寧夏吳忠供電局調(diào)控中心 韓 霞

變電站是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行串的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它完成電能的傳輸、電壓的變換和電能分配等多方面的功能。隨著中國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高和變電站工程的不斷增多，但隨之而來的變電站安全監(jiān)控問題日益突現(xiàn)出，110kV變電站工程的安全監(jiān)視與控制管理成為110kV變電站工程安全正常運(yùn)行的重要問題[1]。比如2008年年初，我國南方更是遭受了百年不遇的冰雪災(zāi)害，變電站設(shè)備和輸電線路遭受了冰雪的侵襲，為此變電站監(jiān)控機(jī)制需要進(jìn)一步加強(qiáng)和完善。傳統(tǒng)安全監(jiān)控是建立在各安全監(jiān)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的，隨著電力部門網(wǎng)絡(luò)的全面改造，各變電站都有了相應(yīng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，使遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能[2]。本文為此針對(duì)傳統(tǒng)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，本文在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中引入了OPC技術(shù)，探討了110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)OPC技術(shù)改造處理，取得了很好效果，現(xiàn)報(bào)告如下。

1.變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能與組成

1.1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能

變電站監(jiān)控系統(tǒng)是為配合變電站實(shí)現(xiàn)無人值守而增設(shè)的電網(wǎng)輔助監(jiān)控系統(tǒng)，最基本的目的是將變電站的各個(gè)監(jiān)視點(diǎn)的報(bào)警信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控人員可通過實(shí)時(shí)圖像和運(yùn)動(dòng)信息對(duì)變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行綜合監(jiān)控與分析[3]。主要功能有：

(1)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，與變電站監(jiān)視區(qū)域的智能設(shè)備配合，實(shí)現(xiàn)防盜、防火功能；

(2)報(bào)警功能，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，能自動(dòng)切換到相應(yīng)的攝像機(jī)，有預(yù)置機(jī)位的應(yīng)自動(dòng)切換至指定預(yù)置機(jī)位，變電站視頻處理單元或數(shù)字錄像機(jī)能自動(dòng)進(jìn)行存盤錄像，并聯(lián)動(dòng)相關(guān)設(shè)備；

(3)控制功能，能對(duì)所有攝像機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)視角、方位、焦距調(diào)整；

(4)由紅外傳感器、煙霧傳感器和其它傳感器組成的感應(yīng)探測模塊，對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場進(jìn)行全方位的監(jiān)測；

(5)圖像錄像管理，實(shí)現(xiàn)報(bào)警前和報(bào)警后的錄像存儲(chǔ)。

1.2 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的組成

變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要分為三大部分：監(jiān)控前端控制器、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和客戶端應(yīng)用程序。

(1)監(jiān)控前端控制器。使用高性能ARM9芯片作為主處理器，配合各種外圍電路、攝像頭、紅外線防盜報(bào)警設(shè)備電路和煙霧火災(zāi)報(bào)警設(shè)備電路組成監(jiān)控前端控制器。

(2)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。將各個(gè)監(jiān)控前端控制器通過網(wǎng)線相連組成一個(gè)局域網(wǎng)。

(3)客戶端應(yīng)用程序。

2.傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

2.1 設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享困難

傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)如果要被多個(gè)應(yīng)用程序共享就要開發(fā)多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，而開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序又是需要花費(fèi)相當(dāng)?shù)拈_發(fā)時(shí)間，導(dǎo)致了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享困難[4]。

2.2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性不易控制

傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)有多個(gè)應(yīng)用同時(shí)訪問設(shè)備，而這些應(yīng)用訪問設(shè)備又是通過不同的驅(qū)動(dòng)程序。由于各個(gè)應(yīng)用對(duì)設(shè)備的訪問沒有進(jìn)行相互協(xié)調(diào)，對(duì)設(shè)備的訪問就不能有效的控制，這將導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰甚至造成硬件設(shè)備的損壞。

2.3 硬件與軟件之間依賴性強(qiáng)

假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)由M種軟件，N個(gè)設(shè)備，每增加1個(gè)新的需要訪問這N個(gè)設(shè)備的應(yīng)用軟件就需要另外開發(fā)N個(gè)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。每增加1個(gè)新的硬件設(shè)備需要為M個(gè)應(yīng)用軟件使用就需要開發(fā)新的M個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。一個(gè)設(shè)備升級(jí)了需要更新所有使用該設(shè)備的應(yīng)用程序，一個(gè)軟件升級(jí)了則需要重新開發(fā)該軟件所使用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。對(duì)于擁有很多設(shè)備多個(gè)應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)來說，要開發(fā)很多的驅(qū)動(dòng)程序，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)周期長[5]。

