线以及其他低压元件，包括变频器、软启动器、接触器、保护设备、电流互感器以及各种型号的仪表等。触器、保护设备、电流互感器以及各种型号的仪表等。系统设计系统设计n现场监控模块现场监控模块n现场监控模块的作用包括两个方面，分别是从传感器中获取现场监控模块的作用包括两个方面，分别是从传感器中获取电力设备的运转状态以及将电力设备运转状态发送至网络通电力设备的运转状态以及将电力设备运转状态发送至网络通信模块，并由后者负责将数据通过以太网基础设施发送给系信模块，并由后者负责将数据通过以太网基础设施发送给系统管理模块进行处理。统管理模块进行处理。系统设计系统设计n网络通信模块网络通信模块n网络通信模块主要包括以太网接口芯片、网络通信模块主要包括以太网接口芯片、RJ45网络接头以及集线器网络接头以及集线器等网络设备，系统中的以太网接口芯片采用了等网络设备，系统中的以太网接口芯片采用了RTL8019AS芯片。芯片。n通过将通过将RTL8019AS芯片与芯片与PIC18F458单片机使用串口进行互联，单片机使用串口进行互联，可以实现可以实现PIC18F458单片机以及单片机以及RTL8019AS芯片之间的电力设备芯片之间的电力设备监控数据的网络数据包传输。监控数据的网络数据包传输。nRTL8019AS芯片还负责将从芯片还负责将从PIC18F458单片机接收到的监控数据单片机接收到的监控数据经由经由RJ45网络接头和集线器通过以太网发送给系统管理模块，并将网络接头和集线器通过以太网发送给系统管理模块，并将从系统管理模块发送来的电力配置信息与反馈数据经过串口发送给从系统管理模块发送来的电力配置信息与反馈数据经过串口发送给PIC18F458单片机。单片机。系统设计系统设计n系统管理模块系统管理模块n服务器模块作为系统管理模块的核心，其提服务器模块作为系统管理模块的核心，其提供的功能包括与网络通信模块进行通信、对供的功能包括与网络通信模块进行通信、对后台数据库进行操作以及与管理人员通过客后台数据库进行操作以及与管理人员通过客户端模块进行系统的管理等方面。户端模块进行系统的管理等方面。系统设计系统设计n现场监控现场监控n电压电压/电流有效值的计算电流有效值的计算n功率计算功率计算n其他监控数据：直接从传感器或其他设备中获取其他监控数据：直接从传感器或其他设备中获取（温度、湿度、空调设备（温度、湿度、空调设备）系统设计系统设计n网络通信网络通信n运输层协议：运输层协议：UDP协议协议n无线通信芯片：无线通信芯片：RTL8019AS芯片芯片n实现方法：在实现方法：在PIC18F458单片机中实现单片机中实现UDP、IP、ICMP协议，将数据通过协议，将数据通过RTL8019AS发送发送系统设计系统设计n系统管理系统管理n整体架构：整体架构：C/Sn数据库操作处理数据库操作处理n网络通信（网络通信（Socket）系统设计系统设计n数据库设计数据库设计n监控信息表（监控信息表（Dev_info）n故障告警信息表（故障告警信息表（Alarm_info）n配电室信息表（配电室信息表（SR_info）n系统管理员信息表（系统管理员信息表（Admin_info）系统实现系统实现n开发环境开发环境n开发工具：开发工具：VisualStudio2019n开发语言：开发语言：C#语言、语言、C语言语言n后台数据库系统：后台数据库系统：MicrosoftSQLServer2000系统实现系统实现n开发目标开发目标n基于基于.Net技术、以及以太网通信技术、嵌入式开发技术、以及以太网通信技术、嵌入式开发技术，使用技术，使用C#和和C语言为开发环境，在语言为开发环境，在VS2019平平台上编程实现一套配电室电力系统设备分布式监控台上编程实现一套配电室电力系统设备分布式监控系统。系统。系统实现系统实现n用户登录用户登录系统实现系统实现n系统管理系统管理n系统管理功能主要包括用户权限管理、单位管理、角色管理系统管理功能主要包括用户权限管理、单位管理、角色管理以及数据分析参数管理以及数据分析参数管理 系统实现系统实现n系统管理运行界面系统管理运行界面系统实现系统实现n参数管理参数管理n对系统中的监控数据标准参数进行增删改等管理操对系统中的监控数据标准参数进行增删改等管理操作，供系统数据管理模块引用，是系统变量值维护作，供系统数据管理模块引用，是系统变量值维护的重要保障，为系统的数据分析与处理增加了灵活的重要保障，为系统的数据分析与处理增加了灵活性。性。