昆明供电局试验检修车间物联网系统规划设计

刘玉欢

摘要：本规划方案尝试以物联网为总体架构，以信息化为主要手段，对昆明供电局试验检修车间进行全方位的物联网智能化改造，实现多系统综合联动控制体系，提升昆明供电局下辖的包括隔离开关、断路器和10kV配电变压器在内的电力设备的运维效率，降低运维成本。

关键词：物联网；智能电网

1.概述

1.1中国物联网的现状

物联网最为明显的特征是网络智慧化，通过信息化的手段实现物物相连，提高不同行业的自动化管理水平，减少人为干预，从而极大程度地提升效率，同时降低人工带来的不稳定性。因此，物联网在许多行业应用中将发挥巨大的潜力。

物联网领域可分为三层架构，包括应用层、网络层以及感知层。感知层通过将物理信息的收集并处理，实现数据信息化；网络层通过无线或有线的方式对相应数据进行收集与传输；最终可以实现物联网系统多种智慧化应用。

按工信部《物联网发展规划（2016-2020年）》的阐述，我国物联网政策环境不断完善、产业体系初步建成、创新成果不断涌现、应用示范持续深化。特别是应用示范领域在工业、农业、能源、物流等行业的提质增效、转型升级中作用明显，物联网与移动互联网融合推动家居、健康、养老、娱乐等民生应用创新空前活跃，在公共安全、城市交通、设施管理、管网监测等智慧城市领域的应用显著提升了城市管理智能化水平。物联网应用规模与水平不断提升，在智能交通、车联网、物流追溯、安全生产、医疗健康、能源管理等领域已形成一批成熟的运营服务平台和商业模式，高速公路电子不停车收费系统（ETC）实现全国联网，部分物联网应用达到了千万级用户规模。对电力系统而言智能电网是细分行业中较早开展物联网体系建设的细分领域之一。物联网技术广泛应用在电网建设、电网安全生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量及用户交互等各个方面，可以全面提高智能电网各环节的信息感知深度、广度以及密度，提高电力系统的智能化程度，促进“信息流、业务流、电力流的高度融合”。其中电网终端使用侧的数据信息采集，在智能电网中具有广泛的应用空间，是实现电力行业物联网化过程中的重要组成部分。

1.2物联网在昆明供电局建立的必要性

电力系统是一个现代化程度相对较高的行业，在整个行业中无论发电、输电、配电、用电环节都有大量的自动化监视和控制设备，每一个环节的每一个细分程序其智能化程度都是到达相对程度的，但是各个专业的条块分割，制约了真正意义上的数据共享，同时也催生了管理中的机械分割和板块间的脱节，为了解决管理中的脱节和弥合板块缝隙又催生出了大量的管理流程和管理环节，在客观上使得管理过度繁复。

昆明供电局的核心业务包括了在昆明境内各电压等级的变电站的运行维护，各电压等级线路的运行维护，配电网的运维和调度，直供大用户运维和业扩运维。在昆明供电局每项业务其自动化程度是非常高的，可以毫不夸张的说，在昆明供电局每台设备的每次动作都是可以在各种不同的系统中得到追溯的。但这些浩如烟海的数据没有得到归一化的处理，没有得到最大化的利用。

具体到本次昆明供电局试验检修车间的改造工程。传统的试验检修车间仍然依赖人力对电力设备的报修、拆卸、运输、检修、归档、出库、运行直至报废等复杂生命周期流程进行管控。这不仅极大分散和浪费了人力资源，使得人力不得不关注许多本来可以不需要他们关注的程序化工作，不得不完全依赖个人经验完成许多本可以依靠大数据结合人的经验做出的决策性工作，而且势必导致整个流程的运转效率和电力设备的运维效率低下，运维成本提高。因此本规划方案尝试以物联网为总体架构，以信息化为主要手段，对昆明供电局试验检修车间进行全方位的物联网智能化改造，实现多系统综合联动控制体系，提升昆明供电局下辖的包括隔离开关、断路器和10kV配电变压器在内的电力设备的运维效率，降低运维成本。

