基于微信平台的环境辅助监控系统的开发和应用

余敏+姚勤丰+杨宏斌

摘要：本文通过对电力系统中变电站开关室、继保室等设备区域由于运行环境影响造成设备故障的情况进行分析，现有的管理模式无法及时发现运行环境的变化，从而影响设备的正常运行。本文提出了一个的解决方案，依托物联网和移动通信技术设计出一套基于微信平台的环境监控系统，通过现场的温湿度等传感器采集现场温湿度、水位等参数，利用微信平台推送和分享告警，实时掌握设备运行环境，及时调整辅助设施的运行方式，确保设备安全稳定运行。

关键词：物联网；环境；监控；微信平台

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0068-02

目前变电站普遍采用了无人值班的运维站管理模式，随着电网的不断发展，运维站管辖的变电站数量也越来越多，运维人员的数量和素质与电网快速发展的矛盾越来越突出；而且由于近期电网的高速发展，变电站内设备的质量参差不齐，许多设备对运行环境存在严重依赖性，因此运行环境的好坏直接影响到变电站设备的运行可靠性。目前变电站环境的基本采用原来有人值班时的管理模式，靠运行人员的巡视来完成，但随着运维站管辖变电所越来越多，这种完全依赖人工巡检模式已无法满足设备运行管理的要求，因此必须创新现有的管理模式，利用先进技术手段实现运行环境的检测，以提高设备运维管理的效率。

通过基于微信平台的环境辅助监控系统将改变运行人员无法实时掌握现场设备运行环境情况的现状，大大提高对变电站设备环境的管控能力，无人值班变电站设备运行环境难以满足生产需要的情况可大大改观；同时可大大减少运行人员无效的巡视工作，使运维效率得到有效提升。

1 研究目标

系统采用物联网技术，通过在现场需要人工巡检的场所安装温湿度传感器等检测装置，对可能影响设备运行的环境数据进行监测，如在开关室、电抗器室、蓄电池室温度异常影响设备运行的场所安装温湿度传感器用以监测开关室的温湿度变化情况，可有效减少运维人员巡视无效巡视次数，提高巡视的针对性和效果；在变电站容易进水的场所安装水位传感器，在台风或暴雨时及时告警提醒运行人员，可有效提高应急响应的针对性和效率。本项目还结合移动互联网通信技术，通过手机微信平台实现数据监测和实时告警功能，可以极大方便运行对告警信息的获取和分享，为运行人员及时掌握现场运行情况的状态以及上报提供依据。

本项目在基于对物联网技术与移动互联网通信技术研究的基础上，着力于建设一套变电站辅助环境监测系统，该系统通过构建的无线网络来监测变电站环境参数，在环境参数出现异常时手机报警及时通知工作人员，保障变电站的安全运行，并且提高变电站辅助监控的效率和效果。

2 系统设计方案

本系统分为四层架构，即传感器层、控制层、传输层和应用层。传感器层主要是各个传感器节点，对变电站内的温度、湿度、水位等环境参数进行采集，然后将采集的数据通过中控发送给中心节点。该中心节点即为控制层，收集各点的环境参数信息，并进行处理，判断数据是否正常，在数据异常时控制执行设备调节环境参数，同时通过传送层发送报警信息传送给手机终端，并可接收手机终端下达的控制命令，实时准备控制现场的执行设备，传输层利用移动通信技术，与移动手机基站无缝对接，可以实现无人值守的功能，通过4G网络进行信息传输，实时掌握变电站环境参数，并且在变电站环境数据异常时，接收发送的报警信息，并且在手机上显示出来，系统大致结构设计如图1所示。

2.1 基于物联网技术的传感器

利用物联网技术，提高对变电站设备运行环境的感知能力，结合信息通信网络，实现联合处理、数据传输、综合判断等功能。在现场需要人工巡检或抄录环境参数的场所安装传感器，对可能影响设备运行的环境数据进行监测，如在开关室、电抗器室、蓄电池室温度异常影响设备运行的场所安装温湿度传感器用以监测开关室的温湿度变化情况，可有效减少运维人员巡视无效巡视次数，提高巡视的针对性和效果；在变电站容易进水的场所安装水浸传感器，在台风或暴雨时及时告警提醒运行人员，可有效提高应急响应的针对性和效率。变电站适用的物联网传感器主要包括温湿度监测、水浸传感、红外传感以及气象传感等，所有这些数据的采集都需要物联网技术的支持，包括传感器技术、智能分析和处理技术、数据融合技术及可靠通信技术。

2.2 组网方式

站端各环境采集终端设备之间采用ZigBee无线网络方式进行组网，主要包括：中心节点组建网络，各个传感器节点申请加入网络。中心节点是整个ZigBee无线传感器网络的核心，系统接通电源后，建立一個具有唯一ID标识的ZigBee网络，然后等待传感器节点的入网情求，并为每个加入该网络的传感器节点分配一个l6位网络地址，同时建立一个地址列表，在一定的时间内允许传感器节点与之建立绑定关系，中心节点通过不同的网络地址控制各个传感器节点采集变电站环境数据。温湿度、水浸、烟感、人体感应等传感设备、锁控和空调控制器等设备通过ZigBee HA1.2协议接入到动环集中监控单元，动环集中监控单元将各传感器信息保存于服务器，同时可通过云端服务器微信接口推送至手机微信监控平台，实现实时监视和告警推送和报警功能。

