惠州學院電子信息與電氣工程學院 閻旭豪 姚文樹 遲正剛

基于物聯(lián)網(wǎng)的電力設(shè)備數(shù)據(jù)共享

惠州學院電子信息與電氣工程學院 閻旭豪 姚文樹 遲正剛

以電力實驗室物聯(lián)網(wǎng)為研究目的，將現(xiàn)有智能儀器接入網(wǎng)絡(luò)，組建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。課題研究首先將四臺儀器同時連接主機構(gòu)成基本物聯(lián)網(wǎng)，同時運用PC上位機軟件進行實時通訊。其次開發(fā)了應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)和查詢與共享數(shù)據(jù)軟件。最后將數(shù)據(jù)保存在共享文件下，使接入局域網(wǎng)的PC都能查看實驗數(shù)據(jù)。結(jié)果驗證以示波器與PC聯(lián)網(wǎng)及PC之間數(shù)據(jù)共享為例，完全符合預(yù)期。研究成果使用戶操作更加便捷，大大增強了電力實驗室智能化程度。

物聯(lián)網(wǎng)；TCP/IP；軟件管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)共享

1. 引言

物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實時采集任何需要監(jiān)控、互動的物體或過程等各種所需信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個巨大網(wǎng)絡(luò)[1]。其目的是實現(xiàn)所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。本項目利用實驗室設(shè)備：ONNLY繼電測試保護儀、是德示波儀、科匯故障錄波儀和深瑞線路成套保護裝置，將其與PC相連，形成一個網(wǎng)絡(luò)，通過PC能得到每臺儀器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存于主機中。

2. 基本物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)建

實驗儀器與PC之間通過RJ45實現(xiàn)通訊，連接運用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是TCP/IP協(xié)議。通過設(shè)置主機與實驗儀器的子網(wǎng)掩碼和IP地址，使兩者在同一個網(wǎng)段以保證能夠通訊。各類IP網(wǎng)絡(luò)標識算法都不一樣。實驗室中各類IP地址均為C類地址。

四臺儀器和PC的連接與均相同，通過設(shè)置每臺儀器IP地址，使儀器和PC處于同一網(wǎng)段。將儀器通過網(wǎng)線分別和路由器相連，路由器和網(wǎng)線相連的端口是LAN[2]，如圖1所示：

圖1 電力設(shè)備主機通訊連接圖

圖2 主界面

設(shè)置儀器IP地址時，需留意IP地址不能相同[3]。線路保護裝置與故障錄波儀無法在線操作，但這兩臺儀器是自動觸發(fā)裝置，當有故障時，能以整定值判斷然后動作，用儀器發(fā)出的故障信號，引起上位機與操作者注意以切除故障。

3. 基于VB的應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)

為了實現(xiàn)對實驗儀器應(yīng)用軟件有效管理，我們運用VB設(shè)計了“電力設(shè)備應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)”，該系統(tǒng)將設(shè)備應(yīng)用軟件整合于同一管理系統(tǒng)內(nèi)，能輕松調(diào)用電力設(shè)備軟件。

主界面包括示波器、繼電保護測試儀、故障錄波儀、線路保護裝置四個模塊，通過該界面可以選擇所需設(shè)備的軟件或管理界面。如圖2所示。

由于示波器與線路保護儀都是單一軟件，不需要設(shè)置管理界面即可直接點擊打開相應(yīng)軟件。而繼電保護測試儀和故障錄波儀的軟件功能實現(xiàn)都是分模塊化，每個模塊都有對應(yīng)的軟件，故需創(chuàng)建相應(yīng)管理界面進行管理。其操作過程大致如下：

點擊“繼電保護測試儀”可進入其管理界面，界面包括合并單元測試和自動化測試調(diào)試。前者包括常規(guī)測試、報文監(jiān)視等。后者可測試電壓電流、狀態(tài)序列等。

點擊“故障錄波儀”按鈕，可進入其管理界面，有三部分：“ReplayB”：錄波儀管理系統(tǒng)，進行實時監(jiān)控等；“Replay-Cal”：錄波儀校準；“CmdView”：顯示故障記錄波形[4]。

4. 基于LABVIEW的查詢與共享數(shù)據(jù)軟件

查詢與共享數(shù)據(jù)軟件的開發(fā)是基于LABVIEW平臺。編程思路是先校驗輸入路徑是否為理想路徑。然后將路徑下的所有文件羅列。最后用戶選擇并打開文件。此外我們還在此基礎(chǔ)上將實驗數(shù)據(jù)文件統(tǒng)一命名。采用實驗時間命名方式對數(shù)據(jù)文件統(tǒng)一管理。對于不同儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件格式不同，采用實驗數(shù)據(jù)文件擴展名判斷方式對其歸類，例如繼電測試保護儀報文格式為“.rpt”，成套線路保護儀文件格式為“.txt”。經(jīng)判斷后，重命名不同格式的文件，并將其移動到相對應(yīng)文件夾。其流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