2物联网系统规划

2.1智能检修管理平台

2.1.1总体思路

本规划方案将在昆明供电局试验检修车间建设一套智能检修管理平台，通过该系统可实现电力设备故障报修、运输车辆管理、门禁和人员考勤、车间物流传送、MES工装管理、工器具管理、设备检修档案管理及仓储管理等全流程智能化控制的目标。

图1为厂区外智能流程控制系统逻辑框图。设备报修信息进入智能检修管理平台后，需由管理人员对维修申请进行批复（可采取与电网公司调度检修管理系统对接+人工确认的实现方式）。维修申请经批复后，由智能检修管理平台生成设备维修标识码，管理人员需将标识码固定在待修物料上。智能车辆管理系统根据待修物料信息分配合适的运输车辆，同时从智能检修管理平台中获取待维修物料移交人信息。当运输车辆到达厂区大门时，检测门杆的RFID射频感应系统将识别车辆及物料信息，并将该信息发送给智能检修管理平台和智能车辆管理系统，若信息吻合，则控制门杆开启放行车辆。最后，物料移交给指定移交人后，由移交人终结该流程，形成闭环。

图1厂区外智能流程控制系统框图

图2厂区内智能流程控制系统框图

图2为厂区内智能流程控制系统逻辑框图。物料来到厂房大门时，门禁系统的RFID射频感应装置将识别物料信息，并将信息上送给智能检修管理平台。智能检修管理平台将根据厂房内工装位置的忙闲信息安排进入车间物料的优先级顺序并通过广播系统播放。车间内的智能传送系统（无人驾驶叉车、智能航车等）根据智能检修管理平台的指示，将分配的物料运输至指定的工位。检修人员按照工单流程工作，工单流程在工位触摸屏上显示。每一步检修工序完成后，检修人员需在触摸屏上进行指纹签单。若检修后的设备需要进入试验区进行试验，则同样由智能传送系统将其运输至高压试验区。检修、试验工作完成后，复验人员也需进行指纹签单，形成闭环。整个检修、试验、装配、复检工作完成后，车间智能传送系统将设备运输至指定存放区域。设备出厂时，出厂时间、运输车辆信息、运输人员信息、已维修设备目的地等信息将被自动更新到智能检修管理平台中，形成闭环。

2.1.2智能检修管理平台各应用模块功能分析

智能检修管理平台作为厂区检修信息流的汇聚点，应具备强大的数据整合应用平台功能。远期，智能检修管理平台应具备对接昆明供电局物联网数据中心、调度一体化系统及4A系统的功能，达到设备运行维护全生命周期智能控制的目标。

智能检修管理平台应整合下列应用模块或预留规范接口。

2.1.2.1．亮点部分（硬件相关）

1）基于医院智能药房系统开发的检修车间工器具和零部件智能存取快发系统（核心功能）

在检修区域触摸屏上点选检修所需的工器具和零部件；

通过软件平台将需求下发给智能存取快发系统主机；

智能存取快发系统将对应零部件和工器具分拣入智能托盘。当零部件较小时，可以按盒分装，通过机器自带的机械手实现全自动分拣吐发；如果零部件较大，则可以实现半自动式分拣，工器具的放置和取用均由人工完成，对应的智能托盘下的指示灯闪烁，避免取错，同时不同的托盘会在机器内滚动，确保人员方便拿取。

系统可以关联到检修车间的广播装置，语音通知检修人员去托盘处领取相关零部件和工器具（类似医院取药广播）。

整个系统可以实现对零部件和工器具库存以及收发状况的统计，统计信息应能上传车间智能检修管理平台。

问题及难点：

本系统基于医院药品智能存取系统，移植到检修车间需要视零部件和工器具的形状、大小和重量而定，设备需要定制；

医院药品智能存取系统直接与药房库存软件系统对接，因此将本系统移植到检修车间，需有相应的平台软件程序支持。

2）ERP物流和资源传递系统（核心功能）

采用搬运机器人将拆解后的设备搬入无人运输车。

通过在地面开孔安装导引桩或导引线，使无人运输车能够将物料准确送达预定地点。若技术许可，也可不采用地面导引而采用视觉辨识系统完成物料的运输。

车间内配置专门的充电桩，可为无人运输车充电。无人运输车可设置夜间自动回到充电桩充电模式。若车辆没有依照规定，返回充电桩充电，可通过视频联动监视系统实现故障记录和报警。