3.基于OPC技術(shù)的110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)改造處理

3.1 OPC技術(shù)概況

OPC(Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control)是微軟公司的對(duì)象鏈按和嵌入技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用。OPC以O(shè)LE/COM、DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器模式，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其基于PC的客戶機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法[6]。采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，硬件開發(fā)商將取代軟件開發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，而軟件開發(fā)者可免除開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的工作，充分發(fā)揮自己的特長，把更多的精力投入到其核心產(chǎn)品的開發(fā)上。這樣不但可避免開發(fā)的重復(fù)性，也提高了系統(tǒng)的開放性和互操作性。

3.2 OPC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

(1)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享：不同的應(yīng)用可以通過OPC接口訪問OPC服務(wù)，獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享。(2)便于控制對(duì)設(shè)備訪問：所有的應(yīng)用都通過OPC服務(wù)訪問設(shè)備，這樣對(duì)設(shè)備的訪問控制只需在OPC服務(wù)中進(jìn)行控制即可，避免了通過不同的驅(qū)動(dòng)同時(shí)訪問設(shè)備所帶來的隱患。(3)硬件與軟件之間依賴性不強(qiáng)：硬件開發(fā)商只需提供一個(gè)遵守OPC接口標(biāo)準(zhǔn)的OPC服務(wù)，在應(yīng)用軟件開發(fā)中也只需通過OPC接口標(biāo)準(zhǔn)來訪問設(shè)備。(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于開發(fā)維護(hù)[7]。(5)采用OPC規(guī)范，便于系統(tǒng)的組態(tài)，將系統(tǒng)復(fù)雜性大大簡化，可以大大縮短軟件開發(fā)周期，提高軟件運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，便于系統(tǒng)的升級(jí)與維護(hù)。(6)OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放性，易于實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)的接口。(7)監(jiān)控系統(tǒng)中不同的應(yīng)用通過一個(gè)統(tǒng)一的接口去訪問設(shè)備，避免了不同的應(yīng)用通過不同的驅(qū)動(dòng)訪問設(shè)備而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至是系統(tǒng)的崩潰[8]。

3.3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于變電站的安全性考慮，我們放棄了站外部維護(hù)的靈活性與交互性，選擇了變電站內(nèi)外有別體系結(jié)構(gòu)，給出了基于OPC技術(shù)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。本文的基于OPC技術(shù)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)典型的B/S與C/S混合的三層體系結(jié)構(gòu)。由客戶端/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成了C/S模式的三層體系結(jié)構(gòu)。由瀏覽器/WEB服務(wù)器/數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成了B/S模式的三層體系結(jié)構(gòu)。在變電站內(nèi)部采用的是C/S模式的體系結(jié)構(gòu)。但是由于變電站監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性，使變電站的三層體系結(jié)構(gòu)的功能配置又不同于傳統(tǒng)的配置方案。在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中底層的數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)一部分來源于現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，另一部分來源于普通的商用數(shù)據(jù)庫。將功能層配置與應(yīng)用服務(wù)器，而數(shù)據(jù)層則配置在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與現(xiàn)場設(shè)備的OPC服務(wù)器。對(duì)于變電站外部則使用了基于B/S模式的三層體系結(jié)構(gòu)。Web頁面通過Web服務(wù)器獲得必要的持久化數(shù)據(jù)，通過嵌入到Web頁面內(nèi)的ActiveX控件(OPC客戶端)來連接OPC服務(wù)器，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行顯示與分析。

4.基于OPC技術(shù)的110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試分析

本變電站監(jiān)控系統(tǒng)集視頻監(jiān)控、紅外線防盜監(jiān)測和火災(zāi)報(bào)警等功能于一體，充分發(fā)揮嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，能夠?qū)ψ冸娬緦?shí)際狀況進(jìn)行很好的監(jiān)控。在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下，我們將EBEYE V2000攝像頭通過USB接口相連，將熱釋電紅外線探測電路和離子型煙霧火災(zāi)探測設(shè)各與控制板連接起來。監(jiān)控客戶端采用一臺(tái)PC，二者通過網(wǎng)線相連，形成一個(gè)局域網(wǎng)，并通過超級(jí)終端進(jìn)行測試。(1)Bootloader移植：通過JTAG口，應(yīng)用vivi移植Bootloader到服務(wù)器，并正常工作。(2)Linux內(nèi)核移植：應(yīng)用內(nèi)核和根文件系統(tǒng)，內(nèi)核在服務(wù)器終端成功加載界面。(3)客戶端人機(jī)交互操作程序測試：在客戶端PC上，點(diǎn)擊“變電站監(jiān)控系統(tǒng)”圖標(biāo)，輸入用戶名和密碼，單擊進(jìn)入“確定”。監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)視頻圖像清晰，紅外線探頭和煙霧火災(zāi)報(bào)警探頭運(yùn)行正常。通過操作按鈕，進(jìn)行監(jiān)控探頭的切換[9]。

