城市中水无人值守销售终端智能在线监测

第一篇：城市中水无人值守销售终端智能在线监测

城市中水无人值守销售终端智能在线监测

一、项目背景及意义

随着城市化的进展，城市的中水的生产及利用越来越快，中水被广泛利用于，城市绿化、城市清洁喷洒、城市景观蓄水、车辆清洁等行业。因此，在城市中，分布着与自来水、排污水管道并行的中水管道。中水作为水资源之一，也需要有偿提供，城市中水销售终端一般具备如下特点：终端安装在户外交通便利地方、IC卡记账自助型终端，太阳能供电，图像监控，在线式无线通讯方式。

二、终端工作原理

如图所示，终端的供电系统，由太阳能支持，在中水管道上，安装受IC卡控制的电磁阀门及流量计，将其连接至IC控制终端，该终端连接至HX-SJ/GPRS-P无线GPRS智能在线数据传输终端，所有销售数据、设备数据均通过无线GPRS通道传输至中控室，现场所有场景过程，均通过3G网络，将图像传输至中控室。

三、系统特点 1． 2． 3． 4． 5． 6． 太阳能供电，绿色环保，不受有线供电线路限制。IC卡售水，方便用水单位，插卡售水，拔卡记账。无线GPRS实时监测，设备数据、取水数据及时上传。无线3G网络图像监控，现场活动一目了然。无线远程遥控，应急时刻，可切断水源。

上位机服务器，采用LINUX操作系统开发，具有抗病毒、成本低的特点。7． 上位机服务器，采用高可靠性设计，系统冗余性强，可在服务器断网络后，自动恢复远端返回数据。

第二篇：基于音频识别的无人值守变电站设备在线监测

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基于音频识别的无人值守变电站设备在线监测

作者：曹文明 王耀南

摘要：介绍了无人值守变电站主设备音频在线监测系统的原理与结构，然后重点介绍音频数据的监测与识别过程.首先系统利用传感器采集变电站设备的音频信号，数据采集器把多路音频数据传至监控主机，音频数据经频谱分析和处理后提取到MFCC特征参数作为信号特征，再把特征参数输入正弦基神经网络进行识别，实现高效、准确地判断电气设备运行状态或故障类型.该方法从根本上改进了以往人工监听电气设备判断故障的方法，提高了设备故障检测效率，为及时发现和处理设备故障提供了帮助.关键词：音频识别； 在线监测； 故障识别； 无人值守变电站

中图分类号：TN912 文献标识码：A

随着电网建设的发展和安全要求的提高，变电站建设正朝无人值守或少人值守的方向发展.目前，无人值守变电站主要倾向于向“五遥”方向发展（遥测、遥信、遥控、遥调、遥视）[1-2]，利用视频监控系统，变电站中已逐步实现了“遥视”功能，但对于运行设备内部声音的监测却没有得到重视，已开发的成套设备也非常少[3]，针对电力设备运行状态的智能化音频识别系统就更少了.电力设备在运行过程中会发出各种声音，从声音变化强弱可以判别设备的运行状态，甚至故障类别[4].例如，10 kV配电变压器正常运行时，有较轻微均匀的“嗡嗡”声，这是铁心自振的正常现象.如果变压器突然出现异常的声音，原因是多方面的，可从以下几个方面考虑：1）若声音比平常听起来沉重，说明此时变压器过负荷；2）若声音比平常尖锐，说明电源电压过高；3）当变压器内部铁心结构松动时，便会出现乱而嘈杂的声音；4）当变压器出现爆裂声时，表明线圈或铁心绝缘有击穿现象；5）当跌落式熔断器触头接触不好、分接开关触头接触不良，以及其他外电路上有故障时，也会引起变压器声音的变化.为了判断变压器故障类型，变电站值班人员常用绝缘棒的一端放在变压器的油箱上，另一端放在耳边仔细听声音.该方法虽然操作简单，但无法实现远程的连续的在线检测，与无人值班变电站的发展趋势不相符；同时还要求检测人员具有丰富的实际经验，给判断的准确性带来了不稳定因素.为了全面掌握变电站实时运行情况、及时发现故障设备[5]，并做出科学的决策和处理，有必要研究一种无人值守的设备音频监控新方法，通过监测设备运行时的声音信号，对设备运行状态进行在线监测.并且注意与变电站现有监控系统相配合，从多方面掌握设备实际运行情况，优化变电站系统的管理，对提高设备的检修效率、可靠性，延长设备使用寿命都有重要的现实意义.1音频监测原理与系统结构

