一种基于物联网的水电站远程自动控制系统
阅读：423发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种基于物联网的水电站远程自动控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 提供了一种基于 物联网 的 水 电 站远程自动控制系统，包括：现地控制层、厂站控制层、互联网控制层以及物联网 云 端服务层；所述现地控制层包括多套现地控制单元，所述现地控制单元用于实现所述物联网云端服务层安全认证接入；所述厂站控制层用于采集 水 力 发电厂 站内各现地控制单元数据信息，并下发控制指令至所述现地控制单元；所述互联网控制层用于查看所述物联网云端服务层内相应设备控制数据信息，并向所述物联网云端服务层发送控制指令操作所述现地控制层内相应现地控制单元动作。本发明可实现多层级、多权限与固定终端、移动终端的联合远程监控，可实现复杂远程控制架构。，下面是一种基于物联网的水电站远程自动控制系统专利的具体信息内容。
1.一种基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，包括：
现地控制层、厂站控制层、互联网控制层以及物联网云端服务层；
所述现地控制层连接所述厂站控制层和所述互联网控制层，所述厂站控制层连接所述及物联网云端服务层和所述现地控制层，所述互联网控制层连接所述现地控制层和所述物联网云端服务层；
所述现地控制层包括多套现地控制单元，所述现地控制单元用于实现所述物联网云端服务层安全认证接入；所述厂站控制层用于采集水力发电厂站内各现地控制单元数据信息，并下发控制指令至所述现地控制单元；所述互联网控制层用于查看所述物联网云端服务层内相应设备控制数据信息，并向所述物联网云端服务层发送控制指令操作所述现地控制层内相应现地控制单元动作。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述厂站控制层与所述现地控制层通过网络设备连接，所述互联网控制层与所述现地控制层之间无物理线路连接，所述物联网云端服务层与所述厂站控制层之间无物理线路连接，所述物联网云端服务层与互联网控制层之间通过互联网网络或移动网络连接。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述物联网云端服务层包括物联网云端平台，所述物联网云端平台包括安全认证接入模块，所述安全认证接入模块用于根据注册信息进行接入认证，并对所述现地控制层采用设备唯一标识码加接入密匙方的式进行接入认证。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述安全认证接入模块还用于对所述互联网控制层采用接入名称加密匙的方式进行接入认证，认证成功后向所述互联网控制层终端发送数字接入凭证，所述互联网控制层内操作终端和移动终端使用该凭证赋予的权限浏览或操作所述物联网云端服务层内的模块及功能。
5.根据权利要求3所述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述物联网云端服务层还包括厂站数据采集模块，所述厂站数据采集模块接收来自所述安全认证接入模块的信息，并根据认证信息和所述厂站数据采集模块所注册的现地控制单元信息，配置所述厂站数据采集模块并创建或暂停或终止对所述现地控制层内现地控制单元信息的收集。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述物联网云端服务层还包括厂站运维模块，所述厂站运维模块用于采集所述数据存储模块内的数据并展示。
7.根据权利要求6述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述物联网云端服务层还包括互联网信息采集模块，所述互联网信息采集模块用于通过所述厂站运维模块推送所述互联网信息采集模块信息至所述互联网控制层并在操作终端和移动终端上展示信息。
8.根据权利要求7述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述物联网云端服务层还包括数据存储模块，所述数据存储模块将接收的信息形成长期保存的历史数据和短期保存的实时数据。
9.根据权利要求8所述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述物联网云端服务层还包括生命周期管理模块，所述生命周期管理模块用于根据电站所属机构组织架构，记录电站设备信息，并判断设备工作状态。