數(shù)據(jù)的管理應(yīng)采用數(shù)據(jù)庫，將實驗數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫中，同時保存時間。雖然文件最終的形式都是二進制數(shù)，但保存在數(shù)據(jù)庫中會造成數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象。同時隨著數(shù)據(jù)積累，數(shù)據(jù)庫查詢打開速度會大打折扣[5]。

最佳方法是將數(shù)據(jù)存于服務(wù)器，通過網(wǎng)頁去訪問服務(wù)器，并在其中查詢打開。數(shù)據(jù)庫中可以存儲文件路徑，每次搜索相應(yīng)路徑接著跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)數(shù)據(jù)文件。但由于缺少服務(wù)器，從經(jīng)濟性角度出發(fā)，選擇PC作為主機，然后設(shè)置共享文件夾，處于同一局域網(wǎng)的電腦均可查詢打開實驗數(shù)據(jù)。

目標IP地址通過ARP協(xié)議在局域網(wǎng)中中廣播出去，然后由瀏覽主控服務(wù)器接收并保存這些數(shù)據(jù)。計算機則可以發(fā)送廣播查詢主控服務(wù)器，由服務(wù)器提供瀏覽列表來獲得目標計算機中已經(jīng)設(shè)置為共享資源的數(shù)據(jù)。除了獲取彼此地址，還需要NetBIOS協(xié)議在計算機之間建立連接數(shù)據(jù)鏈路，再用TCP/IP協(xié)議建立連接。此外，通過IPC組件可以使Windows系統(tǒng)對局域網(wǎng)內(nèi)機算機的身份和權(quán)限進行驗證[6]。

5. 案例分析

以示波器與PC聯(lián)網(wǎng)及PC之間數(shù)據(jù)共享為例進行驗證。先將示波器接入WDT-IIC電力系統(tǒng)試驗臺晶閘管整流輸出端口，開啟試驗臺，示波器顯示波形為鋸齒波。接著將示波器和主機接入同一局域網(wǎng)。然后在主機通過軟件管理系統(tǒng)打開相應(yīng)軟件，在示波器軟件中即可將示波器波形數(shù)據(jù)以圖片形式發(fā)送至主機共享文件夾下。當主機或者同一局域網(wǎng)下的PC需要查詢時，可以共享文件夾下的查詢與共享數(shù)據(jù)軟件，按步驟完成查詢打開操作，圖片將自動打開并重命名后移入示波器文件夾中。利用同樣方法將故障錄波儀接入，保存后可以看到示波器與故障錄波儀產(chǎn)生的數(shù)據(jù)相同，由此可見數(shù)據(jù)的準確性。整個過程基本符合實驗室物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計構(gòu)想，具有一定的實用價值。

6. 結(jié)語

通過上述步驟基本實現(xiàn)了PC與儀器之間的連接，并且實驗數(shù)據(jù)可保存在PC中。如果其它PC連接該網(wǎng)絡(luò)時，可以訪問主機查詢實驗數(shù)據(jù)，并能復制至PC中。采用服務(wù)器是更便利的方式，將實驗數(shù)據(jù)傳至服務(wù)器，然后以網(wǎng)頁方式查詢、下載或修改數(shù)據(jù)，有待進一步實踐。

[1]黃友為.淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用模式[J]. 曲阜師范大學信息技術(shù)與傳播學院,2013.

[2]方曄.以太網(wǎng)交換機/路由器協(xié)議測試方法的研究[D].電子科技大學,2012.

[3]夏明萍,董南萍,陳旭生.計算機網(wǎng)絡(luò)管理 Windows 2000管理基礎(chǔ)[M].清華大學出版社,2005

[4]宋英濤.500kV輸電線路故障定位與故障綜合分析[D].山東大學,2015.

[5]段小斌.Authorware中數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用標準[J].煤炭技術(shù),2012(03): 210-211.

[6]高翀.基于WinPcap的IPman XP軟件的研究與實現(xiàn)[D].東北大學,2011.

智能電網(wǎng)及自動控制。

姚文樹【同為第一作者】（1994—），男，廣東汕頭人，大學本科，研究方向：智能電網(wǎng)及自動控制。

遲正剛【通訊作者】（1965—），男，山東青島人，副教授，主要從事電力系統(tǒng)及智能電網(wǎng)方面的教學與科研工作。

閻旭豪（1994—），男，山西太原人，大學本科，研究方向：