氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear, GIS）結構復雜，出廠試驗環(huán)節(jié)眾多，試驗情況復雜，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，試驗數據通過紙質報告或者離散的數字文件保存，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據，效率低下。

基于網絡數字化管理的GIS出廠試驗數據系統(tǒng)，提供了一種基于網絡的GIS設備試驗管理系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)了GIS出廠試驗的數字化網絡化管理，簡化了試驗過程提高了工作率，并保證了試驗數據的安全性和真實性。

1 系統(tǒng)結構

基于網絡的GIS設備試驗系統(tǒng)采用3層結構，第一層為試驗層，該層網絡采用基于WiFi的無線網絡系統(tǒng)，試驗平臺通過WiFi與試驗場所的無線路由器連接，路由器負責與企業(yè)內網進行通信獲取數據中心數據；第二層為管理層網絡，所有管理層設備通過企業(yè)內網連接，數據中心可與試驗管理系統(tǒng)、數據接口和試驗終端通信；第三層為互聯(lián)網層，數據中心通過防火墻與以太網連接，可實現(xiàn)試驗數據的互聯(lián)網訪問。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

1.1 試驗層

試驗層包括試驗終端和WiFi網絡，試驗終端的結構如圖2所示。試驗終端由試驗終端主機、無線網絡模塊、二維碼掃描模塊、傳感器接口、數據顯示模塊、交互模塊和電源系統(tǒng)組成。

其中：

• ①無線網絡模塊負責與試驗場所無線路由器連接，獲取數據中心數據；
• 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不同的試驗種類；
• ④試驗終端主機為試驗終端的核心設備，該設備負責協(xié)調試驗終端各模塊共組，并提供試驗計劃獲取、試驗數據測量和試驗數據上傳等功能；
• ⑤數據顯示模塊和交互模塊負責試驗設備與試驗員的交互；
• ⑥電源系統(tǒng)提供試驗終端的電源供給，同時可向試驗設備提供控制和測量電源。

圖1 系統(tǒng)結構圖

圖2 試驗終端功能圖

1.2 管理層

管理層包括數據中心、試驗管理系統(tǒng)和數據接口。數據中心安裝在可訪問的網絡節(jié)點上，用于提供數據存儲服務，存儲的數據包括試驗參數、試驗數據、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)試驗參數獲取、試驗計劃下達、試驗數據管理、試驗數據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、試驗參數管理模塊、試驗數據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品試驗二維碼信息。數據接口負責提供數據訪問的網絡接口，采用Webservice數據服務實現(xiàn)。

1.3 外網層

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

2 關鍵技術研究

2.1 試驗數據流

圖3為系統(tǒng)工作時的數據交換過程。試驗管理系統(tǒng)和試驗終端通過網絡與數據中心通信，數據中心作為紐帶，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據中心；數據中心中保存了試驗參數、項目信息和機構參數等基本數據；試驗終端通過網絡，實時同步數據中心的試驗計劃生成試驗列表，根據試驗計劃完成試驗后，把試驗數據和試驗結構推送至數據中心。

圖3 試驗數據流

2.2 試驗流程設計

圖4為基于網絡的GIS設備試驗系統(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據中心；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取數據中心的試驗要求與試驗結果對比，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試驗合格后試驗數據和試驗結果會自動上傳至數據中心完成數據歸檔存庫；④試驗完成后，利用試驗管理系統(tǒng)可實現(xiàn)試驗數據檢索、分析和試驗報告的生成工作。

2.3 試驗終端數據上傳設計

試驗終端數據上傳流程如圖5所示。

圖4 試驗流程設計

圖5 試驗數據上傳流程

2.4 二級斷口設計方法

GIS品種多樣，為了適應不同的GIS斷口信號采集時采用了二級斷口數據存儲方法，數據存儲格式采用字符串數組，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 軟件設計

3.1 試驗臺軟件設計

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

圖6 試驗終端軟件設計

3.2 數據中心設計

數據中心采用私有云為載體搭建數據服務中心。數據服務中心建立了7個數據庫結構，用于存儲項目信息、機構信息、試驗計劃、試驗數據、試驗結果和用戶信息等關鍵信息。數據設計如圖7所示。

3.3 試驗管理系統(tǒng)設計

試驗管理系統(tǒng)的主要功能包括試驗計劃管理、產品參數管理、數據管理和用戶管理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)、計劃自動生成和產品類型匹配等功能；②產品參數管理包括產品基本信息、產品計算參數、產品詳細信息和產品額定參數范圍管理等功能；③數據管理包括試驗數據檢索、試驗報告生成和數據波形顯示等；④用戶管理包括用戶基本信息維護、用于權限信息維護和用戶密碼信息維護等功能。

數據庫設計如圖8所示。

圖7 數據庫設計

圖8 試驗管理系統(tǒng)功能

軟件的登錄界面如圖9所示。軟件的數據檢索界面如圖10所示。

圖9 軟件登錄界面

圖10 數據檢索界面

結論

本文通過使用無線網絡、數據庫和計算機技術，實現(xiàn)了GIS出廠試驗的數字化和網絡化，為試驗數據的快速檢索和二次利用提供了可能，同時提供了數據訪問接口，可實現(xiàn)試驗數據的異地訪問。