n参数管理通过为系统的参数体系中设置最大湿度、参数管理通过为系统的参数体系中设置最大湿度、最小湿度、设备温度保护、负责安全运行时间、停最小湿度、设备温度保护、负责安全运行时间、停机时间、电压、网络类型等参数标准，为系统的监机时间、电压、网络类型等参数标准，为系统的监控数据分析和异常信息检测提供比较标准。控数据分析和异常信息检测提供比较标准。系统实现系统实现n参数管理运行界面参数管理运行界面系统实现系统实现n配电柜温度检测配电柜温度检测n通过在配电柜发热部位安装有源无线温度检测设备，通过在配电柜发热部位安装有源无线温度检测设备，并同网络将检测数据传递到控制服务器进行检测与并同网络将检测数据传递到控制服务器进行检测与分析，当发现检测数据中存在异常情况时自动进行分析，当发现检测数据中存在异常情况时自动进行报警并启动空调设备进行降温报警并启动空调设备进行降温 系统实现系统实现n配电柜温度检测配电柜温度检测系统实现系统实现n配电室环境温度配电室环境温度/湿度检测湿度检测n在配电室内部安装了温度和湿度检测传感设备对温在配电室内部安装了温度和湿度检测传感设备对温度湿度进行检测，并通过无线通信网络将检测数据度湿度进行检测，并通过无线通信网络将检测数据发送到控制服务器端进行分析与处理发送到控制服务器端进行分析与处理 系统实现系统实现n配电室环境温度配电室环境温度/湿度检测湿度检测系统实现系统实现n空调设备监控空调设备监控n配电室中使用的空调设备的入口电压采用单相配电室中使用的空调设备的入口电压采用单相220V供电，所以通过对空调设备的入口电压以及供电，所以通过对空调设备的入口电压以及入口电流进行实时监控可以对空调设备的运转状态入口电流进行实时监控可以对空调设备的运转状态进行监控，当发生异常情况时可以及时检测并发出进行监控，当发生异常情况时可以及时检测并发出异常报警信息异常报警信息 系统实现系统实现n空调设备监控空调设备监控系统实现系统实现n监控数据综合分析监控数据综合分析n本系统中需要对多种类型的硬件设备进行统一化的管理，包本系统中需要对多种类型的硬件设备进行统一化的管理，包括配电室环境温度、湿度检测传感设备、空调设备电压和电括配电室环境温度、湿度检测传感设备、空调设备电压和电流采集硬件设备、空调设备、积水检测传感设备以及水泵硬流采集硬件设备、空调设备、积水检测传感设备以及水泵硬件设备等。件设备等。n数据采集周期固定为数据采集周期固定为10分钟采集一次，并通过无线通信网络分钟采集一次，并通过无线通信网络发送至控制服务器端进行数据解析和分析（阈值比较法），发送至控制服务器端进行数据解析和分析（阈值比较法），即通过将采集数据和预定指标数据进行比较，如果发现异常即通过将采集数据和预定指标数据进行比较，如果发现异常则启动联动报警功能，并将异常信息记录在系统的运行日志则启动联动报警功能，并将异常信息记录在系统的运行日志文件中。文件中。n否则直接将解析后的数据存入后台数据库。在系统运行的不否则直接将解析后的数据存入后台数据库。在系统运行的不同时间段中，系统将监控数据的时间戳、类型、数值进行统同时间段中，系统将监控数据的时间戳、类型、数值进行统计分析，实现对配电室运行状态的实时监控。计分析，实现对配电室运行状态的实时监控。系统实现系统实现n监控数据综合分析实现流程监控数据综合分析实现流程系统实现系统实现n监控数据综合分析监控数据综合分析系统实现系统实现n数据库操作数据库操作n数据库操作包括数据库数据库操作包括数据库的创建、数据表的创建、的创建、数据表的创建、数据表的插入、查询、数据表的插入、查询、修改等。修改等。n实现过程：首先组织数实现过程：首先组织数据库操作对应的据库操作对应的SQL语语句，随后调用句，随后调用C#类库类库中提供的数据库操作类中提供的数据库操作类接口即可实现数据库的接口即可实现数据库的操作操作 系统测试系统测试n测试环境测试环境n服务器操作系统：服务器操作系统：WindowsServer2019n客户端操作系统：客户端操作系统：Windows7n网络环境：网络环境：Internet100Mb系统测试系统测试n测试内容测试内容n功能测试：主要按照系统功能时行划分，包功能测试：主要按照系统功能时行划分，包括系统管理（用户管理、角色管理、单位管括系统管理（用户管理、角色管理、单位管理、功能管理），基础数据管理（参数管理、理、功能管理），基础数据管理（参数管理、设备管理、传感器管理、视频设备管理）、设备管理、传感器管理、视频设备管理）、温湿度监测、空调监测、配电柜温度监测、温湿度监测、空调监测、配电柜温度监测、综合分析等。