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(yàn)環(huán)節(jié)眾多，試驗(yàn)情況復(fù)雜，主要的試驗(yàn)項(xiàng)目包括機(jī)械特性試驗(yàn)、回路電阻測(cè)試試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)、雷電沖擊試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)和局部放電試驗(yàn)等。

目前的試驗(yàn)方法都為離線式，是獨(dú)立的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過紙質(zhì)報(bào)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(fèi)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(yàn)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(yàn)管理系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了GIS出廠試驗(yàn)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化管理，簡(jiǎn)化了試驗(yàn)過程提高了工作率，并保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的安全性和真實(shí)性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于網(wǎng)絡(luò)的GIS設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)，第一層為試驗(yàn)層，該層網(wǎng)絡(luò)采用基于WiFi的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，試驗(yàn)平臺(tái)通過WiFi與試驗(yàn)場(chǎng)所的無(wú)線路由器連接，路由器負(fù)責(zé)與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)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(yàn)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接口和試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)試驗(yàn)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(yàn)層

試驗(yàn)層包括試驗(yàn)終端和WiFi網(wǎng)絡(luò)，試驗(yàn)終端的結(jié)構(gòu)如圖2所示。試驗(yàn)終端由試驗(yàn)終端主機(jī)、無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊負(fù)責(zé)與試驗(yàn)場(chǎng)所無(wú)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(yàn)對(duì)象二維碼，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)計(jì)劃的快速獲取和檢索；
• ③傳感器接口提供試驗(yàn)終端的所有試驗(yàn)用傳感器的連接接口，根據(jù)不同的試驗(yàn)類型，傳感器接口有所不同，同時(shí)試驗(yàn)終端可提供多種傳感器接口以適應(yīng)不同的試驗(yàn)種類；
• ④試驗(yàn)終端主機(jī)為試驗(yàn)終端的核心設(shè)備，該設(shè)備負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)試驗(yàn)終端各模塊共組，并提供試驗(yàn)計(jì)劃獲取、試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量和試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)員的交互；
• ⑥電源系統(tǒng)提供試驗(yàn)終端的電源供給，同時(shí)可向試驗(yàn)設(shè)備提供控制和測(cè)量電源。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 試驗(yàn)終端功能圖

1.2 管理層

管理層包括數(shù)據(jù)中心、試驗(yàn)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(diǎn)上，用于提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、用戶信息、項(xiàng)目信息等。試驗(yàn)管理系統(tǒng)安裝于試驗(yàn)管理部門，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)獲取、試驗(yàn)計(jì)劃下達(dá)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理、試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)表分析和試驗(yàn)報(bào)告生成等工作，是整個(gè)系統(tǒng)的管理核心。

該系統(tǒng)包括用戶驗(yàn)證與管理模塊、試驗(yàn)計(jì)劃管理模塊、試驗(yàn)參數(shù)管理模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理模塊和試驗(yàn)報(bào)告生成模塊。其中試驗(yàn)計(jì)劃管理模塊可用于生成產(chǎn)品試驗(yàn)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(shí)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(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的異地訪問和使用，為試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)流

圖3為系統(tǒng)工作時(shí)的數(shù)據(jù)交換過程。試驗(yàn)管理系統(tǒng)和試驗(yàn)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(yàn)管理系統(tǒng)和試驗(yàn)終端。一項(xiàng)試驗(yàn)開始前，首先在試驗(yàn)管理系統(tǒng)中生成試驗(yàn)計(jì)劃，并把試驗(yàn)計(jì)劃推送至數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心中保存了試驗(yàn)參數(shù)、項(xiàng)目信息和機(jī)構(gòu)參數(shù)等基本數(shù)據(jù)；試驗(yàn)終端通過網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)中心的試驗(yàn)計(jì)劃生成試驗(yàn)列表，根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃完成試驗(yàn)后，把試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)構(gòu)推送至數(shù)據(jù)中心。

圖3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)流

2.2 試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

圖4為基于網(wǎng)絡(luò)的GIS設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)的工作流程圖：①由試驗(yàn)員使用試驗(yàn)管理系統(tǒng)生成試驗(yàn)計(jì)劃，試驗(yàn)計(jì)劃自動(dòng)同步至數(shù)據(jù)中心；②試驗(yàn)人員在試驗(yàn)終端上查看試驗(yàn)計(jì)劃并完成試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中試驗(yàn)終端調(diào)取數(shù)據(jù)中心的試驗(yàn)要求與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，若合格，則自動(dòng)進(jìn)入下一項(xiàng)試驗(yàn)，如不合格，則重新進(jìn)行試驗(yàn)；③試驗(yàn)合格后試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果會(huì)自動(dòng)上傳至數(shù)據(jù)中心完成數(shù)據(jù)歸檔存庫(kù)；④試驗(yàn)完成后，利用試驗(yàn)管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢索、分析和試驗(yàn)報(bào)告的生成工作。

2.3 試驗(yàn)終端數(shù)據(jù)上傳設(shè)計(jì)

試驗(yàn)終端數(shù)據(jù)上傳流程如圖5所示。

圖4 試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

圖5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳流程

2.4 二級(jí)斷口設(shè)計(jì)方法

GIS品種多樣，為了適應(yīng)不同的GIS斷口信號(hào)采集時(shí)采用了二級(jí)斷口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式采用字符串?dāng)?shù)組，每組字符串10個(gè)字符代表10個(gè)斷口信息，為時(shí)序測(cè)量提供可能，每個(gè)字符有3種狀態(tài)，即0、1、2。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

以機(jī)械特性試驗(yàn)臺(tái)為例，試驗(yàn)臺(tái)軟件安裝在試驗(yàn)終端上，負(fù)責(zé)接收由數(shù)據(jù)中心發(fā)送的試驗(yàn)計(jì)劃，并根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃獲取試驗(yàn)配置，然后完成試驗(yàn)，完成試驗(yàn)后實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)上傳，軟件界面如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)終端軟件設(shè)計(jì)

3.2 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)

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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)項(xiàng)目信息、機(jī)構(gòu)信息、試驗(yàn)計(jì)劃、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果和用戶信息等關(guān)鍵信息。數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)如圖7所示。

3.3 試驗(yàn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)管理系統(tǒng)的主要功能包括試驗(yàn)計(jì)劃管理、產(chǎn)品參數(shù)管理、數(shù)據(jù)管理和用戶管理4個(gè)部分：①其中試驗(yàn)計(jì)劃管理包括項(xiàng)目基本信息、項(xiàng)目狀態(tài)、計(jì)劃自動(dòng)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(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)檢索、試驗(yàn)報(bào)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(hù)、用于權(quán)限信息維護(hù)和用戶密碼信息維護(hù)等功能。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖7 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

圖8 試驗(yàn)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了GIS出廠試驗(yàn)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的快速檢索和二次利用提供了可能，同時(shí)提供了數(shù)據(jù)訪問接口，可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的異地訪問。