氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear, GIS）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出廠試驗環(huán)節(jié)眾多，試驗情況復(fù)雜，主要的試驗項目包括機械特性試驗、回路電阻測試試驗、絕緣試驗、雷電沖擊試驗、氣密性試驗和局部放電試驗等。

目前的試驗方法都為離線式，是獨立的試驗方案，試驗數(shù)據(jù)通過紙質(zhì)報告或者離散的數(shù)字文件保存，沒有統(tǒng)一的管理方案，管理混亂，而且需要管理人員耗費大量的精力整理資料完善數(shù)據(jù)，效率低下。

基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化管理的GIS出廠試驗數(shù)據(jù)系統(tǒng)，提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)的GIS設(shè)備試驗管理系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)了GIS出廠試驗的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化管理，簡化了試驗過程提高了工作率，并保證了試驗數(shù)據(jù)的安全性和真實性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于網(wǎng)絡(luò)的GIS設(shè)備試驗系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)，第一層為試驗層，該層網(wǎng)絡(luò)采用基于WiFi的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，試驗平臺通過WiFi與試驗場所的無線路由器連接，路由器負(fù)責(zé)與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)進行通信獲取數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)；第二層為管理層網(wǎng)絡(luò)，所有管理層設(shè)備通過企業(yè)內(nèi)網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)中心可與試驗管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接口和試驗終端通信；第三層為互聯(lián)網(wǎng)層，數(shù)據(jù)中心通過防火墻與以太網(wǎng)連接，可實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)訪問。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 試驗層

試驗層包括試驗終端和WiFi網(wǎng)絡(luò)，試驗終端的結(jié)構(gòu)如圖2所示。試驗終端由試驗終端主機、無線網(wǎng)絡(luò)模塊、二維碼掃描模塊、傳感器接口、數(shù)據(jù)顯示模塊、交互模塊和電源系統(tǒng)組成。

其中：

• ①無線網(wǎng)絡(luò)模塊負(fù)責(zé)與試驗場所無線路由器連接，獲取數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)；
• ②二維碼掃描模塊用于掃描試驗對象二維碼，實現(xiàn)試驗計劃的快速獲取和檢索；
• ③傳感器接口提供試驗終端的所有試驗用傳感器的連接接口，根據(jù)不同的試驗類型，傳感器接口有所不同，同時試驗終端可提供多種傳感器接口以適應(yīng)不同的試驗種類；
• ④試驗終端主機為試驗終端的核心設(shè)備，該設(shè)備負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)試驗終端各模塊共組，并提供試驗計劃獲取、試驗數(shù)據(jù)測量和試驗數(shù)據(jù)上傳等功能；
• ⑤數(shù)據(jù)顯示模塊和交互模塊負(fù)責(zé)試驗設(shè)備與試驗員的交互；
• ⑥電源系統(tǒng)提供試驗終端的電源供給，同時可向試驗設(shè)備提供控制和測量電源。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 試驗終端功能圖

1.2 管理層

管理層包括數(shù)據(jù)中心、試驗管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)中心安裝在可訪問的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，用于提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，存儲的數(shù)據(jù)包括試驗參數(shù)、試驗數(shù)據(jù)、用戶信息、項目信息等。試驗管理系統(tǒng)安裝于試驗管理部門，該系統(tǒng)可實現(xiàn)試驗參數(shù)獲取、試驗計劃下達、試驗數(shù)據(jù)管理、試驗數(shù)據(jù)報表分析和試驗報告生成等工作，是整個系統(tǒng)的管理核心。

該系統(tǒng)包括用戶驗證與管理模塊、試驗計劃管理模塊、試驗參數(shù)管理模塊、試驗數(shù)據(jù)管理模塊和試驗報告生成模塊。其中試驗計劃管理模塊可用于生成產(chǎn)品試驗二維碼信息。數(shù)據(jù)接口負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)訪問的網(wǎng)絡(luò)接口，采用Webservice數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)。

1.3 外網(wǎng)層

外網(wǎng)層包括防火墻和互聯(lián)網(wǎng)，通過外網(wǎng)層可實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的異地訪問和使用，為試驗數(shù)據(jù)的便捷使用奠定了基礎(chǔ)。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 試驗數(shù)據(jù)流