综合分析等。n业务流程测试：模拟实际业务流程并按要求业务流程测试：模拟实际业务流程并按要求准备测试数据按照测试方案进行流程验证。准备测试数据按照测试方案进行流程验证。系统测试系统测试n测试内容测试内容n性能测试：验证是否按照要求的性能指标是实现相关功能要性能测试：验证是否按照要求的性能指标是实现相关功能要求，主要是根据设计的运行环境下去对每个指标去验证是否求，主要是根据设计的运行环境下去对每个指标去验证是否满足。满足。n稳定性测试：在常用的运行环境中去对每个功能去进行验证，稳定性测试：在常用的运行环境中去对每个功能去进行验证，并按将运行一定的时间，判断系统在一定时间内是否运行正并按将运行一定的时间，判断系统在一定时间内是否运行正常等。常等。n文档测试：对系统中涉及到的文档进行验证，查看文档是否文档测试：对系统中涉及到的文档进行验证，查看文档是否符合规范、是否达到要求。符合规范、是否达到要求。n用户界面测试：检验系统的界面是否美观大方，是否具有可用户界面测试：检验系统的界面是否美观大方，是否具有可操作性、是否具有人性化、颜色搭配是否合理等。操作性、是否具有人性化、颜色搭配是否合理等。系统测试系统测试n测试结果测试结果工作总结工作总结n首先介绍了系统设计与开发过程中涉及到的基础理论知识与相关首先介绍了系统设计与开发过程中涉及到的基础理论知识与相关技术，包括软件工程的相关理论、以太网通信、技术，包括软件工程的相关理论、以太网通信、UML建模技术、建模技术、.NET开发技术、开发技术、UDP通信技术以及中间件技术等方面。通信技术以及中间件技术等方面。n其次，详细介绍了配电室智能监控系统的框架结构、需求分析、其次，详细介绍了配电室智能监控系统的框架结构、需求分析、应用范围分析、经济可行性以及技术可行性；并基于以上工作，应用范围分析、经济可行性以及技术可行性；并基于以上工作，详细介绍了系统的设计过程，包括系统的整体架构设计、各功能详细介绍了系统的设计过程，包括系统的整体架构设计、各功能模块的详细设计以及数据库设计等。模块的详细设计以及数据库设计等。n最后采用嵌入式开发技术和最后采用嵌入式开发技术和.NET开发技术使用开发技术使用C语言和语言和C#语言完语言完整实现了配电室智能监控系统，并给出了系统部分功能的测试结整实现了配电室智能监控系统，并给出了系统部分功能的测试结果。果。展望展望(1)在未来的工作中应该逐步加强配电室监控终在未来的工作中应该逐步加强配电室监控终端的部分功能，增加监控数据的类型以及可适端的部分功能，增加监控数据的类型以及可适用的硬件设备类型等，提高系统的应用范围；用的硬件设备类型等，提高系统的应用范围；(2)在监控数据有效值的计算方面，项目组还可在监控数据有效值的计算方面，项目组还可以通过参考和借鉴当前业界比较领先的处理算以通过参考和借鉴当前业界比较领先的处理算法，以提高数据处理的速度和精度；法，以提高数据处理的速度和精度；展望展望(3)在系统的管理模块中，还可以适当增加配电在系统的管理模块中，还可以适当增加配电室监控的其他相关管理功能，包括智能化分析室监控的其他相关管理功能，包括智能化分析模块、故障排查知识库等方面，为检修人员提模块、故障排查知识库等方面，为检修人员提供决策参考，提高系统的实用性；供决策参考，提高系统的实用性；(4)在故障自动告警方面，当前系统主要采用了在故障自动告警方面，当前系统主要采用了两种方式，分别是电子邮件报警和系统弹窗提两种方式，分别是电子邮件报警和系统弹窗提示，在未来的工作中可以增加告警手段，提高示，在未来的工作中可以增加告警手段，提高告警信息的实时性，例如采用手机短信发送等告警信息的实时性，例如采用手机短信发送等方式，以便管理人员可以在最短时间内得到设方式，以便管理人员可以在最短时间内得到设备故障的相关信息。备故障的相关信息。本人负责的工作本人负责的工作n参与系统需求分析调研（功能需求、性参与系统需求分析调研（功能需求、性能需求、运行环境等）能需求、运行环境等）n参与系统功能设计（硬件选型、总体架参与系统功能设计（硬件选型、总体架构设计、数据库设计等）构设计、数据库设计等）n参与系统测试工作（测试用例编写、测参与系统测试工作（测试用例编写、测试过程）试过程）谢谢！谢谢！欢迎各位老师与专家批评指正！欢迎各位老师与专家批评指正！结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！47