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铁塔安全自动值勤监管平台

浏览:874 发表时间:2017-08-22 15:31:37

 

铁塔安全自动值勤监管平台

1、前言

通信铁塔作为国民经济和社会发展的重要公益性基础设施,是民生的重要组成部分,在全面建设小康社会、和谐社会、平安社会中起着不可替代的重要作用。

从上世纪开始,为满足人们对移动通信的需求,我国电信运营商不断加大移动通信网络建设,其通信塔桅已达220万座,每年新增10多万座,分布在各大城市、集镇、乡村、山区、交通要道......由于很多通信铁塔建设年代久远、数量众多、分布范围广、服务距离远、设备种类多样,给维护工作带来极大困难,存在很大安全隐患。

为了解决铁塔运维管理难题,消除铁塔安全监管隐患,特提出建立铁塔安全自动值勤监管平台。

铁塔安全自动值勤平台针对《通信铁塔安全维护规程》等有关通信铁塔维护技术要求,实现代维巡检内容实时监测;实现铁塔垂直度、倾斜度、基础下沉、扭曲度等铁塔结构安全指标的实时监测;实现接地电阻、SPD脱扣状态、雷击次数、SPD泄漏微电流、表面温度等防雷智能监测;实现配电箱体火情、箱体水涝、箱体温度、箱门开关状态等配电安全指标的实时监控;实现配电开关状态、缺相、电压、电流、功率因素、频率、有功功率、无功功率、馈线漏电流、UPS、蓄电池组等供配电参数的实时监测;实现对温湿度、水涝、火情、通风、空调等环境指标的实时监控;实现对视频、门禁、非法入侵的实时监控,实现了铁塔安全由被动人工管理向现代化、智能化、科学化、人性化管理的历史性跨越。

铁塔安全自动值勤平台是随着计算机通信技术、微电子技术、物联网技术、大数据分析等现代技术的应用而发展起来的新型技术系统,集技防安全与人防安全于一体,进行实时、过程、动态、定量、自动监测与记录,对模拟量指标采取低位、高位告警与特定值预警,对开关量采用变位告警,做到事前预判、事中联动处理和事后追溯性分析,实现统一采集、展示、记录、判断、联控、分析、报警、管理,防范于未然,前移了事故预防关口,解决了“监管责任不明确”、“监管责任不到位”、“消极被动监管”、“维护不及时”等问题,实现铁塔安全零距离监控与零时差报警、主动报警与主动接警、主动监管与主动维护、故障追溯与服务追溯、分布监测与集中监管等功能。

铁塔安全自动值勤平台为组态化柔性平台,支持用户UI设计(界面布局、图元绘制、仿真仪表(700多种)、电子地图等)、数据分析组态(100多种图表关联、电子表设计、函数、宏编程等)、协议组态(OPC集成,支持BACnetLonworksKNXModbus等协议)、系统联动策略组态(自定义开环和闭环联动策略)等,支持多元告警(短信、语音、邮件、声光、广播),系统支持数据导航和图形组态导航,提供良好的开放性,并支持历史数据分析、设备管理、安全管理、巡检管理等功能。

2、项目主要创新点

2.1应用创新

铁塔安全自动值勤装置实现了铁塔结构安全指标、配电安全指标、防雷安全指标、环境安全指标、安防技术指标的实时监测与控制,解决了铁塔自动运维问题,为国内首创。

2.2技术创新

2.2.1动态链接技术

铁塔安全自动值勤装置支持RS485总线通信技术,尽管现场总线的通信协议均在TCP/IP框架内,但各自的应用协议千差万别,这样就带来通信规约上的很大难题,为将来不同设备接入带来困难。

本项目自主研发的铁塔安全自动值勤装置,不仅支持RS485总线通信技术,还针对不同的设备采用动态协议库链接方式进行协议规约与封装,通过简单的定义来完成通信接口的定制,真正达到与不同现场设备的无缝链接,具备很强的灵活性。

