0  引言

    計量自動化系統(tǒng)（又簡稱“四線一庫”系統(tǒng)）是指：單相智能電能表自動化檢定系統(tǒng)、三相智能電能表自動化檢定系統(tǒng)^[1]、低壓電流互感器自動化檢定系統(tǒng)^[2]、用電采集終端自動化檢定系統(tǒng)、智能化倉儲庫房。“四線一庫”是在國家電網(wǎng)公司“三集五大”中營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)之一的“省級計量中心生產(chǎn)調(diào)度平臺”（MDS）的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。

    “四線一庫”總控技術(shù)支持系統(tǒng)（MCS）^[3-4]作為主要對“四線一庫”的集中調(diào)度、控制的系統(tǒng)，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(guān)鍵技術(shù)等方面主要闡述了系統(tǒng)對“四線一庫”系統(tǒng)信息進行采集和整合的設(shè)計及實現(xiàn)。

1  系統(tǒng)分析

1.1  現(xiàn)存問題

1.1.1  信息孤島問題

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

1.1.2  信息建模問題

    已有的MDS四線一庫接口^[6]主要關(guān)注檢定任務(wù)、出入庫任務(wù)的下發(fā)和最終執(zhí)行情況。其中實現(xiàn)了各檢定、倉儲任務(wù)的調(diào)度功能，存在業(yè)務(wù)單一、數(shù)據(jù)量較小、對應(yīng)接口可擴展性較低的問題。主要原因為在已有系統(tǒng)中未建立統(tǒng)一可擴展的傳輸信息模型。

1.1.3  響應(yīng)效率問題

    需要監(jiān)控的“四線一庫”各系統(tǒng)信息粒度較細，數(shù)據(jù)較大，會導(dǎo)致交互頻繁。原有的MDS中的交互處理方式為業(yè)務(wù)需要等待業(yè)務(wù)處理完成，返回響應(yīng)，如業(yè)務(wù)處理時間過長，采用同樣的方式易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞。

1.2  系統(tǒng)主體框架

    為在省級計量中心實現(xiàn)對于各檢定、倉儲系統(tǒng)的監(jiān)控，需要建立對“四線一庫”系統(tǒng)實時統(tǒng)一監(jiān)控的平臺，解決各套系統(tǒng)的信息整合問題。MCS基于“四線一庫”全場景信息的狀態(tài)在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究成果，結(jié)合浙江計量中心計量生產(chǎn)的實際情況和業(yè)務(wù)需要設(shè)計和研發(fā)，主要實現(xiàn)對“四線一庫”的集中調(diào)度、分級控制，實現(xiàn)計量生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)運行中存在的問題和隱患，提供實時預(yù)警功能。

    MCS使用OSGi的技術(shù)框架^[7-8]，實現(xiàn)模塊的可插拔部署。各功能作為組件構(gòu)建整個系統(tǒng)，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(xiàn)系統(tǒng)中需要的各類功能。在各模塊中，使用J2EE分層架構(gòu)^[8]，分別為數(shù)據(jù)層、邏輯層、控制層和界面層。數(shù)據(jù)層使用hibernate技術(shù)框架，邏輯層使用Spring技術(shù)框架，控制層使用Spring MVC技術(shù)框架，前端主要采用JS/JSP技術(shù)。在MCS中，按實現(xiàn)功能劃分有：告警監(jiān)控、流程監(jiān)控、樓層監(jiān)控、計劃監(jiān)控、接口運行狀態(tài)監(jiān)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(tǒng)的交互，在系統(tǒng)中整合與其他多套系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)，打破各系統(tǒng)之間的異構(gòu)壁壘，為MCS提供數(shù)據(jù)支撐，如圖1所示。

    接口需要滿足如下功能和性能方面的需求：

    （1）需要建立統(tǒng)一的編碼標準和通信技術(shù)規(guī)范，以整合不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；

    （2）交互方式易于擴展，能夠基于對應(yīng)的編碼進行擴展；

    （3）響應(yīng)數(shù)據(jù)盡可能快，交互響應(yīng)與后續(xù)數(shù)據(jù)處理分離。

2  信息交互功能設(shè)計和實現(xiàn)

2.1  傳輸技術(shù)

    系統(tǒng)接口模塊選用Web Service技術(shù)[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(jié)構(gòu)，能夠滿足異構(gòu)系統(tǒng)間的交互。傳輸內(nèi)容為符合規(guī)范的XML格式。

    在MCS中開發(fā)Web Service服務(wù)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(tǒng)中開發(fā)客戶端根據(jù)自身業(yè)務(wù)規(guī)范將自身數(shù)據(jù)封裝，作為接口參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)端。

