基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统及方法与流程

1.本发明涉及开关柜控制领域，特别是涉及一种基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统及方法。


背景技术：

2.6kv高压开关柜在电力系统运行过程中起到了非常重要作用，一旦因操作不当就会造成线路停电，严重时还会造成人身伤亡事故。随着经济及技术的发展，6kv开关柜的安全性与质量得到明显提升，但是在日常运行、操作过程中，仍旧存在相应的问题，需要采取更加合理的解决措施。特别是目前存在的操作安全隐患，尤其严重，每年因操作不当、马虎大意、操作人精神状态不佳、操作票与操作不规范、安全监管不到位等导致的事故屡见不鲜、比比皆是、数不胜数，对企业、家庭造成了很大伤害，也造成了巨大经济损失。
3.目前市场上的智能开关柜，主要是通过机械方面的保护来实现在通电状态下不能打开开关柜门达到安全操作的目的，但是在智能开关柜处于接地状态，并且打开柜门进行操作的过程中，操作者仍旧可以利用专用扳手插入操作孔，以转动操作轴，将智能开关柜切换至通电状态，并且由于对人员健康状态、精神状态无法监测，对操作步骤无法监控，从而产生安全隐患，未能从根本上解决安全隐患的问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统及方法。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统，包括：
7.智能手环，用于检测现场操作人员的健康指数数据；
8.手机客户端，与所述智能手环无线连接，用于获取所述健康指数数据，用于生成操作票，并用于根据所述健康指数数据和所述操作票生成控制请求；
9.开关柜服务器，与所述手机客户端网络连接，用于提供操作票信息，并用于根据所述控制请求生成控制指令，还用于当所述健康指数数据中存在超标数据时生成报警信号；所述操作票信息包括：操作人员的工作时间信息、操作人员的地点信息和操作人员的sim信息；
10.开关柜门锁控制器，与所述开关柜服务器无线连接，用于根据所述控制指令控制开关柜门锁的开闭，还用于在完成开关柜门锁的开闭操作后向所述开关柜服务器发送反馈信息。
11.优选地，所述手机客户端为基于android智能操作系统的智能手机。
12.优选地，所述开关柜服务器包括：
13.内部数据库，用于存储用户表、健康指数数据、操作票、开关柜表、开关柜门锁表、权限表、操作记录表、时区表、异常情况表中的一个或多个；
14.审批平台，与所述内部数据库和所述手机客户端网络连接，用于根据所述控制请求生成控制指令。
15.优选地，所述内部数据库为sqlite数据库。
16.优选地，所述开关柜门锁控制器包括：单片机、gsm模块、电源模块和输出模块；
17.所述单片机通过串口与所述gsm模块连接；所述电源模块分别为所述单片机、所述gsm模块和所述输出模块提供电能；所述输出模块和所述单片机电连接。
18.优选地，所述单片机为stc89s52单片机。
19.优选地，所述gsm模块为gsm通信tc35模块。
20.对应于上述提供的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统，本发明还提供了以下实施方法：
21.一种基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制方法，应用于上述的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统；所述安全操作控制方法包括：
22.获取健康指数数据和操作票；所述健康指数数据包括：心电监测、心率监测、血压监测、血氧监测、疲劳监测和hrv健康指数；
23.根据所述健康指数数据和所述操作票生成控制请求；
24.根据所述控制请求生成控制指令；
25.根据所述控制指令控制开关柜门锁的开闭。
26.优选地，还包括：
27.获取操作人员的用户注册信息；所述用户注册信息包括：用户身份信息、用户登录账号和用户登录密码；
28.根据所述用户注册信息对所述操作人员进行信息认证。
29.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
30.本发明提供的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统和方法，通过采用智能手环获取的健康指数数据识别监测操作人的精神状态和健康状态，以对人身安全起到基本保护。通过采用手机客户端和开关柜服务器来实现操作设备与操作票、操作人间相互识别的功能，以实现对操作设备、操作任务与操作人间的相互监控和保护，进而防止操作人误操作、漏操作、错操作的问题出现，真正从根本上解决了现有开关柜存在的安全隐患问题。
