1引言

　　伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展及其在各行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，開發(fā)一種遠程的監(jiān)控系統(tǒng)，對電力設(shè)備的運行安全參數(shù)進行實時監(jiān)視與控制并對現(xiàn)場的突發(fā)事件自動報警，實現(xiàn)對變電站環(huán)境空間的安全防范及對必要生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)可視化的管理[1]。

　　電力系統(tǒng)迅速發(fā)展以及對智能軟件功能、性能等要求的增加，采用傳統(tǒng)模式C/S模式的管理信息網(wǎng)絡(luò)的局限性已逐漸顯現(xiàn)出來，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，B/S模式的監(jiān)控系統(tǒng)可以解決C/S系統(tǒng)開發(fā)方法在日益復(fù)雜的異構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)分布式環(huán)境中所面臨多種問題[2]。

　　2系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，通訊前置機是上位機數(shù)據(jù)前端。所有來自于下位機的數(shù)據(jù)信息都按照標準Modbus通訊協(xié)議、IEC101協(xié)議、IEC103協(xié)議及系統(tǒng)自定義協(xié)議，以數(shù)據(jù)幀的形式通過RS485總線傳送到通訊前置機。當然在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用的大背景下，系統(tǒng)在通訊傳輸方式上支持以太網(wǎng)通訊,采用了基于TCP/IP的Socket技術(shù)。數(shù)據(jù)經(jīng)解碼后經(jīng)由分布在不同服務(wù)器上的WCF通訊服務(wù)傳輸?shù)綄崟r數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫及文件數(shù)據(jù)庫中，提供給WEB服務(wù)器使用。通訊前置機技術(shù)上支持多種RTU，智能儀表、智能模塊，甚至支持帶標準協(xié)議的PLC，這使得監(jiān)控系統(tǒng)的通用性強、可移植性強。

　　客戶端運行在安裝有Silverlight插件的瀏覽器中，通過向WEB服務(wù)器發(fā)出請求，經(jīng)過服務(wù)器響應(yīng)相應(yīng)的請求，然后WEB服務(wù)器以HTML的形式將數(shù)據(jù)信息傳給瀏覽器，并在其中以友好的界面形式展現(xiàn)出來。

　　圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　3組態(tài)服務(wù)器

　　3.1單元組態(tài)

　　單元組態(tài)在系統(tǒng)中的含義就是模擬RTU裝置實體，下位裝置有多種類型與多種系列，比如線路保護裝置、變壓器保護裝置、發(fā)電機保護裝置等。所組態(tài)出來的單元就與之相對應(yīng)，其中里面包括了裝置的參數(shù)信息、數(shù)據(jù)信息、通訊地址等。通過組態(tài)建立起監(jiān)控系統(tǒng)與裝置之間的連接。

　　3.2圖片組態(tài)

　　圖片組態(tài)部分是與單元組態(tài)相關(guān)聯(lián)的，它是根據(jù)所組單元給監(jiān)控畫面模塊繪制圖片。不同組態(tài)單元中包涵其自身特定的電氣元件，此模塊包涵了50種圖元。根據(jù)IEC61970標準配電網(wǎng)絡(luò)的電氣特性的信息模型繪制并保存。提升系統(tǒng)與其他電力行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性。

　　4系統(tǒng)設(shè)計與功能實現(xiàn)

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)對實時性、安全性有著比較高的要求，不僅要求在監(jiān)控界面友好且靈活，而且對通訊要做到實時、穩(wěn)定、安全?；谶@些性能要求，系統(tǒng)主要設(shè)計了以下8部分功能：實時數(shù)據(jù)召喚（通訊前置機上完成）、數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)顯示（監(jiān)控畫面）、網(wǎng)頁報表、故障濾波、事件報警管理、定值修改、通訊報文監(jiān)測等。以上幾種功能主要是圍繞現(xiàn)場數(shù)據(jù)召喚、實現(xiàn)監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析、遠程遙控三大方面設(shè)定。

　　4.1口令及權(quán)限管理

　　基于電力監(jiān)控系統(tǒng)對安全性能要求，門禁設(shè)計過程中采用把口令、權(quán)限與級別相結(jié)合的方式，下發(fā)給用戶不同的級別，并授予相應(yīng)的權(quán)限?？蛻暨M入系統(tǒng)需要輸入口令，并通過驗證才能進入系統(tǒng)。在發(fā)送遙控命令、圖片組態(tài)之類的關(guān)鍵操作時，必須驗證有正確的口令，達到一定的級別以及具有相應(yīng)的權(quán)限才能進行操作。

