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電力監(jiān)控軟件的可擴(kuò)展性設(shè)計
周杰1 吳冬2 吳海峰2 趙娜2
(1.湖南省建筑科學(xué)研究院,湖南 長沙 410011)
(2.安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801)
摘要:本文根據(jù)安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計過程,論述了電力監(jiān)控系統(tǒng)高擴(kuò)展性的設(shè)計思路和方法,對于電力監(jiān)控組態(tài)軟件與電力平臺方案的研究有定的參考價值。
關(guān)鍵字:安科瑞電力監(jiān)控軟件、組態(tài)、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、規(guī)約、自動報表、自定義報表
隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展,電力監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為供電配電系統(tǒng)中的重要組成部分。所謂電力監(jiān)控系統(tǒng),是在計算機(jī)上對系統(tǒng)中各設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行情況、工作狀態(tài)、運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)信息、階段運(yùn)行后報表信息展示等各方面進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控及信息處理的套信息管理系統(tǒng)。
電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、處理和實(shí)時數(shù)據(jù)儲存、歷史數(shù)據(jù)匯總等,圖形化展示各設(shè)備實(shí)時工作情況、設(shè)備數(shù)據(jù),對設(shè)備數(shù)據(jù)異常提供實(shí)時告警等功能。通過在供電配電設(shè)計中使用電力監(jiān)控系統(tǒng),的提高了系統(tǒng)的工作效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性、設(shè)備異常反應(yīng)的實(shí)時性等。
認(rèn)真研究電力監(jiān)控系統(tǒng),有助于我們更加完善供電配電技術(shù),將電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到各個行業(yè)中去,能有效地提高供電配電技術(shù)水平。安科瑞電力監(jiān)控軟件是為用戶提供智能電力監(jiān)控而研發(fā)出的套完整的供電配電系統(tǒng)解決方案,在本文中,介紹電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能,主要從應(yīng)用的角度介紹可擴(kuò)展性電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn)
1 電力監(jiān)控系統(tǒng)
電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于采集與監(jiān)視數(shù)據(jù)的軟件控制系統(tǒng)(SCADA,其全稱是:Supervisory Control And Data Acquisition)發(fā)展起來的,運(yùn)用計算機(jī)技術(shù),在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)度與控制,對設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制等行為的種抽象描述,所以控制系統(tǒng)本身技術(shù)上可以應(yīng)用于所有工業(yè)控制領(lǐng)域的各種場景。
2 電力監(jiān)控軟件要求
電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的典型場景模型如圖1所示,這種監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況的不同作相應(yīng)改變。
圖1 典型場景模型
2.1 系統(tǒng)可用性
a.系統(tǒng)能夠可擴(kuò)展支持新的設(shè)備類型接入與新的協(xié)議,設(shè)備數(shù)據(jù)接入是系統(tǒng)核心。
b.工程人員根據(jù)電力設(shè)計圖紙與現(xiàn)場終端設(shè)備拓?fù)?,進(jìn)行電力監(jiān)控項(xiàng)目開發(fā),在此過程中,要求配置過程相對簡單,方便工程調(diào)試和修改,以及設(shè)備的更換等。
c.界面組態(tài)開發(fā)人員能夠快速對應(yīng)電力監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面的畫面布局、圖形層次與信息表達(dá)等內(nèi)容。
d.用戶共性的自動化報表以外的個性化支持與擴(kuò)展,以報表模板的方式支持用戶擴(kuò)展生成多樣化的報表,并且與電力監(jiān)控系統(tǒng)對接,通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)合模板生成zui終報表。