附图说明
31.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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明提供的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统的结构示意图；
33.图2为本发明实施例提供的手机客户端的操作流程图；
34.图3为本发明实施例提供的开关柜服务器的结构示意图；
35.图4为本发明实施例提供的开关柜服务器的操作流程图；
36.图5为本发明实施例提供的开关柜控制器的结构示意图；
37.图6为本发明实施例提供的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制方法的流程图。
具体实施方式
38.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
39.本发明的目的是提供一种基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统及方法，以从根本上解决现有开关柜存在的安全隐患问题。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.如图1所示，本发明提供的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统，包括四个部分：智能手环(监测部分)、手机客户端(遥控部分)、开关柜服务器以及开关柜控制器(执行部分)。
42.智能手环，用于检测现场操作人员的健康指数数据。其中，健康指数数据主要包括心电监测、心率监测、血压监测、血氧监测、疲劳监测和hrv健康指数。
43.手机客户端，与智能手环无线连接，用于获取健康指数数据，用于生成操作票，并用于根据健康指数数据和操作票生成控制请求。
44.开关柜服务器，与手机客户端网络连接，用于提供操作票信息，并用于根据控制请求生成控制指令，还用于当健康指数数据中存在超标数据时生成报警信号。具体的，开关柜服务器对操作人的健康指数数据进行分析、实时监测，并对超标数据报警。其中，操作票由手机客户端通过internet访问开关柜服务器并按操作票要求、规范、模板填写相应的操作票申请。操作票从开关柜服务器中获取操作票信息。对操作票信息分析得到开关柜门锁授权信息。根据开关柜门锁授权信息对操作人员的开关柜门锁控制器进行授权。操作票信息包括：操作人员的工作时间信息、操作人员的地点信息和操作人员的sim信息。开关柜门锁授权信息包括：操作人员的工作的起止时间、工作涉及的开关柜编号和工作人员的身份信息。对操作人员的开关柜门锁控制器进行授权包括：授权操作人员在起止时间内打开、关闭开关柜的编号。
45.开关柜门锁控制器，与开关柜服务器无线连接，用于根据控制指令控制开关柜门锁的开闭，还用于在完成开关柜门锁的开闭操作后向开关柜服务器发送反馈信息。
46.开关柜服务器利用手机内置的gsm通信功能，和开关柜端的开关柜门锁控制器通过特定格式的短信进行通信。
47.基于上述具体结构，本发明提供的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统的具体实施原理为：
48.用户带上智能手环，打开手机上的手机客户端中的app(应用程序)后，操作票申请、选择需要控制的开关柜的具体开关柜门锁，通过internet访问开关柜服务器，发出控制请求。开关柜服务器(可以为智能手机)收到用户发来的控制请求后，访问内部的数据库，判
断请求的权限状态后，通过gsm(全球移动通信系统)向开关柜控制器发出控制指令。开关柜前端的开关柜控制器接收到开关柜服务器发出的相关指令后，开关柜控制器相应地控制相关的门锁。手机客户端对操作票中的内容、步骤进行语音提示，并对各个环节完成情况确认，以及对于重要环节的完成情况向开关柜服务器传送并发送控制请求，并接收来自开关柜服务器的反馈信息，再进行下步工作。手机客户端中所有工作完成后，向开关柜服务器传送并发送控制请求，并接收来自开关柜服务器的反馈信息，关闭开关柜门锁，操作完成。
49.其中，操作票中的内容、步骤进行语音提示和各个环节完成情况确认，由手机客户端的相关小程序完成，对于重要环节的完成情况向开关柜服务器传送并发送控制请求，并接收来自开关柜服务器的反馈信息，再进行下步工作。操作票中所有工作完成后，向开关柜服务器传送并发送控制请求，并接收来自开关柜服务器的反馈信息，关闭开关柜门锁，操作完成。