　　4.2通訊前置機

　　完成來自遠端采集裝置的數(shù)據(jù)信息解碼，將數(shù)據(jù)進行初步處理，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需要提供WCF接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源的裝載，傳送到監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。通訊前置機將會連接多個RTU，數(shù)據(jù)的交互量是相當?shù)念l繁而且數(shù)據(jù)量很大，在以輪循方式讀取串口數(shù)據(jù)與利用線程池的方式中，根據(jù)大量的測試，系統(tǒng)選擇了更穩(wěn)定可靠的線程池技術(shù)。

　　4.3監(jiān)控畫面

　　實時數(shù)據(jù)的顯示部分是呈現(xiàn)給用戶查看，系統(tǒng)必須做到友好、直觀、形象。實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示就是把現(xiàn)場中的真空接觸器、斷路器、刀閘等實際器件的狀態(tài)顯示給用戶。根據(jù)IEC61970配電網(wǎng)絡(luò)的電氣特性的信息模型,系統(tǒng)用圖片組態(tài)模塊組態(tài)出特定的電氣元件圖形，連接上實時的數(shù)據(jù)就完成了對現(xiàn)場的運行狀態(tài)監(jiān)控。

　　4.4故障濾波與通訊報文監(jiān)測

　　故障濾波與通訊報文都是提供工程人員分析數(shù)據(jù)的依據(jù)，前者是對電網(wǎng)出現(xiàn)故障的記錄與分析，而后者是對通訊前置機與RTU裝置通訊狀態(tài)的實時監(jiān)測。

　　4.5事件報警管理

　　自動彈出裝置監(jiān)測出的報警狀態(tài)信息并記錄所有產(chǎn)生的操作信息、提示信息、報警信息等。系統(tǒng)根據(jù)不同的事件報警類型播報不同的報警聲音。另外還應(yīng)用了TTS發(fā)音技術(shù)將可以選擇將報警信息語音播報。

　　4.6定值修改

　　遙控命令和裝置參數(shù)設(shè)定就是通過定值修改，完成對電站的刀閘開閉狀態(tài)下發(fā)，數(shù)據(jù)信息的召喚等。

　　5數(shù)據(jù)庫模塊

　　數(shù)據(jù)庫中監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，也是設(shè)計的難點，它處于各功能模塊的樞紐。數(shù)據(jù)庫的分布如圖2所示，系統(tǒng)綜合應(yīng)用傳統(tǒng)的文件保存、數(shù)據(jù)庫保存及內(nèi)存保存，即文件數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)庫（Mysql）、實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫就是一個類（DataManger），通訊前置機傳送的所有數(shù)據(jù)都先初始化裝載到這個類中，歷史數(shù)據(jù)庫與文件保存數(shù)據(jù)也都通過該類中查詢得到。MySql數(shù)據(jù)庫為多種編程語言提供了API、優(yōu)化的SQL查詢算法、多線程技術(shù)以及開發(fā)源代碼等優(yōu)點，所以系統(tǒng)把其選作數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)[3]。

　　監(jiān)控畫面所用的數(shù)據(jù)都是來自實時數(shù)據(jù)庫，該類用定時的方式被不斷的刷新。這些數(shù)據(jù)直接用作實時曲線、實時棒圖、畫面中開關(guān)狀態(tài)等的數(shù)據(jù)源。然而例如故障信息、指定要長期保存的少量數(shù)據(jù)實時我們采用文件保存的方式，這些數(shù)據(jù)是非共享的。對于大量的采集數(shù)據(jù)信息，而且需要共享的數(shù)據(jù)采用Mysql數(shù)據(jù)庫中。這樣通過結(jié)合以上儲存數(shù)據(jù)方式，數(shù)據(jù)庫不但保證了共享性、完整性，也減少系統(tǒng)內(nèi)存負擔，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

　　數(shù)據(jù)庫層與交互層中間加入了邏輯層，讓其完全的分離。邏輯層肩負著數(shù)據(jù)查詢、保存的任務(wù)，向下直接操作數(shù)據(jù)庫，向上則通過WCF服務(wù)的方式傳送。采取這樣的方式主要考慮到界面層與底層數(shù)據(jù)的獨立性，以WCF作為中間介質(zhì)，只要保證對外公布接口不變，其兩端的變化都不會互相影響，對以后系統(tǒng)升級維護打下良好基礎(chǔ)。