1.1电气设备音频监测原理

无人值守变电站设备音频检测系统主要用于检测变压器、电容器、电抗器、GIS（气体绝缘开关）等主设备运行时的声音信号.如图1所示，多路音频信号经

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传感器采集、滤波、放大、AD转换，传送至单片机数据处理器，经数据处理后，由现场总线把音频数据传至变电站监控主机（IPC）上，经音频频谱分析、提取到音频特征参数，再用神经网络识别该音频特征，根据音频特征向量输出该设备所处的状态和故障类型，并且监控主机根据判断结果做出报警或采取其它措施进行故障处理.1.2电气设备音频监控系统结构

变电站无人值守设备音频监控系统结构如图2所示，系统硬件由声音信号采集模块（由声音传感器、现场总线、数据收集器构成）、故障类型判别模块（变电站主机）和人机交互模块（集控站主机）和电源模块组成.首先，在变电站需要监测的电气设备上安装了多个声音传感器（如图1所示）.每个数据采集器负责多路音频数据的采集；然后数据收集器负责收集某个站点多个数据采集器的音频数据，并上传至站点监控主机.变电站监控主机根据设备故障状况和设备优先顺序，分时处理多路音频数据.对音频数据进行变换和频谱分析、提取音频数据的特征向量，然后把特征向量输入训练好的神经网络进行识别，判断发出该音频数据的设备运行状况和故障类型，并根据判断结果采取警报或其它控制措施.集控站主机位于变电站集控中心，通过以太网与各变电站主机进行远程通信，是工作人员与各变电站音频监控系统进行人机交互的平台，可方便地对多个无人值守变电站点进行远程的集中监管.集控站工作人员利用服务器保存的历史记录，不但可查询任一指定站点的设备当前和过去的音频数据，还可通过集控站的数据汇总分析，绘制出一段时间来某个电气设备的波形和频谱幅度变化曲线图，方便工作人员综合分析该设备的变化情况.另外，集控中心还可结合集控站其他非音频监控系统的信息，对某个变电站设备状态进行全面分析，更加准确地判断它的运行状态，确保设备安全稳定运行.集控主机主要功能如图3所示.2系统关键技术实现

2.1音频数据采集器

数据采集器是实现变电站设备无人值守音频监控的重要部件，它负责电气设备音频数据的处理和初步判断，内部结构如图4所示.数据采集器对声音传感器采集声音信号的处理包括：信号放大、低通滤波、模数转换、声音压缩、信号初步判断、串行通信等处理过程.核心处理器为凌阳SPCE061A型音频处理机，该处理器集成了信号放大、模数转换、串行通信接口等部件，具有强大的声音处理能力，适合本项目音频信号的处理.SPCE061A型单片机IO端口的IOB7和IOB10可以从通用IO口设置为串行通信口（UART），为RS422通信提供了硬件条件.串行通信口的波特率从1 500 bps到51 200 bps（51.2 Kbps）可调，通信速度能够满足状态监控的要求.为了实现多机通信，每个音频数据采集器均有自己的一个地址.通过单片机读取7个IO的二进制编码，实现采集器的地址编码，数据收集器根据这个地址编码轮询各数据采集器，实现与各监测点的多机通信.转自发表吧论文范文发表论文发表