2.2  信息建模

    在使用Web Service進行異構(gòu)系統(tǒng)間通信時，首先應(yīng)當考慮數(shù)據(jù)的建模問題。從監(jiān)控對象、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3個角度進行信息建模。

2.2.1  數(shù)據(jù)對象

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

    出于模擬仿真需要，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)粒度主要為裝置一級，進行數(shù)據(jù)的傳輸和展示。可通過面向?qū)ο螅∣O）^[13]的思維對傳輸數(shù)據(jù)進行建模。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對象主要為裝置的數(shù)據(jù)對象。標識數(shù)據(jù)對象可用一串編碼字符串，編號規(guī)則見表1。

    電氣設(shè)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(tǒng)一層，截取編號中前面對應(yīng)位數(shù)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”。

2.2.2  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

    每個數(shù)據(jù)對象中包含基本信息和業(yè)務(wù)信息，均作為對象中屬性存在（可見2.3第報文規(guī)范）。其中，基本信息包含數(shù)據(jù)的標識、交互規(guī)范版本、發(fā)送及接收方信息、交互時間等。業(yè)務(wù)信息包含數(shù)據(jù)對象信息，如狀態(tài)、業(yè)務(wù)數(shù)量和處理時長等。

2.2.3  數(shù)據(jù)分類

    根據(jù)業(yè)務(wù)以及傳輸頻度，MCS中主要的數(shù)據(jù)類型可分為實時數(shù)據(jù)和定時數(shù)據(jù)。其中，實時數(shù)據(jù)包含狀態(tài)信息和告警信息，用于信息的實時展示（例如三維仿真系統(tǒng)應(yīng)用），交互頻度較高；定時數(shù)據(jù)為系統(tǒng)的各類業(yè)務(wù)數(shù)值數(shù)據(jù)，用于信息統(tǒng)計展示，交互頻度相對較低。

2.3  報文規(guī)范

    傳輸?shù)膶ο蟾袷綖樽孕卸x的XML格式，報文詳細格式內(nèi)容如圖3所示。

    從圖3中可見，報文的基礎(chǔ)信息在報文的根節(jié)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(jù)各自需要修改詳細的報文規(guī)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(shù)據(jù)的交互處理在“四線一庫”系統(tǒng)與MCS之間進行。MCS收集并處理四線一庫系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在處理完成后對數(shù)據(jù)進行存儲或者轉(zhuǎn)發(fā)操作。信息交互處理流程如圖4所示。

    信息的接收處理步驟為：

    （1）MCS采集模塊接收數(shù)據(jù)，記錄交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容；

    （2）對數(shù)據(jù)進行判定，查看數(shù)據(jù)是否正常，回復(fù)客戶端并記錄日志，寫入數(shù)據(jù)庫；

    （3）開啟線程，通過DOM將XML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為普通java對象格式；

    （4）開啟數(shù)據(jù)處理線程，對對象進行處理。

    由于接收到數(shù)據(jù)后即簡單判定回復(fù)客戶端（步驟（1）、步驟（2）），與數(shù)據(jù)處理過程分離，所以交互相應(yīng)速度較快，不會出現(xiàn)因處理時間過長而發(fā)生數(shù)據(jù)阻塞的情況，能滿足高頻的處理需求。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)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(tǒng)能在保持各系統(tǒng)低耦合的情況下，實現(xiàn)信息的整合，打破信息孤島，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的收集、解析，并基于此實現(xiàn)后續(xù)處理和展示功能；且系統(tǒng)的可擴展性較好，在現(xiàn)有的標準基礎(chǔ)上，能夠?qū)?shù)據(jù)項進行簡易擴展，滿足不同系統(tǒng)的不同數(shù)據(jù)項監(jiān)控要求。

    在性能方面，經(jīng)過調(diào)研，真實的系統(tǒng)單元數(shù)量及數(shù)據(jù)頻度被獲取并整理。基于此進行測試模擬，在較高交互頻度及數(shù)據(jù)量下每次交互響應(yīng)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(chǎn)環(huán)境需求。

4  結(jié)束語

    在互聯(lián)網(wǎng)思維的影響下，整合各類系統(tǒng)資源的需求增多。本設(shè)計通過統(tǒng)一報文、統(tǒng)一編碼建模，結(jié)合Web Service交互技術(shù)，打破各系統(tǒng)之間的異構(gòu)屏蔽，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)整合。通過整合各類信息資源，提高監(jiān)管的精細化程度，提升生產(chǎn)的效率。

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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(wǎng)新疆電力有限公司，新疆 烏魯木齊830063；

2. 國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)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）