《電子技術應用》
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智能化用電信息采集功能設計與實現
2018智能電網增刊
李允昭1,柯 偉2,劉銘洋2,徐一晨2,潘紅偉2,馬勝國3
1. 國網新疆電力有限公司,新疆 烏魯木齊830063; 2. 國網新疆電力有限公司電力科學研究院計量中心,新疆 烏魯木齊830000; 3. 深圳市國電科技通信有限公司,廣東 深圳518031
摘要: 以省級計量中心計量自動化系統的采集功能對打破計量自動化系統信息孤島,整合計量自動化系統信息資源提出了要求。分析了計量自動化系統采集功能需求,進而提出了系統架構和服務框架。闡述了系統采集功能的內容,設計了實現的技術方案,并介紹了具體的實現方法。實現效果表明,該設計能夠很好地解決異構系統間的信息整合問題。
中圖分類號: TP311.1
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.074
Abstract:
Key words :

0  引言

    計量自動化系統(又簡稱“四線一庫”系統)是指:單相智能電能表自動化檢定系統、三相智能電能表自動化檢定系統[1]、低壓電流互感器自動化檢定系統[2]、用電采集終端自動化檢定系統、智能化倉儲庫房?!八木€一庫”是在國家電網公司“三集五大”中營銷業務系統的一個重要環節之一的“省級計量中心生產調度平臺”(MDS)的業務基礎。

    “四線一庫”總控技術支持系統(MCS)[3-4]作為主要對“四線一庫”的集中調度、控制的系統,在其中集成了各“四線一庫”的信息。本文從MCS中接口模塊的信息建模、交互流程、關鍵技術等方面主要闡述了系統對“四線一庫”系統信息進行采集和整合的設計及實現。

1  系統分析

1.1  現存問題

1.1.1  信息孤島問題

    目前“四線一庫”系統作為各省公司計量中心的生產核心,存在一些問題:各系統由不同廠家承建,軟硬件差異較大,且物理位置分散(各系統處于計量中心各樓層),不利于管理。各自系統的信息處于相互孤立、難以利用的狀態。另外,其他輔助系統(如溫濕度[5]、空壓機等)的監控,由于不牽涉主要生產業務,一般不被納入業務系統,處于各自獨立實現的狀態,無統一規范。

1.1.2  信息建模問題

    已有的MDS四線一庫接口[6]主要關注檢定任務、出入庫任務的下發和最終執行情況。其中實現了各檢定、倉儲任務的調度功能,存在業務單一、數據量較小、對應接口可擴展性較低的問題。主要原因為在已有系統中未建立統一可擴展的傳輸信息模型。

1.1.3  響應效率問題

    需要監控的“四線一庫”各系統信息粒度較細,數據較大,會導致交互頻繁。原有的MDS中的交互處理方式為業務需要等待業務處理完成,返回響應,如業務處理時間過長,采用同樣的方式易導致網絡堵塞。

1.2  系統主體框架

    為在省級計量中心實現對于各檢定、倉儲系統的監控,需要建立對“四線一庫”系統實時統一監控的平臺,解決各套系統的信息整合問題。MCS基于“四線一庫”全場景信息的狀態在線監測關鍵技術研究成果,結合浙江計量中心計量生產的實際情況和業務需要設計和研發,主要實現對“四線一庫”的集中調度、分級控制,實現計量生產過程的實時監控,發現運行中存在的問題和隱患,提供實時預警功能。

    MCS使用OSGi的技術框架[7-8],實現模塊的可插拔部署。各功能作為組件構建整個系統,具有較高的可移植性和可擴展性。模塊(Bundle)為OSGi框架中的最基本單位,各模塊實現系統中需要的各類功能。在各模塊中,使用J2EE分層架構[8],分別為數據層、邏輯層、控制層和界面層。數據層使用hibernate技術框架,邏輯層使用Spring技術框架,控制層使用Spring MVC技術框架,前端主要采用JS/JSP技術。在MCS中,按實現功能劃分有:告警監控、流程監控、樓層監控、計劃監控、接口運行狀態監控、采集等模塊。

1.3  接口功能需求

    MCS中采集模塊負責與外部系統的交互,在系統中整合與其他多套系統通過網絡交互數據,打破各系統之間的異構壁壘,為MCS提供數據支撐,如圖1所示。

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    接口需要滿足如下功能和性能方面的需求:

    (1)需要建立統一的編碼標準和通信技術規范,以整合不同系統的數據;

    (2)交互方式易于擴展,能夠基于對應的編碼進行擴展;

    (3)響應數據盡可能快,交互響應與后續數據處理分離。

2  信息交互功能設計和實現

2.1  傳輸技術

    系統接口模塊選用Web Service技術[9-12]進行通信。Web Service具有良好的互操作性、良好的封裝性、廉價性、松散耦合的結構,能夠滿足異構系統間的交互。傳輸內容為符合規范的XML格式。