为了减少上层服务器对音频数据的计算和处理，底层的数据采集器还需对采集的音频数据在本地进行简单的故障预判断，通过预判断提前发现所采集的音频是否属于故障音频.其基本原理是：首先对典型故障音频进行特征统计，并把统计结果保存在本地数据库中，然后把当前音频数据特征快速与故障音频特征进行比对.例如，当出现音频信号的幅度明显过高、过低、噪声信号过大等情况时，就能快速判断其属于故障音频.对于这些异常情况，数据采集器马上将判断结果通过RS485总线发送给数据收集器，再经数据收集器告知监控主机.经数据采集器预判断不属于故障音频的数据，还需上传至监控主机作进一步分析.当数据采集器收到监控主机发出监听某个设备的要求时，立即将该设备的声音数据进行压缩和编码传输给数据收集器.数据收集器利用串口服务器，把RS485协议数据转换为TCP/IP协议的网络数据与监控主机进行通信，把音频数据传输到监控主机后完成进一步的判断处理.2.2设备运行状态判别模块

设备运行状态判别模块是变电站音频监控系统的核心模块，基本判断过程如图5所示.监控主机对上传的音频数据进行频域变换、频谱分析，提取音频信号的MFCC（Mel Frequency Cepstrum Coefficient，即Mel频率倒谱系数）特征参数[6]，然后把特征向量输入训练好的正弦基神经网络进行计算，判断出该音频数据表征的设备运行状态，同时监控主机根据判断结果做出相应控制和处理，保证设备安全运行.2.2.1音频信号特征提取

有效提取语音特征是识别语音的关键.人的内耳基础膜对外来信号会产生调节作用，它实质上充当了一个滤波器组，具有在嘈杂的环境中以及各种变异情况下仍能正常地分辨出各种语音的功能，即使信噪比降低时它仍有较好的识别性能.Mel频率就是基于人耳听觉这一特性提出来的[7]，它与Hz频率成非线性对应关系；而且MFCC算法还模拟人耳滤波器功能设计了听觉前端滤波器组模型，这样计算的结果能很好地体现音频信号的主要信息，所以MFCC提取的音频参数广泛地应用于语音识别[8]、音频分类和检索领域[9].本项目也是通过提取电气设备声音的Mel频率倒谱特征参数作为判断识别的特征参数，Mel频率倒谱系数的参数提取步骤如下.2.2.3音频特征识别器的训练

利用神经网络对音频数据进行自动分类，首先需要收集各种电气设备良好和故障状态下的音频数据进行训练.在变电站设备中采集m个音频信号的样本，经MFCC算法分别提取m个样本的特征参数，作为该状态的训练样本.每个特征参数是含有N个元素的向量，根据神经网络的模型及权值修正方法，设计了如下训练方法.3实验与仿真

3.1实验设备介绍

无人值守变电站的音频监控系统已在河南省信阳供电公司220 kV沙港集控

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中心和110 kV工业城变电站试运行，且沙港集控中心离工业城变电站相距50 km.系统设备包括：集控站主机1台、变电站主机2台、数据采集器8个，还有端子箱、配电箱、交换机、通讯电缆等.集控站主机设在信阳供电公司220 kV沙港集控中心，其余主要设备安装在信阳供电公司110 kV工业城变电站.到目前为止，音频监控系统性能稳定、运行良好，其安装现场如图7所示.由图13可知，变压器音频信号的频率主要集中在50～500 Hz，主要原因是变压器铁心振动产生的声音集中在5个频率范围.实验表明：不同运行状态下的音频信号，幅频图的频率峰值和幅度明显不同，所以有必要根据这个特点设置MFCC计算的初始条件，提取稳定可靠的音频信号特征作为识别的根据.3.2.2变压器音频信号特征提取

利用Matlab计算主变压器音频数据的MFCC特征参数，结果如图14所示.当变压器处于同一工作状态时，其声音具有持续稳定的不变性，而且不同时期获得同一状态的MFCC特征曲线具有相似性，如图15所示.3.2.3正弦基神经网络识别分类

选取前面所述变压器5种状态下的音频数据各2 000组共10 000组（采样频率为8 kHz）.首先从每种状态中随机抽取1 500组共7 500组进行神经网络训练，将每种状态剩下的500组特征向量作为测试数据，进行正弦基神经网络识别测试，得到变压器各种状态的正确识别率如表1所示.4结论