2.2.2浪涌保护器生命体征诊测技术

浪涌保护器安全运行是电子设备正常运行的重要保证,特别是当浪涌保护器失效后有可能造成灾难性的火情事故。

本项目自主开发的浪涌保护器生命体征诊测技术实现了后备保护状态、热脱扣状态、雷击次数、表面温度、微电流信号的实时采集,并通过综合判断实现浪涌保护器生命体征的实时判断,特别是通过特殊金属材料设计及一匝穿芯技术实现了对浪涌保护器泄漏微电流信号在线监测,为国内首创。

2.2.3数据展示与通信分离技术

铁塔安全自动值勤平台为大型监管平台,所接入的铁塔安全自动值勤装置可达成千上万套,有的还可能达数十万套,为提高监管时效性,本项目采用数据展示、数据通信分离技术,应用专门线程实现数据展示与数据通信。

2.2.4分析组态技术

为提升数据挖掘功能,本项目不象普通的监控软件那样只提供有限的数据分析模式,而是内嵌了EXCEL内核,用户可以在应用层充分利用EXCEL的函数、宏、图表、报表设计等强大的数据分析功能,制作自己所需要的任何形式的分析报表。

3、项目需求分析

3.1安全现状分析

3.1.1现状复杂多样

铁塔数量众多、布点密集、分布范围广、服务距离远、设备种类多样、工作环境恶劣,给维护工作带来极大困难,给安全监管带来极大被动。

3.1.2重建设轻维护思想严重

人们普遍存在重建设轻维护思想,对维护工作很不重视,小区建设也不例外,人们比较重视建设,而对运行维护工作比较轻视,造成很多系统或设备建设完成后,无人运维或无法运行,基本处于运行瘫痪状态。

3.1.3安全监管方式落后

巡检采用人工巡检方式,属定性管理,其安全管理信息无序、凌乱、分散和不可追溯其巡检质量高低、有效性完全由巡检人员的自觉性决定,监管责任不明确、不到位,属于消极被动监管。

3.1.4故障复发现象较多

故障处理主要依靠主动报故障方式,根据报障信息再安排检修排除故障,运维人员主要主要对故障设备进行更换,这个处理过程时间长、服务效率低,无法实时跟踪故障、无法及时处理故障、无法进行故障追溯分析,容易造成重复性故障,直接影响运维成本与运维考核。

3.1.5故障波及范围大

设备的可靠性除本身产品质量影响外,主要受供电质量、使用频率、以及雷击、温度、湿度、电磁等环境因素影响,故障往往是由点及面、渐进式动态变化,是一个逐步累积过程,往往到发现设备故障时,故障已经扩大到了更大的范围,造成了重大后果。

3.2存在问题分析——“四个无法”

3.2.1无法及时发现问题

    因人工巡检是周期性的,铁塔广泛分布在外场,往往等到已经发生故障并且呈扩大趋势时才能发现,这样往往会造成重大后果。

3.2.2无法量化故障

    铁塔运维安全指标涉及到铁塔安全、防雷安全、配电安全、环境安全、安防技术等指标,而且瞬息万变,靠人工肉眼或触摸等根本无法发现问题。

3.2.3无法在线跟踪

人工巡检的周期较长,而铁塔是全天候工作的,故障可能发生在半夜或恶劣气候状态,人工根本无法实现在线巡检。

3.2.4无法监管巡检

铁塔出现故障后,运维人员是否及时到位、故障是否已经排除等信息无法及时监管。

3.3监管功能需求分析

    需要进行实时、过程、动态、定量、自动监测与记录,对模拟量指标采取低位、高位告警与特定值预警,对开关量采用变位告警,做到事前预判、事中联动处理和事后追溯性分析,使电表箱智能化,以实现以下监管功能:

    3.3.1零距离监控 零时差报警

对每个铁塔安全进行实时监控,故障以短信、语音、电子邮件、实体声光、虚拟声光、广播等告警方式多通道分类与定向告警方式告警,辅助值班人员及时、准确地确认和上报事故,最大限度缩短报警时间、报警过程。