    在MCS中開發Web Service服務端,接收和解析各類消息,作為通信消息或者控制消息使用。各檢定及倉儲系統中開發客戶端根據自身業務規范將自身數據封裝,作為接口參數數據傳輸至服務端。

2.2  信息建模

    在使用Web Service進行異構系統間通信時,首先應當考慮數據的建模問題。從監控對象、數據分類、數據結構3個角度進行信息建模。

2.2.1  數據對象

    在MCS中,系統的資產按層級分為系統、裝置以及電氣設備三層。其中系統定義為單、三相電能表、互感器、采集終端監測以及自動化倉儲系統;裝置為系統下的各類生產單元,如檢定系統下的外觀監測裝置、多功能檢定裝置等;電氣層為各系統底層PLC可監控到的最小維度,為裝置的組件。

    出于模擬仿真需要,傳輸的數據粒度主要為裝置一級,進行數據的傳輸和展示??赏ㄟ^面向對象(OO)[13]的思維對傳輸數據進行建模。傳輸的數據對象主要為裝置的數據對象。標識數據對象可用一串編碼字符串,編號規則見表1。

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    電氣設備編號示例如圖2,表示“自動化單相01號單元01號檢定裝置027號壓接氣缸”。如想標識裝置或系統一層,截取編號中前面對應位數即可,如1101208001表示“自動化單相01號單元01號檢定裝置”,“1101”表示“自動化單相01號單元”。

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2.2.2  數據結構

    每個數據對象中包含基本信息和業務信息,均作為對象中屬性存在(可見2.3第報文規范)。其中,基本信息包含數據的標識、交互規范版本、發送及接收方信息、交互時間等。業務信息包含數據對象信息,如狀態、業務數量和處理時長等。

2.2.3  數據分類

    根據業務以及傳輸頻度,MCS中主要的數據類型可分為實時數據和定時數據。其中,實時數據包含狀態信息和告警信息,用于信息的實時展示(例如三維仿真系統應用),交互頻度較高;定時數據為系統的各類業務數值數據,用于信息統計展示,交互頻度相對較低。

2.3  報文規范

    傳輸的對象格式為自行定義的XML格式,報文詳細格式內容如圖3所示。

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    從圖3中可見,報文的基礎信息在報文的根節點(DBSET)中,在其下放置各信息,類似于定義類的屬性。這樣后期的修改和擴展較為靈活,可根據各自需要修改詳細的報文規范,在報文中進行字段的增刪改操作,對接口交互部分無影響。

2.4  信息處理步驟

    數據的交互處理在“四線一庫”系統與MCS之間進行。MCS收集并處理四線一庫系統的業務數據,并在處理完成后對數據進行存儲或者轉發操作。信息交互處理流程如圖4所示。

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    信息的接收處理步驟為:

    (1)MCS采集模塊接收數據,記錄交互的數據內容;

    (2)對數據進行判定,查看數據是否正常,回復客戶端并記錄日志,寫入數據庫;

    (3)開啟線程,通過DOM將XML數據轉換為普通java對象格式;

    (4)開啟數據處理線程,對對象進行處理。

    由于接收到數據后即簡單判定回復客戶端(步驟(1)、步驟(2)),與數據處理過程分離,所以交互相應速度較快,不會出現因處理時間過長而發生數據阻塞的情況,能滿足高頻的處理需求。

3 系統實現效果

    在功能方面,目前MCS在浙江省電力公司計量中心上線運行。該系統能在保持各系統低耦合的情況下,實現信息的整合,打破信息孤島,能夠實現信息的收集、解析,并基于此實現后續處理和展示功能;且系統的可擴展性較好,在現有的標準基礎上,能夠對數據項進行簡易擴展,滿足不同系統的不同數據項監控要求。

    在性能方面,經過調研,真實的系統單元數量及數據頻度被獲取并整理?;诖诉M行測試模擬,在較高交互頻度及數據量下每次交互響應時間為20~25 ms,能夠滿足在具有更高硬件條件和更低交互頻度下的真實生產環境需求。

4  結束語

    在互聯網思維的影響下,整合各類系統資源的需求增多。本設計通過統一報文、統一編碼建模,結合Web Service交互技術,打破各系統之間的異構屏蔽,實現異構系統整合。通過整合各類信息資源,提高監管的精細化程度,提升生產的效率。

參考文獻

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作者信息:

李允昭1,柯  偉2,劉銘洋2,徐一晨2,潘紅偉2,馬勝國3

(1. 國網新疆電力有限公司,新疆 烏魯木齊830063;

2. 國網新疆電力有限公司電力科學研究院計量中心,新疆 烏魯木齊830000;

3. 深圳市國電科技通信有限公司,廣東 深圳518031)

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