10.根据权利要求9所述的基于物联网的水电站远程自动控制系统，其特征在于，所述物联网云端服务层还包括专家系统模块，所述专家系统模块用于通过人工智能算法，为被控电站快速的创建数字化运行模型和数字化能量模型。
一种基于物联网的水电站远程自动控制系统
技术领域
背景技术
[0002] 水力发电厂(站)生产控制过程经过一段时间的发展已经实现了从传统手动操作到现代化自动化控制模式的转变。随着计算机技术及网路的技术的进步和发展，目前已有部分电站通过架设专用光缆线路或租用卫星专线的方式，将前方生产厂区设备数据及控制信息传入到后方管理区，将原生产区计算机监控室迁移至后方管理区中，实现生产区、管理区和生活区的统一管理，实现后方对前方生产厂区设备的是远程控制，实现远程生产发电。
[0003] 目前水力发电厂的这种远程控制方式可有效降低生产厂区工作人员数量，降低电力生产成本，提高生产效率。但这种方式存在通讯线路不稳定、不可靠、不安全的问题，一旦出现线路遭人为物理性破坏或通讯设备自身故障，将会出现控制中心数据中断、生产区控制信号中断，或存在生产区与后方控制中心失联的风险；同时，如出现通讯线路人为入侵，将出现设备数据安全及设备失控的风险；另外，也存在通讯线路及服务器资源复用率低，建设、维护及租用费用过高的问题。
[0004] 因此，现在亟需一种基于物联网的水电站远程自动控制系统来解决上述问题。
发明内容
[0005] 为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于物联网的水电站远程自动控制系统。
[0006] 第一方面本发明实施例提供一种基于物联网的水电站远程自动控制系统，包括：
[0007] 现地控制层、厂站控制层、互联网控制层以及物联网云端服务层；
[0008] 所述现地控制层连接所述厂站控制层和所述互联网控制层，所述厂站控制层连接所述及物联网云端服务层和所述现地控制层，所述互联网控制层连接所述现地控制层和所述物联网云端服务层；
[0009] 所述现地控制层包括多套现地控制单元，所述现地控制单元用于实现所述物联网云端服务层安全认证接入；所述厂站控制层用于采集水力发电厂站内各现地控制单元数据信息，并下发控制指令至所述现地控制单元；所述互联网控制层用于查看所述物联网云端服务层内相应设备控制数据信息，并向所述物联网云端服务层发送控制指令操作所述现地控制层内相应现地控制单元动作。
[0010] 其中，所述厂站控制层与所述现地控制层通过网络设备连接，所述互联网控制层与所述现地控制层之间无物理线路连接，所述物联网云端服务层与所述厂站控制层之间无物理线路连接，所述物联网云端服务层与互联网控制层之间通过互联网网络或移动网络连接。
[0011] 其中，所述物联网云端服务层包括物联网云端平台，所述物联网云端平台包括安全认证接入模块，所述安全认证接入模块用于根据注册信息进行接入认证，并对所述现地控制层采用设备唯一标识码加接入密匙方的式进行接入认证。
[0012] 其中，所述安全认证接入模块还用于对所述互联网控制层采用接入名称加密匙的方式进行接入认证，认证成功后向所述互联网控制层终端发送数字接入凭证，所述互联网控制层内操作终端和移动终端使用该凭证赋予的权限浏览或操作所述物联网云端服务层内的模块及功能。
[0013] 其中，所述物联网云端服务层还包括厂站数据采集模块，所述厂站数据采集模块接收来自所述安全认证接入模块的信息，并根据认证信息和所述厂站数据采集模块所注册的现地控制单元信息，配置所述厂站数据采集模块并创建或暂停或终止对所述现地控制层内现地控制单元信息的收集。
[0014] 其中，所述物联网云端服务层还包括厂站运维模块，所述厂站运维模块用于采集所述数据存储模块内的数据并展示。
[0015] 其中，所述物联网云端服务层还包括互联网信息采集模块，所述互联网信息采集模块用于通过所述厂站运维模块推送所述互联网信息采集模块信息至所述互联网控制层并在操作终端和移动终端上展示信息。
[0016] 其中，所述物联网云端服务层还包括数据存储模块，所述数据存储模块将接收的信息形成长期保存的历史数据和短期保存的实时数据。
[0017] 其中，所述物联网云端服务层还包括生命周期管理模块，所述生命周期管理模块用于根据电站所属机构组织架构，记录电站设备信息，并判断设备工作状态。
[0019] 本发明实施例提供的基于一种基于物联网的水电站远程自动控制系统，可实现多层级、多权限与固定终端、移动终端的联合远程监控，可实现复杂远程控制架构，并基于物联网通信技术，每个控制单元具有独立的通讯信道，单个控制单元损坏或故障不影响电站内其他设备的正常通信，不会出现大面积控制单元失联，系统具有极强的稳定性。附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1是本发明实施例提供的一种基于物联网的水电站远程自动控制系统结构示意图。