3.3.2主动报警 主动接警

解决被动接警问题,能主动发现故障信息、故障点,大大降低了设备故障率或系统故障率,大大降低了维护时间、维护成本。

3.3.3主动监管 主动维护

    运维人员主动确定故障点,对故障点进行有计划安检,通过长期数据积累,有利于巡查作业排班,实现主动监管、主动维护。

3.3.4故障追溯 服务追溯

解决事件不可追溯问题,不仅要发现故障,也要能通过数据分析发现故障原因,解决维护人员监督管理问题,提高维护人员工作自觉性、积极性。

运维部门通过对系统提供的报表分析,能够掌握各厂家的产品质量,从根本上杜绝伪劣产品进入本地市场,并能掌握各厂商的服务质量;

3.3.5分布监测 集中监管

对每个铁塔安全实现分散采集与监测,并在运维部门建立平台,实现集中监管。

3.3.6信息共享  联控优化 

 为了使信息互通、联动控制,除了统一监管外,更重要的是还必须建立一个科学、规范、可行的联动控制策略,支持系统之间控制联动,支持自定义控制命令,支持开环与闭环控制输出:

1)分析示警数据和联动需求;

2)确立联动流程;

3)启动预置的联动算法,并发出联动控制信号;

4)接受联动控制执行信息的反馈。

4、前端功能分析与实现

在每个铁塔机房处安装铁塔安全自动值勤装置,实现铁塔结构安全、防雷安全、配电安全、环境安全、人防安全、动态巡检等智能监测与管理,以确保铁塔安全可靠运行。

铁塔安全自动值勤装置通过对智能设备的动态协议链接,实现对智能设备运行状态与参数的实时监测、显示、联动与控制,过限或变位输出声光告警或短信报警,GPRS3GTCP/IPModbus/RTU等通信联网方式,触摸屏显示。

变                  

4.1 技术参数

    8路光隔离开关量输入(0-24V电平,准确度:99.999%),支持干湿节点;

    4路光隔离开关量输出(300mA 0-24V电平,准确度:99.999%),支持内部输出和外部输出(外部供电);

    8路模拟信号接口输入(0~10V输入,10位、200us转换速率)

    8路带ESD保护串口RS485/RS232(可配置),支持MOdbus通信协议及自定义协议

    2路带ESD保护串口RS232

    一个10M/100M自适应以太口(物理接口: RJ-45插座)

    1USB端口,可进行RTU数据下载或上传;

    LCD液晶触摸显示,支持参数显示、故障显示、事件管理、系统配置、系统调试等;

    LINUX嵌入式操作系统

    支持短信故障告警、短信访问与激活

    支持声光告警。

     

4.2主要功能

4.2.1结构安全智能监测

1)垂直度监测

在铁塔顶部安装倾角传感器,垂直安装,实现铁塔倾斜角度的实时监测,当倾斜角度超过过限值时,输出告警。

倾角传感器本身具备RS485总线,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,并在平台实现倾斜角度、摆动幅度、摆动频率实时监测与过限告警。

2)基础下沉监测

    在铁塔基础四个方位处分别安装倾角传感器,水平安装,实现铁塔基础下沉角度的实时监测,当下沉角度超过过限值时,输出告警。

倾角传感器本身具备RS485总线,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,并在平台实现下沉角度、下沉量实时监测与过限告警。

3)风速监测

在铁塔顶部安装风速传感器,垂直安装,实现铁塔顶部风速实时监测,当风速超过过限值时,输出告警。

风速传感器本身具备RS485总线,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,并在平台实现风速实时监测与过限告警。

4)接地电阻监测

在铁塔安全自动值勤装置的触控屏处设置“铁塔接地电阻”输入窗口,将巡检时所测接地电阻值人工输入,实现接地电阻检测的巡检监管。

5)节点板密贴度监测

在铁塔安全自动值勤装置的触控屏处设置“节点板密贴度”输入窗口,将巡检时所测值人工输入,实现最大密贴度检测的巡检监管。

6)螺栓力矩监测

在铁塔安全自动值勤装置的触控屏处设置“M16以下力矩、M16以上力矩”输入窗口,将巡检时所测值人工输入,实现最小力矩检测的巡检监管。

7)锈蚀事件监测

在铁塔安全自动值勤装置的触控屏处设置“正常、零星锈蚀、50%以下锈蚀、75%以上锈蚀”选择输入窗口,将巡检时所观测值人工输入,实现锈蚀状态巡检监管。

4.2.2防雷安全智能监测

在铁塔总配电箱处、通信直流屏内分别安装浪涌保护器智能终端单元、雷击感应器、微电流互感器、温度传感器等产品实现浪涌保护器生命体征智能监测,以实现浪涌保护器后备保护状态、热脱扣状态、雷击次数、表面温度、微电流实时监测,过限输出告警。