50.进一步，上述开关柜服务器包括：内部数据库和审批平台。并且开关柜服务器用于在接收到用户发来的控制请求后访问内部数据库，并在做出请求权限状态判断后通过gsm向开关柜控制器发出控制指令。
51.其中，内部数据库，用于存储用户表、健康指数数据、操作票、开关柜表、开关柜门锁表、权限表、操作记录表、时区表、异常情况表中的一个或多个。
52.审批平台，与内部数据库和手机客户端网络连接，用于根据控制请求生成控制指令。
53.本发明采用的内部数据库优选为sqlite数据库。
54.进一步，上述开关柜门锁控制器包括：单片机、带有sim卡的gsm模块、电源模块和输出模块。开关柜控制器用于在接收到开关柜服务器发出的控制指令后，控制操作相应的门锁，并在完成相应的操作后向开关柜服务器发送反馈信息。
55.其中，单片机通过串口与gsm模块连接。电源模块分别为单片机、gsm模块和输出模块提供电能。输出模块和单片机电连接。本发明采用的单片机优选为stc89s52单片机。采用的gsm模块优选为gsm通信tc35模块。输出模块包括接入到电磁锁类型的开关柜门锁电源回路中的4通道继电器，通过继电器的常开常闭接点动作来具体实现开关柜门锁控制。
56.下面以本发明提供的手机客户端为基于android智能操作系统的智能手机为例，对本发明提供的上述基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统的具体实施过程进行说明。
57.手机客户端基于智能手机常用的android智能操作系统来开发，可通过internet访问开关柜服务器。将手机客户端app软件设计为包含注册、登录、密码保护、接收智能手环数据、显示操作票、显示开关柜列表及门锁列表、确认操作票完成情况、向开关柜门锁控制器发送请求、接收开关柜服务器返回确认信息、语音提示、报警等功能，使得用户下载安装好手机客户端app软件后能够按照图2所示的流程进行操作。该操作过程为：
58.1、用户首次使用开关柜系统需要填写用户名和手机号码向开关柜服务器进行注册，开关柜服务器经人工核对信息后确认注册成功。
59.2、注册成功的用户需要输入手机客户端密码之后才能进入操作界面，由于手机号码为实名制注册，从而实现了用户操作的真实性。
60.3、手机客户端app向开关柜服务器请求开关柜及门锁列表，开关柜服务器向手机
客户端传送相应权限的开关柜及门锁列表，手机客户端只能对自己操作票权限内的开关柜及门锁列表进行操作，实现了手机客户端的操作可控性。
61.4、手机客户端进一步确认对操作票相应门锁的选择操作，并接收开关柜服务器关于操作成功的返回信息。
62.另外，用户能通过手机客户端对其权限内的开关柜门锁的启闭状态进行远程监控。在一个实施例中，手机客户端对其权限内的开关柜门锁状态的远程监控具体包括以下步骤：
63.1、开关柜门锁控制器在收到开关柜服务器的控制指令，继电器动作，操作成功后，向远程控制端的开关柜服务器发送“操作成功！一开二关三关四开”的短信，其中“一开二关三关四开”即控制器的四个继电器的状态。
64.2、远程控制端的开关柜服务器收到“操作成功！一开二关三关四开”的短信后，将该开关柜的门锁状态记录在数据库相应的开关柜门锁控制器实时状态一栏。
65.3、手机客户端app在每次登录的时候，均会连接服务器，获取最新的相应的开关柜列表和开关柜门锁的状态，并显示。例如，如果此时开关柜a处于开启状态，则在门锁列表的开关柜a处显示已打开，此时开关柜a的操作按钮显示为“关门”，即如果要进行操作，则是进行的关闭开关柜a的操作。
66.接着以本发明提供的开关柜服务器是智能手机为例，对本发明提供的上述基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统的具体实施过程进行说明。
67.相对于大型专业的开关柜服务器系统来说，利用手机开发开关柜服务器，仅需要一个智能手机app，智能手机同时能够管理用户手机客户端和开关柜端的短信响应，硬件结构简单，也不需要再添加短信收发控制器部分。另一方面，开关柜门锁服务器的访问频次较少，利用嵌入式开关柜服务器(即智能手机)可以满足要求。如图3所示，开关柜服务器主要包括sqlite数据库、对客户手机访问的响应，对开关柜端的控制器的互相通信，开关柜服务器端本身对数据处理等。
68.sqlite数据库是一款轻型化的数据库，对比mysql、postgresql等数据库管理系统来讲，不仅处理速度快，而且移植性好。数据库主要包括用户表、操作票表、开关柜表、开关柜门锁表、权限表、操作记录表、时区表、异常情况表等。通过开关柜服务器端的app可以直接访问、查询、编辑、修改、删除、更新各项数据表，实现对各类数据的管理。
