基于消息队列的变电站智能联动技术研究

引言

变电站的环境监测、消防火灾、安防门禁、动力照明及视频监控等辅助系统一般都是相互独立的,在辅助监控多系统融合接入的前提下,辅助监控系统才能实现联动功能,而变电站辅助监控系统智能联动的核心就是智能传感器设备的泛在物联,其是实现变电站智能运维的重要支撑手段。

1系统概述

变电站辅助监控系统一般包含环境监测系统、消防火灾系统、安防门禁系统、动力照明系统、智能设备在线监测系统、视频监控及巡检系统等子系统,以标准规约方式集成接入电力监控、动环监控、SF6监测、视频监控等系统的信息,通过事先组态好的联动规则,实现门禁系统、动力照明系统、空调系统等的自动控制,并可同时打开相应摄像机,实时显示追踪变电站现场画面。

2变电站辅助监控系统研究

变电站辅助监控系统的联动规则编写,需要一种灵活的图形可视化的组态维护方式,而不是通过现场设备烦琐的硬节点接线、硬编码技术等手段来实现。目前业内解决方案多为传统物理硬接线联动,具有联动规则的编写和维护较烦琐,各子系统联动相互孤立等特征。变电站辅助监控子系统之间相互独立运行,缺乏融合联动,无法共享系统之间有用的信息,不仅造成了系统资源的浪费,工作效率的降低,还增加了系统运维的成本。开展变电站辅助监控系统架构及相关联动技术的研究,对提高变电站的无人化水平,保障变电站安全稳定运行具有重要意义。

变电站辅助监控系统按跨平台理念设计,兼容Linux/windows等操作系统,可采用Oracle、Mys0L、MQngo等多种商业数据库,结合公司独立开发的高效实时数据库及基于B/s架构的数据软总线,实现了一个统一的一体化信息平台。本系统由物理感知层、传输网关层、消息总线层、核心服务层、平台应用层等五部分组成,系统架构如图1所示。

2.1物理感知层

变电站辅助监控系统的物理感知层包含温湿度传感器、空调控制器、玻璃破碎探测器、红外双鉴探测器、电子围栏、水浸探测器、门禁控制器、灯光控制器、火灾声光警报器、火灾报警控制器、烟温复合探测器等各类智能传感类设备。除此之外,还有变压器、GIS、SF6等设备的在线监测装置,以及安防摄像机、高清球型摄像机、红外双目摄像机等视频设备。

2.2传输网关层

变电站辅助监控系统的传输网关层包含支持IEC104、MQdbus等常规电力规约的智能接口网关机,支持MQTT、CoAP等物联网协议的边缘代理网关机,以及支持视频传输采用ONVIF、PSIA、RTSP、RTMP等国际、国家、行业统一标准协议的流媒体服务器。

2.3消息总线层

变电站辅助监控系统的消息总线层包含采用高级消息队列,如RabbitMQ、Kafka或ActiveMQ等协议实现的松耦合架构设计,不仅提高了系统的鲁棒性、扩展性,还异步解耦了系统服务之间的相互调用。

2.4核心服务层

变电站辅助监控系统的核心服务层包含管理服务、数据库服务、鉴权服务、绘图服务、工作流引擎服务、告警服务、联动服务、采样服务、视频分析服务及巡检服务等,为上层的应用层提供接口服务。

2.5平台应用层

变电站辅助监控系统的平台应用层包含平台管理、报表曲线、告警订阅、运行监视、系统联动、三维可视化展示、视频监控及巡检、环境监控、安防监控、消防监控、动力照明监控等功能。辅助监控系统具备基于Activiti的流程引擎、基于session的统一认证功能、可自由化定制的报表服务;具备大容量、大数据信息的高效率处理能力,最大处理能力超过100w点;基于Docker容器化部署,分发部署更加灵活简单,方便升级维护:具备轻量化、可视化的画面组态功能:具备易于维护及编辑的工具:具有微服务架构的灵活性、可扩展性,能满足多级监控系统要求。

3变电站智能联动框架设计与实现

变电站辅助监控系统是电力监控、动环监控、安防门禁、消防火灾、动力照明、视频监控及巡检等系统的融合,通过计算机技术,可以实现辅助监控系统的智能联动,以达到辅助防误操作、辅助安全防卫等目的。联动模块功能设计如图2所示。

具体来说,联动规则组态模块编写联动规则存储JSON文件到数据库,联动规则解析模块通过消息队列(Messageoueue,MQ）接收告警监控模块发出的告警事件,并判断是否满足联动规则触发的条件,同时使用Websocket技术推送告警事件到页面端。若满足联动规则的动作条件,则发出相应的遥控遥调报文给告警监控模块,或发出相应的遥视报文给流媒体服务。联动模块架构设计如图3所示。

3.1基于Web端的联动规则组态方法

在Web端访问组态界面,可根据用户联动控制表,拖动辅助监控类设备图元、SCADA类设备图元、门逻辑图元等到图纸,并用连接线连接,关联相关数据库,最终生成联动规则。联动规则组态界面如图4所示。

3.2基于消息队列的联动规则解析方法

联动规则解析模块采样spring框架,递归解析联动规则条件,流程如图5所示。

联动解析模块主要包含联动监听服务和联动执行服务两部分。联动监听服务负责从消息队列MQ上接收辅助监控与SCADA实时告警消息,判断是否满足联动规则条件,如满足条件则执行联动执行服务。联动执行服务根据实时库中联动规约组态的联动目标,发送遥控、遥调、遥视报文到消息队列MQ上,最终达到智能联动的效果。

3.3基于消息队列的联动告警方法

通过开发变电站智能辅助监控系统的消息队列伴侣程序,实时采集SCADA告警数据,放入自定义数据结构,并通过足够的环形缓存存放。将伴侣程序采集的告警数据转发至消息队列MQ中间件,供Web端读取。预留接收数据接口,接收控制命令。告警监控运行界面如图6所示。

4结语

智能联动技术作为变电站智慧运维的核心手段之一,是建设变电站智能辅助监控系统的重要途径。本文对变电站辅助监控系统功能及架构进行了阐述,提出了一种基于消息队列的智能联动框架及实现方案,直观展示了其对智慧运维的促进作用。