监听电气设备运行时发出的声音信号能有效发现设备异常情况，及时采取措施隔离和消除故障，避免事态扩大.本文提出一种利用神经网络准确识别音频特征、判断设备故障类型的方法，从根本上改进了传统人工监听设备、判断故障的方法，提高了电气设备故障检测水平，丰富了无人值守变电站的设备在线监测和检修技术，在未来的智能电网建设中具有重要的应用价值.参考文献

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第三篇：VPN 技术在城市污水泵站无人值守系统中的应用

摘 要本文简单介绍了烟台市套子湾污水处理厂泵站无人值守自控项目，根据污水处理厂中控室和泵站通讯要求，详细分析了各种通讯方案的优劣，介绍了vpn技术在泵站无人值守自控设计中的应用。

【关键词】vpn通讯 污水泵站 无人值守

城市污水提升泵站是收集污水的中转站，城市污水通过污水管道汇集到提升泵站，提升泵站再把污水集中输送给污水处理厂集中处理。目前我国大部分城市污水提升泵站都是工人手动控制，消耗大量的人力资源。实现城市污水提升泵站无人值守，其中一个关键技术就是通讯问题，本文通过一个项目，详细介绍了vpn技术在污水提升泵站无人值守自控项目中的应用。项目介绍

该项目位于山东省烟台市套子湾污水处理厂，该系统设有一座中央控制总站和三座控制分站，主站和各个分控站之间以vpn（虚拟专用网络）网络通讯。总站设在污水处理厂中控室内，分站分别设在要监控的三个泵站内。操作员在中控室实时监控污水泵站设备运行。

以中控室和一个泵站系统设计为例，整个系统结构层次如图1所示。

vpn在泵站改造中的应用

2.1 vpn简介

2.2 vpn技术与优势

系统的数据采集网络按无线方式和有线方式分为两大类，通信媒质通常有表1中的几种供选择。

根据实际需求，从数据规模、数据密度、带宽要求、运行成本等几方面考虑，vpn在各方面都比较适中，适应性也最强，性价比最高。

2.3 vpn网络连接用到的核心设备

根据系统要求，典型的vpn网关产品需要具有以下性能：

（1）设备应集成防火墙的功能。

（2）设备需要有一个开放的架构。

（3）设备需要提供第三方产品的接口。根据要求，该项目选用了奥联star66和plc采用西门子cpu315-2dp。

vpn功能：具备ipsec、l2tp/pptp等vpn功能，他们可结合使用。允许l2tp/pptp/ipsec esp透明通过，支持ipsec nat穿透。支持客户端或服务器工作模式，支持动态地址构建vpn隧道，可实现网关到网关的连接。最多可配置16条vpn隧道，并发10条。

防火墙功能：防火墙策略可以实施到任何一个接口上。能防止入侵，防止dos攻击。

业务管理：提供多种类型的业务策略，实现对局域网中各工作组用户及个人用户上网权限和上网时间的控制。

流量控制：可提供基于cbq算法的ipqos功能，能为指定主机或服务预留带宽、限制最高带宽，也能实现平均分配带宽，特别适合语音和数据混合的网络。

管理和监控：提供图形界面和命令行两种诶之和管理方式；可动态监控和管理内网主机的上网行为，同时发现异常主机；提供标准的snmp接口和系统日志功能；提供远程管理和监控功能。

2.4 网络带宽租用

由于中控室总站和泵站分站有大量的视频数据要传输，所以对网络带宽要求比较高。

在本项目中，污水处理厂中控室线路租用中国电信20m光纤，独立ip，中控室和泵站采用vpn通讯方式。下设各个泵站带宽租用中国电信6m光纤，泵站与厂内中控室采用vpn通讯方式。