　　圖2數(shù)據(jù)庫分布

　　5.1歷史數(shù)據(jù)報表

　　上文已對數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、分布等做了介紹。歷史數(shù)據(jù)報表對Mysql中歷史數(shù)據(jù)進行提取。根據(jù)裝置對電流、電壓、功率、電能量的整點抄表、累計，設(shè)備的運行工況、時間統(tǒng)計以及合格率、負荷率等技術(shù)統(tǒng)計，可按事故、測量、計量報表，分時報表、班報表、日報表、月報表、年報表等條件相結(jié)合動態(tài)設(shè)計RDLC報表，最后向邏輯層請求服務(wù)。將傳送回來的數(shù)據(jù)填充到報表中[4]。RDLC報表提供了在豐富的功能，比如鉆取與打印功能，滿足了電力行業(yè)對數(shù)據(jù)頻繁的打印的需求及鉆取直觀的曲線圖及柱狀圖。

　　5.2變量組數(shù)據(jù)報表

　　變量組數(shù)據(jù)報表的數(shù)據(jù)源是文件數(shù)據(jù)庫?？筛鶕?jù)自定義時間間隔、最大值、最小值、實時值、平均值等條件查詢。這種形式的報表是展現(xiàn)到監(jiān)控畫面中的屏幕報表模塊，以變量、變量組、變量曲線、變量棒圖四種方式顯現(xiàn)數(shù)據(jù)。

　　6關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

　　6.1關(guān)鍵技術(shù)介紹

　　采用B/S模式的監(jiān)控系統(tǒng)中，實時更新監(jiān)控畫面中的圖元狀態(tài)及報警信息需要客戶端通過向服務(wù)器發(fā)送請求，響應(yīng)并發(fā)送通過靜態(tài)文本的方式回傳到客戶端。系統(tǒng)自動報警信息，在傳統(tǒng)的C/S模式中是很容易實現(xiàn)的。為提供給用戶友好、形象的人機交互的體驗，系統(tǒng)采用Microsoft的Silverlight技術(shù)，它是一個跨瀏覽器、跨平臺的技術(shù)，能夠設(shè)計、開發(fā)和發(fā)布有多媒體體驗與富交互(RIA,RichInterfaceApplication)的網(wǎng)絡(luò)交互程序[5]。

　　系統(tǒng)中各模塊的數(shù)據(jù)連接采用WCF技術(shù)，它是基于Windows平臺下開發(fā)和部署服務(wù)的SDK，為服務(wù)提供了運行時環(huán)境，使得開發(fā)者能夠?qū)LR類型公開為服務(wù)，又能夠以CLR類型的方式使用服務(wù)[6]。在系統(tǒng)里各個模塊的數(shù)據(jù)通訊都以WCF連接，這使得模塊之間分布變得獨立。監(jiān)控畫面中利用Silverlight與WCF技術(shù)相結(jié)合，把服務(wù)器數(shù)據(jù)推送至網(wǎng)頁中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示，并且在數(shù)據(jù)刷新與界面顯示部分采用了多線程技術(shù)，大大的減小了CPU使用率。

　　6.2關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

　　6.2.1實時數(shù)據(jù)連接

　　實時數(shù)據(jù)連接到監(jiān)控畫面就是上文中多線程與WCF技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的實例。實時數(shù)據(jù)包括SOE量、操作量、模擬量、數(shù)字量及累加量，這五種數(shù)據(jù)來自于通訊前置機。對于數(shù)據(jù)的連接這里有兩種方式通過服務(wù)獲得。一種采用網(wǎng)頁主動詢問的方式，即在Silverlight客戶端通過定時器向通訊服務(wù)主動請求數(shù)據(jù)從更新實時數(shù)據(jù)庫(DataManger)。方式二采用通訊服務(wù)器推送，客戶端被動接收數(shù)據(jù)，即服務(wù)器接收到RTU傳上的數(shù)據(jù)，就通過WCF回調(diào)將數(shù)據(jù)推送到客戶商。以上兩種方式各有優(yōu)勢，前者客戶端負擔減小而通訊服務(wù)器則加重了，后者反之。就系統(tǒng)自身而言，方式二是首選，因為大量的數(shù)據(jù)連接會使人機交互界面響應(yīng)速度受到影響。然而就電力行業(yè)的發(fā)展來看，通訊前置機功能要盡量弱化，因為有時監(jiān)控的環(huán)境是比較惡劣，不能允許部署一臺計算機到現(xiàn)場，結(jié)合實際的情況系統(tǒng)選擇了后者。