雷电感应器、温度传感器、微电流互感器、后备保护状态、热脱扣状态直接接入浪涌保护器智能终端单元,浪涌保护器智能终端单元本身具备RS485总线,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,在平台实现浪涌保护器后备保护状态、热脱扣状态、雷击次数、表面温度、微电流实时监测与过限告警,并通过创新算法实现浪涌保护器寿命预测与预警。

4.2.3配电安全智能监测

1)电能参数监测

    在铁塔总配电处安装三相多功能电量监测仪,实现三相电量参数(VIPQ Cosφ,Rff等)、断路器脱扣状态、馈线漏电流等基本参数高精度测量功能,变位或过限输出告警,测量速度可实现单周波(20ms)测量,精度为1S级。

三相多功能电量监测仪具备RS485总线,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,实现配电电压、电流、有功功率、无功功率、频率、有功电度、馈线漏电等参数实时监测,过限过变位输出告警。

2)配电状态监测

   在铁塔总配电处安装交直流转换模块,实现配电开关状态实时监测,变位输出告警,

交直流转换模块具备RS485总线,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台。

3)配电箱火情监测

   在铁塔总配电处安装烟感探测器,并直接接入浪涌保护器智能终端单元,实现配电箱火情监测。

4)配电箱门体开关监测

   在铁塔总配电处安装门磁传感器,并直接接入浪涌保护器智能终端单元,实现配电箱开关门状态监测。

5UPS智能监测

    UPS主机具备RS232通信接口,厂家提供通信协议,通过RS232总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,实现UPS输入电流、输入电压、输出电流、输出电压、电池电压、充电电流、频率、故障、旁路、负荷率等参数的实时监控。

6)蓄电池组智能监控

在蓄电池旁安装蓄电池监测仪,实现对蓄电池每节电池电压、表面温度、充电电流实时监测。

电池监测仪具备RS485通信接口,厂家提供通信协议,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,实现蓄电池组实时监控。

4.2.4环境安全智能监测

1)火情监测

在铁塔机房屋面安装烟感探测器,直接接入铁塔安全自动值勤装置的开关量输入端口,实现火情实时监测,变位输出告警。

2)温湿度监测

在铁塔机房屋面安装温湿度传感器,其具备RS485通信接口,厂家提供通信协议,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由铁塔安全自动值勤装置的以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,实现温湿度的实时监控,并实现与空调联动控制。

3)普通空调监控

在铁塔机房普通空调安装处安装空调智能遥控器,其具备RS485通信接口,厂家提供通信协议,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由铁塔安全自动值勤装置的以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台。

当处于制冷模式运行,温度高于设定值时,启动空调,当温度低于设定值,关闭空调。

当处于制热模式运行,温度高于设定值时,关闭空调,当温度低于设定值,启动空调。

4)精密空调智能监控

精密空调主机具备RS232通信接口,厂家提供通信协议,通过RS232总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,实现精密空调实时监控。

5)进水监测

在铁塔机房四角分别安装漏水检测器,直接接入铁塔安全自动值勤装置的开关量输入端口,实现水情实时监测,变位输出告警。

4.2.5技防安全智能监测

1)视频监控

   在铁塔机房、四周安装相应的网络摄像机,直接通过网络接入铁塔安全自动值勤平台,实现图像实时监控。

2)门禁监控

   在铁塔机房大门处安装门禁控制器、读卡器、磁力锁或电控锁,实现门禁功能。

   读卡器、磁力锁或电控锁接入门禁控制器,门禁控制器具RS485通信接口,通过RS485总线和专门开发动态协议软件接入铁塔安全自动值勤装置串口,再由以太网接口接入铁塔安全自动值勤平台,实现门禁实时监控。