2.3 系统应用层

系统架构总体设计为四层，即传感器层、控制层、传输层和应用层结构，其中应用层又分为两部分，即PC服务器端，移动（微信）客户端。其中PC服务器端用于系统配置，数据接口以及参数的修改等管理功能，网络平台服务器接收4g网络传输的数据与手机微信端接口后，工作人员可通过手机实现数据的查看，告警信息转发和分享等功能。平台服务器部署在电信机房，主要实现环境数据的处理与存储以及平台设备，运维，工单等功能的配置与管理。该系统应用层主要功能包括系统参数管理、标准警戒值设置、其他参数设置；权限管理、角色管理，权限分配等、事件记录、辅助监控、运维管理等，具体应用层功能结构如图2所示。endprint

3 主要技术要点

3.1 ZigBee无线网络通信技术

ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它具有简单，使用方便，工作可靠的特点。通过ZigBee技术构建无线传感器网络，实现多个传感器节点与中心节点之间数据传输，同时通过控制层的数据处理传输到应用层。该技术已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业，如智能电网、智能交通、智能家居、金融、移动POS终端、供应链自动化、工业自动化、智能建筑、消防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、农业、林业、水务、煤矿、石化等领域。

3.2 移动通信技术

移动通信技术是依赖无线通信信号，是设备不受有线通信及地点的限制接收和发送数据，本系统应用层则通过微信平台服务及服务号接口进行微信App软件开发，实现环境参数的查询、调节、超限报警等功能。

3.3 电力物联网技术

电力物联网可以提供对电网基础运行业务和企业现代化运营模式的全方位支撑，重点围绕电力物联网感知层、网络层及应用层展开：感知层重点研究统一的信息模型，具体包括统一标识、统一语义、统一数据表达格式、安全防护等，形成相关标准规范，研发系列传感器、传感芯片、标准化通信模块及信息格式转换设备等。网络层重点研究并制定统一通信规约，研发标准化通信芯片、无线通信装置、骨干网通信装置、标准化接入网关、网管系统等，引入多种融合通信技术，丰富通信手段，解决信息中远距离可靠传输问题。

3.4 微信交互技术

利用微信公众号作为数据的交互平台可以带来良好用户体验，可支持富媒体交互，图片、二维码、视频、音频、NFC等等，做到随时随地交互，并能对接任何系统，信息传达效率高。微信是当前最普及的信息交流平台，使用微信进行数据接口实现环境监测告警，信息均在较私密的环境下传达，可极大地提高信息传播的效率和针对性。

4 应用情况

本项目开发完成后，首先应用于供电公司某110千伏变电站中，在10千伏开关室安装了一套湿度传感器，在场地低洼处安装了一套水浸传感器，并接入网络服务器和腾讯微信公众号。现场环境温度出现异常时，手机微信端立即会收到报警信号，班组长可以安排运维计划对现场辅助设施进行操作，使现场环境恢复正常，维持在设备运行最佳的温湿度状态。当异常天气场地出现大量积水时，手机微信会收到告警信息，运行人员根据信息可及时启动应急预案，采取恢复有人值班或启动水泵等排水等应急措施。必要时，管理人员还可以把相应信息转发给检修人员或领导，以引起相关单位注意，从而提高应急响应速度，保证设备安全稳定运行。

通过该系统运行人员随时可掌控现场设备运行环境，当出现影响设备的环境异常时及时提醒有关人员，以便运维人员安排现场运维，排除可能影响设备运行的环境因素；解决了长期困扰设备运行的运行环境问题，提高辅助设施运行的效果，从而提高设备运行质量和延长设备运行寿命。本系统搭建在目前最普及的社交平台微信上，利用微信平台良好的交互、交流特点，大大提高了监控效率和实时性。

5 推广价值

智能電网的建设无人值守的高智能化变电站是目前发展的趋势，随着物联网以及无线通信技术的发展，使移动物联网技术实现高效率的变电站辅助监控成为可能。本系统在基于对物联网技术与移动互联网通信技术研究的基础上，着力于建设一套变电站辅助环境监测系统，该系统通过构建的无线网络来监测变电站环境参数，在环境参数出现异常时手机报警及时通知工作人员，保障变电站的安全运行，并且提高变电站辅助监控的效率和效果。经过一段时间试运行，本系统使用方便，效果明显，可有效提高现场运维效率，对于提高设备运行质量和延长使用寿命，具有明显效果，因此极具推广价值。

下一步推广还将随着电力物联网技术的深入应用，搭建专用的电力物联网的通信网，具有更为严格的用户身份识别、验证、鉴权制度，不同用户享受不同等级的物联网服务，具有更高的安全性和可靠性；同时针对电网特点拓展身份识别、电子标签与电子工作票、环境信息监测、远程监控等功能，结合物联网技术开发更好的应用，提高变电站的智能化水平和可靠性程度，为智能电网建设服务。

6 结语

本文分析了目前变电站普遍存在的运行环境监控管理的缺陷和不足，提出了基于互联网微信平台的变电站环境辅助监控系统方案，并成功应用于现场。通过本技术可以实现变电站设备区域环境的实时监视，提高设备巡检的针对性，改善设备运行环境，从而提高设备运行可靠性。本系统具有使用方便、交互性好、性能可靠、易于操作等特点。

参考文献

[1]张京，朱天成，景涛涛，章慧.基于物联网的温湿度远程监控的研究[J].信息通信，2015（9）：120-121.

[2]刘彤，谢永超，汪科.ARM和ZigBee的远程温湿度监控系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2012（9）：49-52.

[3]郝福忠，吴广学，鱼滨.变电站辅助设施与环境监控系统设计及实现[J].电气自动化，2011（4）：46-49.endprint