基于网络化的电力应急车管理系统设计

黄建祥

(龙岩市海德馨汽车有限公司,福建 龙岩 364000)

电力应急车出厂交付、运行状态和售后服务等各个环节均需进行精准、有效的跟踪，以便查询和管理。由车载终端、云计算处理平台和数据分析平台组成的管理系统，根据不同行业对车辆功能的不同需求实现对车辆的有效监控与管理[1]。同时，基于云计算的技术应用，平台基于无线5G/4G网络进行数据传输，系统化集成整车系统，远程智能监测和控制，成为电力应急车行业发展的必然趋势。

1 总体布局

1.1 设计原则

网络化管理系统运行处理数据需效率高、安全可靠、开放和扩展性强，因此管理系统的设计原则应具有可靠性、高效性、安全性、可扩展性和标准化。

1.2 总体架构

硬件设备采集各种数据，通过无线网络传输至平台的机房服务器。由前置机接收和发送数据，网关通过TCP接收来自前置机的各种数据，对协议进行解析转发，发送至数据保存程序，由数据保存程序进行数据入库，存储至数据库。另外，网关负责各客户端的信息转发交互。音视频通过第三方的控制实现单独的数据传输和交互。控制台直接对接硬件实现各种控制指令的下发以及警报服务，如图1所示。

图1 总体架构

2 详细设计

基于网络化和云平台的装备车辆状态监控系统主要由实体端、用户端和云端组成。功能主要包括车辆状态参数的实时采集上报，云平台数据存储、融合、预测及数据请求服务，决策端历史数据回溯，状态趋势预判及用户决策执行[2]。

2.1 硬件设计

硬件部分主要包括主机设备、触摸屏设备和音视频设备。主机设备与外部的音视频设备、安防设备、车辆上的各种仪器设备相互连接通信。主机能通过4G/5G等无线网络与服务器通信，从而达到远程监控、控制和警报的目的。而本地用户通过触摸屏与主机交互，从而达到本地直接操作外部设备的目的，详见图2。

图2 主机通信图

2.2 数据连接

管理系统交互接口主要实现故障诊断与健康管理系统数据显示、交换、传输、处理及管理等功能，主要包含人机交互接口和数据交互接口[3]，如图3所示。数据交互采用自识别抓取技术，云服务器不与发电机组等设备直接交互数据，而是先传指令到云服务器，云服务器通过数据接口再对发电机组等设备进行实时访问，当监测到发电机组数据中有符合云服务器命令所需的数据时，将其抓取并返回到云服务器。抓取数据包括为计算电池性能所抓取的马达起动前后蓄电池电压、为计算转速和电压波动率所抓取的空载10秒钟的电压和转速等，通过自识别数据抓取技术，可快速收集有效数据，大幅降低数据传输量，提高管理系统效率。

图3 数据连接图

①模拟量输入。用于对车辆中各种设备的信息进行采集，包括电池电压状态、油箱油量和车身雷达传感器信息的采集。

②GPS/北斗。GPS、北斗采用USB模块接入主板。

③4G/5G网络。数据及音视频均通过此通道双向传输。限制于带宽问题，视频传输有一定的迟滞和相对较低的分辨率(每路CIF格式)。

2.3 网络化管理

应用物联网技术，通过各种传感技术(RFID、传感器)、各种通讯手段(有线、无线、短波、超短波等)，以实现远程诊断、温馨提醒与警报，进而实现远程智能服务。电力应急车机组数据和定位信息等监测参数，通过5G/4G网络，上传至信息服务管理中心，再通过ADSL技术提供给电脑和手机终端，实现实体端、用户端和云端的有机结合。同理，通过电脑和手机终端下发命令，也可远程对电源车进行相关的操作。当现场线电压低于所设定的警报值时，产生警报，可以通知工作人员到现场排查问题所在，也可为防止损坏机组，对机组进行远程关机。

图4 手持机操作管理

环境传感器实时监测车厢内外温度和风压等参数，通过空调和风机等即时调整，并与云服务器进行智能对比学习，提高车厢内的环境舒适度。车厢内气体和烟雾传感器实时检查是否有火情，并进行智能判定和报警，远程快速开启自动灭火装置。

通过批量电力应急车的数据传输汇总到云服务器，利用大数据分析技术可进行应急车辆工作状态下的优化计算分析，不断优化车辆的燃油效能、灯光控制、机构运动速度和行驶路线，促进电力应急车的协同调度作业和效能提升。

2.4 管理能力

网络化管理系统具备状态检测、操作控制、数据采集和安全保护等功能，通过手持终端可对应急电源车进行有效管理，如表1所示。

表1 系统管理能力

3 测试试验

网络化电力应急车管理系统设计完成后，需进行以下测试：

①功能测试；

②手持端功能测试，模拟实际工况进行使用测试；

③服务端软件测试；

④软件系统接口的数据交互测试；

⑤管理后台软件测试；

⑥性能、压力与系统稳定性测试，详见图5。

通过管理系统实地测试试验，测试数据表明，管理系统能够满足设计要求，详见表2。

(a)车辆参数监测

(b)发电机组有功功率曲线图 (c)发电机组交流电流曲线图图5 网络化管理系统实测图

表2 网络化管理系统测试数据

4 结论

本文跟踪国外先进技术水平，立足国内技术现状和现实问题，分析和梳理了应急电力车的使用和维修保障要求，提出了车辆故障诊断与健康管理系统的功能需求。 针对这些功能需求，提出了基于互联网平台的车辆故障诊断与健康管理系统的方案构想，并对总体架构、实现功能、软硬件组成、关键技术和测试结果等内容进行了探讨，为后续研究提供了有益的参考[4]。