2.2 高實(shí)時性與可靠性
采用實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù),對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與展示,保證系統(tǒng)的實(shí)時性要求。
3 電力監(jiān)控軟件主要功能
電力監(jiān)控軟件的核心是以應(yīng)用為導(dǎo)向,zui終以圖形和報表的形式,展示當(dāng)各終端設(shè)備數(shù)據(jù)給用戶,顯示當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)和為用戶決策行為提供數(shù)據(jù)支持,圖2為系統(tǒng)功能模塊與框架說明。
圖2 系統(tǒng)功能模塊與框架說明
3.1 對電力設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理
電力監(jiān)控軟件實(shí)時采集各終端設(shè)備的遙信、遙測、遙脈等數(shù)據(jù),提供實(shí)時數(shù)據(jù)庫高實(shí)時性的數(shù)據(jù)訪問與處理,確保系統(tǒng)中各設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時更新,圖形化動態(tài)展示及監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時提醒非正常運(yùn)行的供電設(shè)備。
3.2 對電力設(shè)備進(jìn)行控制
系統(tǒng)調(diào)度或監(jiān)控發(fā)出命令以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。利用電力監(jiān)控軟件主動發(fā)出信號給遠(yuǎn)程終端設(shè)備實(shí)施控制操作,遠(yuǎn)程終端設(shè)備接受并執(zhí)行相應(yīng)命令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。電力監(jiān)控系統(tǒng)對操作進(jìn)行流程化與規(guī)范化,對整個電力監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行控制規(guī)范化,減少人工控制帶來的誤操作風(fēng)險。
3.3 設(shè)備階段數(shù)據(jù)監(jiān)視
電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)圖形化展示設(shè)備階段時間內(nèi)運(yùn)行的設(shè)備數(shù)據(jù)情況,系統(tǒng)管理者可根據(jù)設(shè)備階段運(yùn)行動態(tài)情況決策分析出當(dāng)設(shè)備運(yùn)行情況與系統(tǒng)內(nèi)可能出現(xiàn)的問題,并做趨勢判斷以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3.4 報表處理
在電力監(jiān)控系統(tǒng)中提供電子報表系統(tǒng),可對接電力監(jiān)控系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù),根據(jù)報表模板、運(yùn)算公式生成結(jié)果并載入,形成自定義與自動生成的具有圖文并貌特征的數(shù)據(jù)信息報表,直觀清晰反映出階段內(nèi)系統(tǒng)中終端數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況。
4.可擴(kuò)展電力監(jiān)控軟件的接入方式與場景需求變化應(yīng)對
當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備通訊方式、協(xié)議多樣,應(yīng)用場景多變,因此需要設(shè)計出高可擴(kuò)展性電力監(jiān)控軟件,以快速對應(yīng)各項(xiàng)目應(yīng)用,提高軟件的適用性與項(xiàng)目開發(fā)的效率,提高軟件的生命力,實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)接入與轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)圖形、內(nèi)存庫動態(tài)調(diào)配大小、報表等方面的動態(tài)擴(kuò)展性。
4.1數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)接入和轉(zhuǎn)發(fā):提供系統(tǒng)本地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給三方平臺或者系統(tǒng)作為對稱的結(jié)點(diǎn)存在于大系統(tǒng)中。
通訊方式: 目電力系統(tǒng)主要為有線通訊,其中包括串口,網(wǎng)口,光口。分布式光伏有時還會用到無線通訊。
通訊協(xié)議: Modbus/RTU、IEC 103、IEC 101、DL/T645、CDT、DISA(CDT規(guī)約升級版)規(guī)約等。
各協(xié)議的驅(qū)動由單獨(dú)模塊實(shí)現(xiàn),規(guī)約驅(qū)動管理模塊通過規(guī)范化模塊接口,系統(tǒng)根據(jù)規(guī)約驅(qū)動模塊名稱,執(zhí)行規(guī)范接口,加載規(guī)約驅(qū)動。圖3對系統(tǒng)驅(qū)動可擴(kuò)展設(shè)計交互流程說明。