69.将开关柜服务器接入internet互联网，手机客户端手机app访问web浏览器通过http协议与开关柜服务器进行通信。开关柜服务器内置的web开关柜服务器监控浏览器的服务请求，在接收到手机客户端的请求后，处理用户请求并返回需要的数据。主要流程包括手机客户端用户的注册、数据库中与用户相关的数据(用户端数据)的更新，对用户遥控开关柜门锁控制器的请求的响应等。
70.开关柜服务器利用手机内置的gsm通信功能，与开关柜端的开关柜控制器通过特定格式的短信进行通信，实现对开关柜控制器的遥控(开启开关柜门)、状态访问、修改密码等功能。开关柜服务器对不同的用户设置了不同的权限，手机客户端仅能对自己操作票权限内的开关柜门锁进行远程控制，实现了开关柜服务器远程对手机客户端的权限控制。由于手机客户端app是访问开关柜服务器进行操作请求，直接控制开关柜控制器的控制密码和sim卡号均存放在开关柜服务器端，有效地避免了控制密码从手机客户端的泄露，实现了
开关柜端的安全控制。
71.如图4所示，开关柜服务器在启动i
‑
jetty服务后对是否接收到手机客户端的操作人员健康指标数据、操作票申请、控制请求进行判定。一旦确定已经接收到操作人员健康指标数据、操作票申请、控制请求，便访问sqlite数据库，分析、审核并验证客户的权限。根据审核、验证结果对是否允许客户操作进行判定。如果判定结果为允许客户操作，则访问sqlite数据库，根据客户所请求的开关柜及门锁编号自动生成规定格式的短信，并将此规定格式的短信发送至相应的开关柜门锁控制器。当接收到来自开关柜控制器反馈的短信后，开关柜门锁服务器对短信进行分析，同时将操作结果记入sqlite数据库，并将操作结果反馈给手机客户端。
72.继续基于本发明提供的开关柜门锁控制器的具体结构，对本发明提供的上述基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统的具体实施过程进行说明。
73.如图5所示，本发明中开关柜门锁控制器包括单片机最小系统、带有sim卡的gsm模块、电源模块和输出模块。开关柜门锁控制器以stc89s52单片机为核心，组成最小单片机系统，通过其单片机的串口与gsm通信tc35模块相连接。电源模块为单片机、gsm模块和输出控制模块提供不同的工作电压，以确保开关柜门锁控制器系统正常工作。输出模块和单片机的相应p口相连接，4通道开关量输出分别作为输出模块进行相应的操作，其中输出模块的四个继电器分别与单片机的p1.1、p1.2、p1.3、p1.4管脚相连接，并接地，当单片机的p0.1、p0.2、p0.3、p0.4管脚输出为高电平时，输出模块相对应的继电器动作，以此来控制开关柜门锁的状态。
74.该开关柜门锁控制器采用4通道继电器接入到电磁锁类型的门锁电源控制回路中，通过继电器的常开常闭触点动作来完成对相应开关柜门锁的控制。开关柜门锁控制器带有通信sim卡的gsm模块tc35正常工作后，当接收到远程控制端通过移动基站发送来的规定格式的短信时，将规定格式的短信通过串口传递给单片机。单片机控制程序分析该短信的信息是否正确，短信编码是否符合控制指令格式，如果符合规定则控制继电器作出相应的动作，完成对应的开关柜门锁开启动作，操作成功后，再将反馈短信通过gsm反馈给远程控制端的开关柜服务器。
75.例如：远程控制端的开关柜服务器向开关柜门锁控制器sim卡发送短信格式：
[0076]“002211k3h”，其中“002211”为该控制器的控制密码，“k”为开门指令，“3”为该控制器端口号。单片机程序分析短信的格式以及密码正确后，将3号继电器动作，操作成功后，向远程控制器发送“操作成功！”的短信。
[0077]
本发明依靠智能手机的app软件通过广域网络向开关柜服务器发出操作请求，开关柜服务器判断操作请求后，利用移动基站发送gsm信号给开关柜前端的开关柜门锁控制器，由开关柜门锁控制器实现开门操作，能够同时对操作票内、同一区域内的多个开关柜的多个门锁进行控制。实现了工作人员利用智能手机控制开关柜门锁、无卡开门的操作。避免了因开关柜系统导致的需往返重新取新的ic卡或者等待维修人员赶来抢修现象。减少了因此产生的人工成本和车辆成本，提高了操作开关柜的效率，实现了开关柜系统的物联网智能化。
[0078]
对应于上述提供的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统，本发明还提供了一种基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制方法，如图6所示，该安全操作控
制方法包括：