[0022] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0023] 1、现地控制层，2、厂站控制层，3、互联网控制层，4、物联网云端服务层，5、现地控制单元，6、操作终端，7、服务终端，8、显示终端，9、网络终端，10、移动终端，11、安全认证模块，12、厂站数据采集咯快，13、厂站运维模块，14、数据存储模块，15、设备生命周期管理模块，16、专家系统模块，17、互联网信息采集模，18、操作终端。
具体实施方式
[0024] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 图1是本发明实施例提供的一种基于物联网的水电站远程自动控制系统结构示意图，如图1所示，包括：
[0026] 现地控制层、厂站控制层、互联网控制层以及物联网云端服务层；
[0027] 所述现地控制层连接所述厂站控制层和所述互联网控制层，所述厂站控制层连接所述及物联网云端服务层和所述现地控制层，所述互联网控制层连接所述现地控制层和所述物联网云端服务层；
[0028] 所述现地控制层包括多套现地控制单元，所述现地控制单元用于实现所述物联网云端服务层安全认证接入；所述厂站控制层用于采集水力发电厂站内各现地控制单元数据信息，并下发控制指令至所述现地控制单元；所述互联网控制层用于查看所述物联网云端服务层内相应设备控制数据信息，并向所述物联网云端服务层发送控制指令操作所述现地控制层内相应现地控制单元动作。
[0029] 如图1所示，本发明实施例提供的基于物联网的水电站远程自动控制系统包括四个层级：现地控制层1，厂站控制层2，互联网控制层3和物联网云端服务层4。
[0030] 现地控制层1包括不同电站内的1-N数量的现地控制单元，每现地控制单元均配置一个4G通讯端口，厂站控制层2包括不同电站内的1-N数量的操作终端6、1-N数量的服务终端7、1-N数量的显示终端8和1-N数量的网络终端9。
[0031] 具体的，现地控制单元5以移动4G网络端口连接所述物联网云端服务层4，实现现地控制单元5与物联网云端服务4层安全认证连接。发送现地控制单元5数据信息至物联网云端服务层4，接收来自物联网云端服务层4指令并执行指令；接收来自物联网云端服务层4程序文件，并修改所述现地控制单元5程序；接收来自物联网云端服务层4工艺文件，并修改所述现地控制单元5工艺。
[0032] 厂站控制层2设置于水力发电厂站内，通过网络设备9与所述现地控制单元5以太网通讯端口连接，采集水力发电厂站内各现地控制单元5数据信息，通过服务终端7存储、查询、管理所述现地控制单元5信息，通过操作终端6及显示终端8展示各现地控制单元数据信息；通过操作终端6下发控制指令至所述现地控制单元5。
[0033] 互联网控制层3通过互联网络或移动4G网络接入所述物联网云端服务层4，经所述物联网云端服务层4认证通过后可查看所述物联网云端服务层4内相应设备控制数据信息，并可向所述物联网云端服务层4发送控制指令操作所述现地控制层1内相应现地控制单元5动作。
[0034] 在上述实施例的基础上，所述厂站控制层与所述现地控制层通过网络设备连接，所述互联网控制层与所述现地控制层之间无物理线路连接，所述物联网云端服务层与所述厂站控制层之间无物理线路连接，所述物联网云端服务层与互联网控制层之间通过互联网网络或移动网络连接。
[0035] 如图1所示，本发明实施例提供的各个层级之间的连接关系为：述厂站控制层2与所述现地控制层1通过网络设备9连接。所述互联网控制层3与所述现地控制层1之间无物理线路连接。所述物联网云端服务层4与所述厂站控制层1之间无物理线路连接。所述物联网云端服务层4与互联网控制层3之间通过互联网网络或4G移动网络连接。
[0036] 在上述实施例的基础上，所述物联网云端服务层包括物联网云端平台，所述物联网云端平台包括安全认证接入模块，所述安全认证接入模块用于根据注册信息进行接入认证，并对所述现地控制层采用设备唯一标识码加接入密匙方的式进行接入认证。
[0037] 在上述实施例的基础上，所述安全认证接入模块还用于对所述互联网控制层采用接入名称加密匙的方式进行接入认证，认证成功后向所述互联网控制层终端发送数字接入凭证，所述互联网控制层内操作终端和移动终端使用该凭证赋予的权限浏览或操作所述物联网云端服务层内的模块及功能。
[0038] 具体的，安全认证接入模块11根据注册信息进行接入认证。对所述现地控制层1采用设备唯一标识码加接入密匙方的式进行接入认证，认证成功后发送认证信息至所述厂站数据采集模块12和所述厂站运维模块13；对所述互联网控制层3采用接入名称加密匙的方式进行接入认证，认证成功后向所述互联网控制层3终端发送数字接入凭证，所述互联网控制层内操作终端10和移动终端18使用该凭证赋予的权限浏览或操作所述物联网云端服务层4内的模块及功能。安全认证接入模块11检测接入行为，判断有效性接入和检测恶性接入并采取处理措施。