圖3為系統(tǒng)工作時的數(shù)據(jù)交換過程。試驗管理系統(tǒng)和試驗終端通過網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心通信，數(shù)據(jù)中心作為紐帶，連接試驗管理系統(tǒng)和試驗終端。一項試驗開始前，首先在試驗管理系統(tǒng)中生成試驗計劃，并把試驗計劃推送至數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心中保存了試驗參數(shù)、項目信息和機構(gòu)參數(shù)等基本數(shù)據(jù)；試驗終端通過網(wǎng)絡(luò)，實時同步數(shù)據(jù)中心的試驗計劃生成試驗列表，根據(jù)試驗計劃完成試驗后，把試驗數(shù)據(jù)和試驗結(jié)構(gòu)推送至數(shù)據(jù)中心。

圖3 試驗數(shù)據(jù)流

2.2 試驗流程設(shè)計

圖4為基于網(wǎng)絡(luò)的GIS設(shè)備試驗系統(tǒng)的工作流程圖：①由試驗員使用試驗管理系統(tǒng)生成試驗計劃，試驗計劃自動同步至數(shù)據(jù)中心；②試驗人員在試驗終端上查看試驗計劃并完成試驗，試驗過程中試驗終端調(diào)取數(shù)據(jù)中心的試驗要求與試驗結(jié)果對比，若合格，則自動進入下一項試驗，如不合格，則重新進行試驗；③試驗合格后試驗數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果會自動上傳至數(shù)據(jù)中心完成數(shù)據(jù)歸檔存庫；④試驗完成后，利用試驗管理系統(tǒng)可實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)檢索、分析和試驗報告的生成工作。

2.3 試驗終端數(shù)據(jù)上傳設(shè)計

試驗終端數(shù)據(jù)上傳流程如圖5所示。

圖4 試驗流程設(shè)計

圖5 試驗數(shù)據(jù)上傳流程

2.4 二級斷口設(shè)計方法

GIS品種多樣，為了適應(yīng)不同的GIS斷口信號采集時采用了二級斷口數(shù)據(jù)存儲方法，數(shù)據(jù)存儲格式采用字符串?dāng)?shù)組，每組字符串10個字符代表10個斷口信息，為時序測量提供可能，每個字符有3種狀態(tài)，即0、1、2。

3 軟件設(shè)計

3.1 試驗臺軟件設(shè)計

以機械特性試驗臺為例，試驗臺軟件安裝在試驗終端上，負(fù)責(zé)接收由數(shù)據(jù)中心發(fā)送的試驗計劃，并根據(jù)試驗計劃獲取試驗配置，然后完成試驗，完成試驗后實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的自動上傳，軟件界面如圖6所示。

圖6 試驗終端軟件設(shè)計

3.2 數(shù)據(jù)中心設(shè)計

數(shù)據(jù)中心采用私有云為載體搭建數(shù)據(jù)服務(wù)中心。數(shù)據(jù)服務(wù)中心建立了7個數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，用于存儲項目信息、機構(gòu)信息、試驗計劃、試驗數(shù)據(jù)、試驗結(jié)果和用戶信息等關(guān)鍵信息。數(shù)據(jù)設(shè)計如圖7所示。

3.3 試驗管理系統(tǒng)設(shè)計

試驗管理系統(tǒng)的主要功能包括試驗計劃管理、產(chǎn)品參數(shù)管理、數(shù)據(jù)管理和用戶管理4個部分：①其中試驗計劃管理包括項目基本信息、項目狀態(tài)、計劃自動生成和產(chǎn)品類型匹配等功能；②產(chǎn)品參數(shù)管理包括產(chǎn)品基本信息、產(chǎn)品計算參數(shù)、產(chǎn)品詳細(xì)信息和產(chǎn)品額定參數(shù)范圍管理等功能；③數(shù)據(jù)管理包括試驗數(shù)據(jù)檢索、試驗報告生成和數(shù)據(jù)波形顯示等；④用戶管理包括用戶基本信息維護、用于權(quán)限信息維護和用戶密碼信息維護等功能。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計如圖8所示。

圖7 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

圖8 試驗管理系統(tǒng)功能

軟件的登錄界面如圖9所示。軟件的數(shù)據(jù)檢索界面如圖10所示。

圖9 軟件登錄界面

圖10 數(shù)據(jù)檢索界面

結(jié)論

本文通過使用無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和計算機技術(shù)，實現(xiàn)了GIS出廠試驗的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，為試驗數(shù)據(jù)的快速檢索和二次利用提供了可能，同時提供了數(shù)據(jù)訪問接口，可實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的異地訪問。