基于物聯網的電力設備數據共享

惠州學院電子信息與電氣工程學院 閻旭豪 姚文樹 遲正剛

基于物聯網的電力設備數據共享

惠州學院電子信息與電氣工程學院 閻旭豪 姚文樹 遲正剛

以電力實驗室物聯網為研究目的，將現有智能儀器接入網絡，組建物聯網系統。課題研究首先將四臺儀器同時連接主機構成基本物聯網，同時運用PC上位機軟件進行實時通訊。其次開發了應用軟件管理系統和查詢與共享數據軟件。最后將數據保存在共享文件下，使接入局域網的PC都能查看實驗數據。結果驗證以示波器與PC聯網及PC之間數據共享為例，完全符合預期。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。

物聯網；TCP/IP；軟件管理系統；數據共享

1. 引言

物聯網是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、互動的物體或過程等各種所需信息，與互聯網結合形成一個巨大網絡[1]。其目的是實現所有物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。本項目利用實驗室設備：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，形成一個網絡，通過PC能得到每臺儀器數據，并將數據存于主機中。

2. 基本物聯網的創建

實驗儀器與PC之間通過RJ45實現通訊，連接運用的網絡協議是TCP/IP協議。通過設置主機與實驗儀器的子網掩碼和IP地址，使兩者在同一個網段以保證能夠通訊。各類IP網絡標識算法都不一樣。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，通過設置每臺儀器IP地址，使儀器和PC處于同一網段。將儀器通過網線分別和路由器相連，路由器和網線相連的端口是LAN[2]，如圖1所示：

圖1 電力設備主機通訊連接圖

圖2 主界面

設置儀器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裝置，當有故障時，能以整定值判斷然后動作，用儀器發出的故障信號，引起上位機與操作者注意以切除故障。

3. 基于VB的應用軟件管理系統

為了實現對實驗儀器應用軟件有效管理，我們運用VB設計了“電力設備應用軟件管理系統”，該系統將設備應用軟件整合于同一管理系統內，能輕松調用電力設備軟件。

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，不需要設置管理界面即可直接點擊打開相應軟件。而繼電保護測試儀和故障錄波儀的軟件功能實現都是分模塊化，每個模塊都有對應的軟件，故需創建相應管理界面進行管理。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試。前者包括常規測試、報文監視等。后者可測試電壓電流、狀態序列等。

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，進行實時監控等；“Replay-Cal”：錄波儀校準；“CmdView”：顯示故障記錄波形[4]。

4. 基于LABVIEW的查詢與共享數據軟件

查詢與共享數據軟件的開發是基于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上將實驗數據文件統一命名。采用實驗時間命名方式對數據文件統一管理。對于不同儀器產生的數據文件格式不同，采用實驗數據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”。經判斷后，重命名不同格式的文件，并將其移動到相對應文件夾。其流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

數據的管理應采用數據庫，將實驗數據存于數據庫中，同時保存時間。雖然文件最終的形式都是二進制數，但保存在數據庫中會造成數據冗余現象。同時隨著數據積累，數據庫查詢打開速度會大打折扣[5]。

最佳方法是將數據存于服務器，通過網頁去訪問服務器，并在其中查詢打開。數據庫中可以存儲文件路徑，每次搜索相應路徑接著跳轉至相應數據文件。但由于缺少服務器，從經濟性角度出發，選擇PC作為主機，然后設置共享文件夾，處于同一局域網的電腦均可查詢打開實驗數據。

目標IP地址通過ARP協議在局域網中中廣播出去，然后由瀏覽主控服務器接收并保存這些數據。計算機則可以發送廣播查詢主控服務器，由服務器提供瀏覽列表來獲得目標計算機中已經設置為共享資源的數據。除了獲取彼此地址，還需要NetBIOS協議在計算機之間建立連接數據鏈路，再用TCP/IP協議建立連接。此外，通過IPC組件可以使Windows系統對局域網內機算機的身份和權限進行驗證[6]。

5. 案例分析

以示波器與PC聯網及PC之間數據共享為例進行驗證。先將示波器接入WDT-IIC電力系統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。然后在主機通過軟件管理系統打開相應軟件，在示波器軟件中即可將示波器波形數據以圖片形式發送至主機共享文件夾下。當主機或者同一局域網下的PC需要查詢時，可以共享文件夾下的查詢與共享數據軟件，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生的數據相同，由此可見數據的準確性。整個過程基本符合實驗室物聯網的設計構想，具有一定的實用價值。

6. 結語

通過上述步驟基本實現了PC與儀器之間的連接，并且實驗數據可保存在PC中。如果其它PC連接該網絡時，可以訪問主機查詢實驗數據，并能復制至PC中。采用服務器是更便利的方式，將實驗數據傳至服務器，然后以網頁方式查詢、下載或修改數據，有待進一步實踐。

[1]黃友為.淺析物聯網技術與應用模式[J]. 曲阜師范大學信息技術與傳播學院,2013.

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

[3]夏明萍,董南萍,陳旭生.計算機網絡管理 Windows 2000管理基礎[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中數據庫技術的應用標準[J].煤炭技術,2012(03): 210-211.

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

智能電網及自動控制。

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，主要從事電力系統及智能電網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：