[0039] 在上述实施例的基础上，所述物联网云端服务层还包括厂站数据采集模块，所述厂站数据采集模块接收来自所述安全认证接入模块的信息，并根据认证信息和所述厂站数据采集模块所注册的现地控制单元信息，配置所述厂站数据采集模块并创建或暂停或终止对所述现地控制层内现地控制单元信息的收集。
[0040] 具体的，厂站数据采集模块12接收来自所述安全认证模块11的信息。根据认证信息和所述厂站数据采集模块12所注册的现地控制单元信息，配置所述厂站数据采集模块12并创建或暂停或终止对所述现地控制层1内现地控制单元5信息的收集。厂站数据采集模块12采集、存储所述现地控制层1周期性实时数据信息。厂站数据采集模块12采集、存储所述现地控制层带时标突发数据信息。厂站数据采集模块12采集、存储所述现地控制层带时标历史数据信息。厂站数据采集模块12发送现地控制单元程序文件至现地控制层1。厂站数据采集模块12发送现地控制单元工艺文件至现地控制层1。厂站数据采集模块12发送信息至安全认证接入模块11、厂站数据运维模块13、数据存储模块14、专家系统模块16。
[0041] 在上述实施例的基础上，所述物联网云端服务层还包括厂站运维模块，所述厂站运维模块用于采集所述数据存储模块内的数据并展示。
[0042] 具体的，厂站运维模块13采集所述数据存储模块14内的数据，以静态文字、图形、图像、报表或动态图形图像的方式展示数据。接受人机操作，形成设备操作指令，通过所述安全认证接入模块11验证指令，通过所述厂站数据采集模块12发送指令至所述现地控制层1，完成对所述现地控制层1监视和控制。厂站运维模块13获取现地控制单元程序文件、工艺文件，发送到所述厂站数据采集模块12。
[0043] 在上述实施例的基础上，所述物联网云端服务层还包括互联网信息采集模块，所述互联网信息采集模块用于通过所述厂站运维模块推送所述互联网信息采集模块信息至所述互联网控制层并在操作终端和移动终端上展示信息。
[0044] 具体的，互联网信息采集模块17根据关键字采集、存储、整理来自互联网的信息。通过所述厂站运维模块13推送所述互联网信息采集模块17信息至所述互联网控制层3并在操作终端10和移动终端18上展示信息。
[0045] 在上述实施例的基础上，所述物联网云端服务层还包括数据存储模块，所述数据存储模块将接收的信息形成长期保存的历史数据和短期保存的实时数据。
[0046] 具体的，数据存储模块14接收来自厂站数据采集模块12的信息，分类整理、分类存储，形成长期保存的历史数据和短期保存的实时数据。
[0047] 在上述实施例的基础上，所述物联网云端服务层还包括生命周期管理模块，所述生命周期管理模块用于根据电站所属机构组织架构，记录电站设备信息，并判断设备工作状态。
[0048] 具体的，设备生命周期管理模块15根据电站所属机构组织架构，记录电站设备信息，标记设备使用周期、维护周期，建立设备电子档案。通过采集所述数据存储模块14采集的数据，检测、计算所述现地控制层1设备数据，判断设备工作状态。通过所述厂站运维模块13推送所述设备生命周期管理模块信息至所述互联网控制层3并在操作终端10和移动终端
18上展示信息。
18上展示信息。
[0049] 在上述实施例的基础上，所述物联网云端服务层还包括专家系统模块，所述专家系统模块用于通过人工智能算法，为被控电站快速的创建数字化运行模型和数字化能量模型。
[0050] 具体的，专家系统模块16通过人工智能算法，为被控电站快速的创建数字化运行模型和数字化能量模型。并以所述数据存储模块14采集的数据为基础不断刷新模型，达到自我学习、自我进化的人工智能特性。通过所述厂站运维模块13推送所述专家系统模块16演算结果至所述互联网控制层3并在操作终端10和移动终端18上展示信息。
[0051] 那么针对本发明实施例提供的基于物联网的水电站远程自动控制系统，具体的实现步骤如下：
[0052] 1)物联网云端控制平台需要部署在互联网且有固定IP的云平台或专用计算机系统上；现地控制单元布置在水力发电厂(站)内；本系统所述厂站控制层布置在水力发电厂(站)内；本系统所述互联网控制层操作终端可布置在具有互联网宽带接口的任何地点，移动终端可布置在具有移动4G或5G通讯端口的移动设备内。
[0053] 2)根据电站隶属组织架构关系在厂站运维模块内配置电站组织架构。配置电站人员信息，配置人员账号、密码、岗位角色，配置电站现地控制单元信息，生成设备唯一标识码，配置设备工作程序，配置设备工艺文件，建立电站实时数据采集信息，建立电站突发数据采集信息，建立电站历史数据记录信息及配置平台使用权限。