目前该项目已于2014年投入使用，运行良好，人员配备由原来的6人三班倒变为每三天过去维护一次，大大节约的人力资源。结束语

中控室总站和泵站分站的通讯系统是整个泵站自动监控系统中的一部分。通过比较各种通讯方案，采用vpn--虚拟专用网是在各方面都比较适中，适应性也最强，性价比最高。

第四篇：污水处理厂中水回用和在线监测工程初验监理汇报

子洲县污水处理厂中水回用和在线监测工

程初验监理汇报

各位领导、专家、同仁：

感谢各位今天参加子洲县污水处理厂中水回用和在线监测工程初步验收，借此机会首先对各位平时给予的支持与帮助表示衷心感谢。我公司受子洲县水务有限公司的委托，对子洲县污水处理厂中水回用和在线监测工程监理，在展开监理工作以来，我方严格遵守国家法律、法规和各项规章制度。本着为业主服务的思想理念，严格按照设计要求个工程有关标准、规范进行监理。在此我代表榆林市兴榆水利水保工程监理有限公司子洲县污水处理厂中水回用和在线监测工程项目部向各位做监理评估汇报。

一、在监工程概况

1、工程名称：子洲县污水处理厂中水回用和在线监测工程

2、建设地点：子洲县污水处理厂厂区(梁渠)

3、工程规模：3000m3/d

4、建筑结构与层次：土建、设备、工艺管道、市政、自动化仪表及设备

（其中包括回用水池、回用水提升泵房、废水缓冲池、曝气生物滤池（BAF）、格栅井、配电间厂区道路等配套工程）

5、工程造价：约1141.92万元。

6、质量控制目标：合格标准

7、进度控制目标：180日历天，计划2012年5月18日开工

8、投资控制目标：总监与业主协商控制

9、招标单位：子洲县水务有限公司

二、监理组织机构

根据工程特点及规模，我公司委派了2名同志参与工程监理工作。在监理过程中，公司多次组织巡回检查，督促监理工作。总监理工程师对项目监理部的具体情况，制定了相关的管理制度，要求现场监理人员每天对各自分管的区域进行现场巡视检查，及时记录监理日记。并对巡视检查、审核和验收发现问题提出整改意见，并对整改情况进行复查、督促落实。似的监理目标的实现有了可靠地组织保证。

三、监理工作情况

1.工程质量控制 ①监理前期准备工作

开工期，我方按照业主要求对承包方的各种资质进行了审查，要求施工单位全面熟悉设计文件，会同建设单位进行了图纸会审，对施工中难点及注意各项进行充分协商。

根据工期及现场实际情况，全面、认真审核施工单位编制的施工组织设计，重点核查人员配备、机械设备、材料采购、进度计划的编制和重要部位的施工作业工艺，各因素之间是否合理，是否满足合同要求。

工程使用的原材料、成品、半成品，由业主单位选定生产厂家，监理主要核查出厂合格证及材质化验单等原始凭据，对有复核要求的材质意识复核，合格后方可使用。

对有关实验测试项目，监理人员实行了取样、送样见证制度，确保实验结果真实、可靠、正确指导施工生产。

②施工过程中质量控制

在施工过程中，我们着重抓了一下几个方面的工作：一是要求施工单位建立健全质量保证体系，完善质检措施，每到工序质量都有专业人员负责，专人检测，责任落实到人，在自检合格的基础上，建立安装规范要求进行一定频率的抽查。对不合格的工序随时进行补救，甚至返工，直至合格。二是严把材料质量关，对于本工程的各种材料均进行见证取样，对不符合要求的材料杜绝进场使用，对现场材料随时抽查，对重要部位和关键部位，重要工序和关键工序，实行跟踪旁站，严格按照设计及规范要求施工，坚持上一道工序不合格不得进行下道工序施工。

质量检验评定每道工序完工后，我们都会同甲方代表及时给予检查验收，凡达不到标准和设计要求进行整改，最后对工序质量予以确认，坚持上一道工序不合格不得进行下道工序的原则。对隐蔽工程必须各方检查验收无误后才能隐蔽，关键部位实现旁站监督，一般工序采用平行交叉检查，严格执行分项工程验收制度和规程。

四、工程分部质量监理评定

本工程共设1个单位工程，9个子单位工程，37个分部工程，136个分项工程，质量评定全部合格，同意通过初步验收。

子洲县污水处理厂中水回用和在线监测工

程初验监理汇报

榆林市兴榆水利水保工程监理有限公司 子洲县污水处理厂中水回用和在线监测工程监理部

二零一三年一月十七日