[0079]
步骤100：获取健康指数数据和操作票。健康指数数据包括：心电监测、心率监测、血压监测、血氧监测、疲劳监测和hrv健康指数。
[0080]
步骤101：根据健康指数数据和操作票生成控制请求。
[0081]
步骤102：根据控制请求生成控制指令。
[0082]
步骤103：根据控制指令控制开关柜门锁的开闭。
[0083]
进一步，为了提高使用人员的安全性，本发明提供的上述基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制方法还优选包括：
[0084]
获取操作人员的用户注册信息。用户注册信息包括：用户身份信息、用户登录账号和用户登录密码。
[0085]
根据用户注册信息对操作人员进行信息认证。
[0086]
上述安全操作控制方法具体实施过程为：
[0087]
用户将智能手环中的健康指数检测数据和操作票从手机客户端通过internet访问开关柜服务器向开关柜服务器发送控制请求，并接收来自开关柜服务器的反馈信息，对操作票中的内容、步骤进行语音提示，各个环节完成情况确认。
[0088]
开关柜服务器在接收到用户发来的控制请求后访问内部数据库，并在做出请求权限状态判断后通过gsm向开关柜门锁控制器发出控制指令。
[0089]
以及开关柜门锁控制器在接收到开关柜服务器发出的控制指令后，控制相应的开关柜门锁，并在完成相应的操作后向开关柜服务器发送反馈信息。
[0090]
进一步在用户进行使用时，上述基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制方法还优选包括：
[0091]
用户通过手机号码在手机客户端注册。
[0092]
开关柜服务器人工核对信息并反馈注册结果。
[0093]
以及确认注册成功后，用户输入密码后进入操作界面。
[0094]
进一步，基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制方法还优选包括用户从手机客户端对权限内的开关柜门锁的启闭状态进行远程监控。
[0095]
进一步，基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制方法还优选包括开关柜服务器对数据库中的手机用户端数据进行更新。
[0096]
综上，本发明提供的基于人机双向智能识别开关柜的安全操作控制系统和方法相较于现有技术，其存在以下优点：
[0097]
1、开关柜门锁控制器以gsm网络作为数据传输网络，仅仅一条短信就能实现开关柜门锁的控制，不需要使用特定的繁琐的开关柜门锁系统，方便了工作人员的使用。利用gsm短信系统进行无线通信不仅具有双向数据传输功能，性能稳定，还实现了远程控制开关柜门锁。
[0098]
2、操作人员可以通过手机客户端对操作票权限内的开关柜门锁的启闭状态进行远程监控。
[0099]
3、相对于目前使用的开关柜系统，减少了读卡器、区域控制器、繁琐的保护机构等设备，开关柜现场布线简单，费用比较低廉、受环境影响较小，经济实用性很强。
[0100]
4、手机客户端手机app通过手机电话号码进行注册，手机客户端app仅能对操作票
内的开关柜服务器给定的权限获得相应的开关柜及门锁的列表进行控制，开关柜服务器实现了对开关柜门锁的权限管理和限制。
[0101]
5、开关柜控制器的控制密码和sim卡号都存放在开关柜服务器端，实现了开关柜控制的安全管理。
[0102]
6、通过智能手环检测，将操作人员的健康指标通手机客户端发送开关柜服务器，可以实时监测人员的健康指标，避免了操作人员因精神状态不佳导致的误操作、错操作、漏操作。
[0103]
7、本系统增加了操作票中的操作步骤及内容语音提示，以及每个环节完成后的确认工作，不仅对操作人员每个环节的动作及内容起到提示作用，而且还对每个环节的完成情况起到了监督作用，从而很好的避免了误操作、错操作、漏操作，对人员和设备起到了很好的安全保护。
[0104]
8、操作票在手机客户端上就可以办理，在开关柜服务器上审核，同时也规范了操作票填写，优化了操作票申请和审批流程，极大的节省了人员的申请和审批时间，实现绿色办公，提高了办事效率。
[0105]
9、本发明实现操作票全过程的监控，开关柜门锁开、关控制的闭环控制，开关柜门状态的实时监控，以及值班负责人全过程监控现场操作人员的操作过程的全闭环控制，有效的避免了人员、设备的安全事故的发生。
[0106]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0107]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。