[0054] 3)根据远程控制要求在厂站数据采集模块内配置周期数据采集通道、突发事件采集通道、历史数据采集通道、对时通道、程序文件下发通道、工艺文件下发通道。
[0055] 4)根据远程控制要求在安全认证接入模块内配置现地控制单元容许接入、暂停、禁止接入信息；厂站运维模块以权限信息生成数字操作凭证，安全认证接入模块根据数字凭证限制终端访问、操作范围。
[0056] 5)启动物联网云端控制平台相关服务模块程序，建立接入安全认证服务，建立现地控制单元数据采集服务，建立厂站运维服务。
[0057] 6)设置现地控制单元唯一标识,开启物联网通讯端口NET2。网络接通后，现地控制单元物联端口访问物联网云端控制平台互联网公网IP，携带唯一标识，经通讯数据加密后发送，请求安全认证接入模块进行接入认证。经数据解密和唯一标识比对后，批准或禁止该接入请求。认证不成功将主动中断该认证接入。多次认证不成功将标记该认证求，并在系统内发送告警。所有接入认证请求记录在日志文件中，以备后期查阅。
[0058] 7)认证成功，安全认证模块发送认证接入信息至厂站数据采集模块。根据预先配置程序厂站数据采集模块创建周期数据采集服务、突发事件采集服务、历史数据采集服务、对时服务、程序文件下发服务、工艺文件下发服务并调用数据存储模块保存相关实时数据和历史数据。
[0059] 8)认证不成功，安全认证模块发送认证失败信息至厂站数据采集模块。根据预先配置程序厂站数据采集模块暂停或销毁周期数据采集服务、突发事件采集服务、历史数据采集服务、对时服务、程序文件下发服务、工艺文件下发服务并清理相关实时数据。
[0060] 9)互联网控制层操作终端和移动终端通过互联网或移动4G网络接入物联网云端控制平台。安全认证接入模块接收操作终端和移动终端的接入认证请求，经数据解密和用户注册信息比对后，批准或禁止该接入请求。认证成功，发送认证信息至厂站运维模块，厂站运维模块根据用户请求的信息，提供显示或操作功能。认证不成功将主动中断该认证接入。多次认证不成功将标记该认证请求，并在系统内发送告警。所有接入认证请求记录在日志文件中，以备后期查阅。
[0061] 10)认证通过后，操作终端和移动终端向物联网控制平台请求功能页面。厂站运维模块根据请求调用模块内部功能页面或调用数据存储模块、互联网信息采集模块、设备生命周期管理模块、专家系统模块功能页面，并发送页面至操作终端和移动终端。
[0062] 11)认证通过后，操作终端和移动终端在一个周期时间内未进行功能请求，安全认证模块终止终端连接，操作终端和移动终端退出认证状态，退出物联网云端控制平台。
[0063] 12)厂站控制层内操作终端、服务终端、显示终端通过网络终端与现地控制单元NET1连接。操作终端安装工业组态软件，配置组态操控画面，采集电站内各现地控制单元数据信息，以文字、数据、图形和动画的方式展示设备运行数据及状态，发送操作指令，操作设备动作，执行控制功能。服务终端存储操作终端形成的历史数据。操作终端可查阅、编辑历史数据。显示终端可查阅操作终端和服务终端数据以大屏幕显示设备运行数据及状态。
[0064] 通过上述12个步骤能够实现基于物联网的水电站远程自动控制系统的基本方式，通过上述方案能够不架设或租用专用通信线路实现远程通信，大幅降低初期系统建设费用。还可以无需专人维护通讯线路，大幅降低后期系统维护费用。
[0065] 本发明实施例基于物联网通信技术，每个控制单元具有独立的通讯信道，单个控制单元损坏或故障不影响电站内其他设备的正常通信，不会出现大面积控制单元失联，系统具有极强的稳定性。可在任何地点为水力发电站建立控制中心或集控中心，不受地理位置的限制，系统框架上具备极大的灵活性。
[0066] 本发明实施例提供的电站控制单元安全接入与控制，层级间通信采用唯一标识和专用密匙交混合验证方式进行认证，系统具有积强的安全性。可实现多层级、多权限与固定终端、移动终端的联合远程监控，可实现复杂远程控制架构。
[0067] 本发明实施例提供的所述物联网云端服务层采用多机冗余和集群计算架构，具有海量的数据吞吐能力和强大的数据计算能力，可接入海量的所述现地控制层现地控制单元和所述互联网控制层终端。
[0068] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行每个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0069] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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