圖3 對系統(tǒng)驅(qū)動可擴(kuò)展設(shè)計交互流程說明
4.2系統(tǒng)圖形組態(tài)
電力管理系統(tǒng)中的各智能終端設(shè)備的狀態(tài)與數(shù)據(jù),需要圖形化直觀的以拓?fù)鋱D、電力次圖、二次圖等方式展示給系統(tǒng)的使用者,顯示當(dāng)系統(tǒng)各設(shè)備狀態(tài),其中涉及較多圖元、圖形、圖表等繪圖元素,且組態(tài)時各部分支持用戶圖形自行擴(kuò)展,以適應(yīng)不斷增加的電力設(shè)備類型與用戶需求展現(xiàn)形式多樣性。
圖元:系統(tǒng)默認(rèn)提供常用設(shè)備圖元,用戶也可自定義繪制
圖形:圖形高度組態(tài),系統(tǒng)拓?fù)鋱D、次圖、二次圖用戶可自由繪制、綁定數(shù)據(jù),直觀反映
圖表:曲線圖形提供實(shí)時與歷史曲線結(jié)合,展示多點(diǎn)的所有歷史和當(dāng)運(yùn)行情況,為決策提供直觀數(shù)據(jù)
4.3報表系統(tǒng)
報表系統(tǒng)作為電力管理系統(tǒng)中重要的組成部分,將整個系統(tǒng)階段運(yùn)營情況作匯總。報表的用途多樣,可作為能耗分析、電能管理等方面決策的數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)電力管理的特點(diǎn),系統(tǒng)支持自動化報表、自定義報表,滿足用戶多樣化需求及電力管理系統(tǒng)的報表可擴(kuò)展性需求。
自動報表:電參量報表、電能報表能夠自動生成,直接反映系統(tǒng)中各終端設(shè)備真實(shí)數(shù)據(jù)。
用戶自定義報表:用戶提供報表模板與計算公式,采用腳本方式獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行填充,報表數(shù)據(jù)是進(jìn)行分析的結(jié)果,提供更具體直觀的報表,符合系統(tǒng)使用方多樣化需求。
4.4內(nèi)存數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合,主要是因?yàn)殡娏ΡO(jiān)控管理軟件對數(shù)據(jù)實(shí)時性要求高,需要*時間反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),且系統(tǒng)與終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互頻繁,數(shù)據(jù)不斷變化且大多是中間臨時數(shù)據(jù),所以采用高速內(nèi)存存儲實(shí)時數(shù)據(jù)信息,通過計算引擎把有意義的數(shù)據(jù)或者用戶關(guān)心的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲到數(shù)據(jù)庫,即保證了系統(tǒng)的實(shí)時性與數(shù)據(jù)保存的持久。
使用內(nèi)存庫保存數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)量大,多個系統(tǒng)需要共享數(shù)據(jù),從多個角度展示給不同的系統(tǒng)用戶,實(shí)現(xiàn)形式上采用文件內(nèi)存映射的方式,組織形式上在設(shè)計內(nèi)存數(shù)據(jù)庫時與數(shù)據(jù)庫管理相似,便于各程序?qū)υO(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行查找與讀寫操作,索引過程可根據(jù)數(shù)據(jù)量大小建立直接索引與HASH索引,管理形式上由實(shí)際數(shù)據(jù)量決定文件全量映射或者分頁式管理文件映射(LRU換頁),各表在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫大小可調(diào)配,由接入設(shè)備與數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量決定,從而支持系統(tǒng)可擴(kuò)展,減少大開小用的浪費(fèi)情形。
5 總結(jié)
電力監(jiān)控系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的個重要組成部分,在電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展過程中,要求電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷發(fā)展的電力終端設(shè)備與電力技術(shù)。以上從數(shù)據(jù)接入轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)圖形組態(tài)、報表系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等四個系統(tǒng)的核心方面,在技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度對可擴(kuò)展性電力監(jiān)控軟件的設(shè)計進(jìn)行說明,可擴(kuò)展設(shè)計保證了軟件的對于行業(yè)不斷發(fā)展適用性。
文章來源:《自動化博覽》2017年2期。