3)非法入侵监控

在铁塔四周设置非法入侵防区,安装红外探测器,直接接入铁塔安全自动值勤装置的开关量输入端口,实现火情实时监测,变位输出告警。

4.2.6动态巡检监管

    关于铁塔结构动态巡检监管已经纳入铁塔结构安全监测中,其余动态巡检内容可以类似方案在触控屏上实现。

5、平台功能分析

铁塔安全自动值勤平台为用户建立了统一监测平台、统一展示平台、统一记录平台、统一告警平台、统一联控平台、统一分析平台、统一监管平台、统一远控平台等统一指挥平台,实现了有序的、动态的、可追溯的全方位集中监管。

5.1数据自动采集

    充分满足数据资源共享、行政策略、统一调度的要求,实现动态自动采集,采样时间可按要求设定。

5.2数据全方位展示

平台遵循模块化组态配置思路,包括项目管理配置、告警策略、数据采样、命令配置、用户配置、控制策略、数据配置策略等,当配置发生改变时,可作用于所有关联系统,使系统达到完美一致性。平台强大的UI组态功能,支持用户个性化页面设计,包括导航分类自定义、图形设计(基本图元设计、电气工程图例、图层管理等)、仿真仪表关联(支持多达700多种仪表,并可自定义扩展设计)、数据图形分离技术等达到完美的用户体验。

软件界面紧跟UI设计潮流,结合Windows 8 Metro StyleIOS Sprite Touch风格,采用全平面化视图,把桌面空间留给最关注的图形导航热点,功能区、导航树、日志区等则通过鼠标感应来激活,界面干净、简约、实用;功能区摒除传统菜单形式,采用触控精灵图标,极具操作体验感;导航组态使用户操作紧跟主题,任务简单、清晰、准确。

 系统支持GIS、电子地图嵌入,支持导航定义、地图导航。

5.3报警智能判断与预警

平台对设备运行状态等开关量参数实行变位告警,对设备运行参数(温湿度、电流、电压)等模拟量参数实行高、低限告警与中限预警,当测得值小于低限值或高于高限值输出告警,高于中限值,低于高限值输出预警。所有运行状态与运行参数实行智能判断、智能告警与智能预警。

5.4 多通道同步告警与定向告警

平台提供了强大的告警策略组态功能,支持短信、语音、邮件、声光、广播多通道冗余告警发布功能,支持告警级别无限制定义,支持任意点位定向告警,告警对象无数量限制,告警发布支持联动控制等;告警管理功能可实时发布结构、防雷、配电、环境、安防、控制等信息,为安全管理提供支持。

5.5跨平台联动控制

平台支持系统之间控制联动与远程控制功能,包括开环和闭环控制;可自定义控制策略,支持控制命令定义、定时器策略、联动控制策略等,控制命令基于底层码流,配置十分灵活,可以形成任意形式的控制组态。

5.6统一数据分析

可选择任意组合条件进行信息查询,如时间、人员、设备、分组、导航路径等,实现对报警数据、历史数据、日志文件、用户信息、设备信息等查询;

统计分析功能是对数据的进一步挖掘,属于数据增值业务,可帮助管理者透过表面现象得到更有价值的信息,包括求平均值、最大最小值、排名、分类统计、同比数据、环比数据、日报、周报、月报、季报、年报等功能,并提供多种模板供用户自我设计报表,支持百余种各类图表分析工具(甘特图、柱形图、饼图、曲线、散点图、雷达图、立体图等),并可对图表进行二次设计;完全支持Excel电子表功能,可利用表内函数进行报表设计,并支持宏编程,可完成任意类型的报表格式和内容设计,为大数据分析提供有力支持。

系统提供报表自定义工具,用户可根据自身管理需求,定制和自动生成各种参数组合的任意时间段的图形、图表和报表,能够生成折线图、趋势图、表格、柱状图、pie饼图等各种样式的报表,支持报警、历史查询中对不同类型属性的数据进行饼图分析。


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