物料与车间传送设备之间能够通过RFID射频感应进行智能化的实时通信，同时物流系统将物料信息上传给智能检修管理平台，由平台根据MES工装管理系统中的工位信息以及设备待修待试信息，指挥车间传送设备准确将物料送往指定工位或高压试验大厅，最终达到整个物流系统无人化智能控制的目标。

2.1.2.2．其他模块（以软件为主）

1）MES工装管理系统（核心功能）

MES工装管理系统通过RFID射频感应获取工位上的检修设备信息，并能将检修信息上送智能检修管理平台。

MES工装管理系统应能将工位空闲和占用信息反馈给智能检修管理平台，以便平台通知物流和资源传递系统完成后续资源传递工作。

2）工位作业管理系统（核心功能）

每个检修区域拟配置两台触摸屏，采用壁挂式挂墙设置。

以作业指导书的形式将作业流程通过每个工位配置的触摸显示屏显示。

触摸显示屏上应显示本次检修工作的人员信息。

每进行完一步检修工序，检修人员需在触摸屏上指纹签单。

工位作业管理系统应具备接入智能检修管理平台的标准接口，能够接收来自智能检修管理平台的信息（如检修人员信息、待修设备信息），并能将工位作业流程信息反馈给智能检修管理平台。

3）设备检修档案管理系统（核心功能）

通过与智能检修管理平台对接实时更新设备检修档案信息。

具备设备检修档案信息统计功能，可制作完成多种可视化的统计图表。

具备设备全生命周期动态管理功能，对设备的运行、修试、缺陷、报废全过程进行管理，能够统计同一设备不同厂家返修率、同一厂家不同批次设备返修率以及多发故障设备的故障原因和故障间隔时间等信息，实现设备运行工况的自动预警和全程可追溯，提高资产运行效率。

4）清洗系统（核心功能）

在清洗区配置清洗工装，实现设备的自动化清洗

具备接入智能检修管理平台和MES工装管理系统的标准接口，能够将清洗工位空闲信息、清洗流程过程信息、工装故障信息等上传智能检修管理平台。

清洗流程结束后，由智能检修管理平台根据MES工装管理系统中的工位空闲信息，指挥物流和资源传递系统完成下一步资源传递工作。

5）门禁和人员考勤系统（常规功能）

运输车辆进入厂区大门需要经过检测杆，检测杆具备RFID射频感应识别开启功能。

厂房大门应能通过RFID射频感应功能识别物料信息。

RFID射频感应应能在5-10米范围内识别信息。

智能检修管理平台将设备待修信息下发给各门禁系统，同时整个门禁系统应具备将所识别的车辆和物料信息接入智能检修管理平台的标准接口。

考勤系统设置在厂房大门处，应具备人脸识别功能。

考勤系统应能对进出人员、进出时间、工作时长等信息进行实时记录，并具备可视化的人员考勤统计功能，如：人员每日工作时间直方图、工作时间合格或不合格人员名单、各种动态饼图等。

考勤系统应具备接入智能检修管理平台的标准接口。

6）广播系统（常规功能）

能够与智能检修管理平台对接，完成厂区内设备运输、修试等各流程的广播提示工作。

能够与火灾报警系统对接，完成火灾逃生广播工作。

能够与零部件智能存取快发系统对接，完成取用提醒功能。

2.1.2.3．系统综合布线

3结语

目前，我国物联网已初步形成了完整的产业体系，具备了一定的技术、产业和应用基础，在中央系列顶层设计和各地各部门的不懈努力下，我国物联网发展取得了显著成效。我国物联网产业规模从2009年的1700亿元跃升至2015年超过7500亿元，年复合增长率超过25%。本项目的建设，为物联网在电力行业的应用提供了有益的参考，也对物联网在国内其他行业领域的应用提供了借鉴。

参考文献：

1、《物联网发展规划（2016-2020年）》.中华人民共和国工业和信息化部.

2、皮特.瓦厄（PeterWaher）.《物联网实战指南》.机械工业出版社.

3、李晓妍.《万物互联-物联网创新创业启示录》.人民邮电出版社.

作者简介：刘玉欢（1983-），男，硕士研究生，安徽明光人，工程师，云南恒安电力工程有限公司，电力系统继电保护和变电站设计。