5.110kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)的改造技術(shù)發(fā)展

5.1 數(shù)字化技術(shù)

近些年來，數(shù)字化的浪潮已波及到各個(gè)領(lǐng)域，其中僅就安全監(jiān)控領(lǐng)域來說，人們即已從安全監(jiān)控設(shè)備及系統(tǒng)的數(shù)字化方面享受到前所未有的便捷與實(shí)惠。將數(shù)字技術(shù)引入智能監(jiān)控領(lǐng)域，著實(shí)使傳統(tǒng)的電視監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。數(shù)字技術(shù)具有各種可以容易地實(shí)現(xiàn)在模擬信號(hào)處理技術(shù)中很難實(shí)現(xiàn)的各種功能、算法或處理技術(shù)，特別是當(dāng)采用雙線性插值或三次卷積插值等技術(shù)來進(jìn)行圖像幅面大小的調(diào)整時(shí)，還可以在大屏幕顯示器上獲得大幅面的準(zhǔn)高清晰圖像顯示?，F(xiàn)代安全監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度越來越高，基于數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別技術(shù)的人像識(shí)別、人體行為特征識(shí)別的應(yīng)用系統(tǒng)也已開始走向?qū)嵱谩＿@樣，對(duì)于結(jié)合有指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別的出人口控制系統(tǒng)中，可以進(jìn)一步結(jié)合視頻人像復(fù)核技術(shù)，從而對(duì)出入口人員的合法身份進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。

5.2 行為和步態(tài)識(shí)別技術(shù)

行為識(shí)別技術(shù)屬于自動(dòng)化人工智能監(jiān)控的一個(gè)典型技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化人工智能監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的大部分功能，而且由于其主要由軟件為主導(dǎo)，設(shè)備安裝靈活，只需在布防區(qū)域設(shè)置好攝像機(jī)即可。但是這種技術(shù)對(duì)攝像機(jī)的設(shè)置點(diǎn)要求較高，而且提供的報(bào)警信息是照片形式，而不是視頻錄像。同時(shí)行為識(shí)別技術(shù)，只能探測到可疑物體，但不能具體識(shí)別可疑物體，這些缺陷就不能很好的滿足人們對(duì)安全監(jiān)控智能監(jiān)控的更高要求。步態(tài)識(shí)別技術(shù)則是一種新興的智能監(jiān)控技術(shù)。而步態(tài)識(shí)別技術(shù)在攝像機(jī)的設(shè)備要求，采集識(shí)別信息的距離，被識(shí)別人的不可偽裝性，采集區(qū)域的光線要求上都要比面像識(shí)別有很大優(yōu)勢。

5.3 核心主機(jī)個(gè)性化

數(shù)字矩陣主機(jī)固然是監(jiān)控管理的核心設(shè)備，它也是智能監(jiān)控發(fā)展必然的產(chǎn)物，過去許多生產(chǎn)和開發(fā)模擬矩陣設(shè)備的廠商現(xiàn)在都已經(jīng)開發(fā)數(shù)字化監(jiān)控主機(jī)，而且除了實(shí)現(xiàn)原有的矩陣功能之外，還合并了DVR功能，這是一種很好的組合，適合在一些大型的監(jiān)控工程當(dāng)中使用。同時(shí)DVR的產(chǎn)品模式也為其他的監(jiān)控管理主機(jī)的發(fā)展提供了有益的參考，另外由于它還具備了智能功能的雛形，它也是智能視頻服務(wù)器的前身。

總之，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與110kV變電站安全生產(chǎn)的強(qiáng)烈要求，我們將OPC服務(wù)器與OPC客戶端的開發(fā)給出了具體的實(shí)現(xiàn)，使整個(gè)系統(tǒng)成功的應(yīng)用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)中，取得了很好的效果。

[1]宗亞.淺論網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)選擇[J].變電站現(xiàn)代化,2010,4(8):87-88.

[2]譚克俊,欒秀珍.基于89C51單片機(jī)的數(shù)字智能監(jiān)控系統(tǒng)鍵盤及報(bào)警控制卡設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009,27(11):80-81.

[3]鄧和蓮.釋熱電紅外防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2008,8(2):143-145．

[4]劉淼.嵌入式系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)與Linux驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版,2006:39．

[5]楊繼華,嚴(yán)國萍.基于嵌入式Linux與3C2410平臺(tái)的視頻采集[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2009,2(11):18-19．

[6]陽憲惠.工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011:84-85．

[7]顧鍵,王京春,黃德先等.OPC-COM技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化軟件中應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2009,12(2):207-209．

[8]徐國君,李成利.OPC技術(shù)及其在工業(yè)控制中的應(yīng)用[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào).2011,24(6):545-547．

[9]陳龍.安全防范系統(tǒng)要與時(shí)俱進(jìn)——談數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展之途[J].中國公共安全,2010,2(3):140-144