　　為了解決上面出現(xiàn)的刷新數(shù)據(jù)而界面受影響的問題，多線程技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)中，Silverlight中的多線程與其它的線程技術(shù)基本是一致的。在Silverlight中調(diào)用WCF是異步的，新建一個工程專門來處理查詢服務(wù)。監(jiān)控畫面模塊訂閱查詢完成事件后調(diào)用此工程，工程將開啟一個新的線程，首先從組態(tài)服務(wù)器獲取需要查詢的數(shù)據(jù)類型，接著按循環(huán)的方式逐個查詢，由于WCF服務(wù)采用異步方式，不能采用常規(guī)的循環(huán)方式，而要利用異步完成事件后，再觸發(fā)下一查詢這樣的環(huán)狀的形式。在監(jiān)控界面邏輯里，采用定時器定時查詢的方式，系統(tǒng)設(shè)置定時周期為1秒，根據(jù)圖片組態(tài)的圖元及連接數(shù)據(jù)的信息，從實時數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

　　6.2.2監(jiān)控畫面繪制

　　Silverlight能夠開發(fā)出具有專業(yè)圖形、音頻和視頻的Web應(yīng)用程序，增強了用戶體驗，系統(tǒng)主要用到了圖形的基本功能，它是一種輕量級的客戶端矢量繪圖。系統(tǒng)繪制圖形分為兩部分：首先是圖片組態(tài)，運用Silverlight中的自定義控件，其中包涵圖元的尺寸、位置、顏色、狀態(tài)等信息。這樣就把每種圖元的控件組合成一個元件庫，在組態(tài)時傳入相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息就能繪制。其次是監(jiān)控畫面，比如運用動畫特效功能，模擬狀態(tài)燈閃爍效果。制作動畫效果結(jié)合ExpressionStudio工具，會使制作變得簡單并且效果會更好。

　　圖元是通過多重Canvas畫布嵌入到圖片的，整張圖片是一個大的畫布，每當繪制一個圖元就用一個小的畫布，然后嵌入到大畫布里。數(shù)據(jù)刷新過程中，可以根據(jù)每個圖元自己的屬性選擇性的刷新，而不會影響到其他圖元的刷新。

　　7系統(tǒng)必備環(huán)境與部署

　　系統(tǒng)必備環(huán)境：

　　操作系統(tǒng)：Windowsxpsp3.NETFramework3.5

　　Web服務(wù)器：IIS5.1

　　數(shù)據(jù)庫：mysql5.9

　　開發(fā)環(huán)境及工具：MicrosoftVisualStudio2010，Silverlight4，WCF，ASP.NET。

　　客戶端：IE6.0以上，火狐等主流瀏覽器，Silverlight4網(wǎng)頁插件。

　　系統(tǒng)部署：

　　Web服務(wù)器：在網(wǎng)頁的承載方式上，系統(tǒng)選擇了IIS，IIS是Web服務(wù)器中比較常用的軟件，使用方便，操作簡單，性能穩(wěn)定。部署IIS是一個非常關(guān)鍵并且復(fù)雜的過程，網(wǎng)站涉及到虛擬目錄，創(chuàng)建網(wǎng)站等操作，直接制作web安裝程序，中間有大量的配置是靈活改變的，就變的相當?shù)臒┈嵙?。制作一個自動安裝IIS的程序，包括以下幾個主要步驟，軟件環(huán)境檢測（不同系統(tǒng)采用不同IIS版本）、Webconfig修改、新建網(wǎng)站(文件解壓->創(chuàng)建網(wǎng)站->瀏覽網(wǎng)站)、IIS附加功能(查看站點、開啟站點，停止站點、重啟IIS、停止IIS、啟動IIS）。

　　考慮數(shù)據(jù)庫的安全性，必須將其獨立的部署到一臺計算機，通訊前置機與WCF服務(wù)器部署在一起，WEB服務(wù)器獨立運行。運行上文介紹的部署安裝包，系統(tǒng)就可以正常運行起來。

　　8總結(jié)

　　系統(tǒng)在.NET平臺下完成了基于WEB的電力監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了Microsoft公司大力推廣WCF、Silverlight等前沿技術(shù)。系統(tǒng)能通過局域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)實時的、有效的、直觀的對電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量進行監(jiān)測、分析與遙控。在客戶端只要求安裝Silverlight插件。服務(wù)器維護簡單，工作性能安全可靠等優(yōu)點。系統(tǒng)現(xiàn)已通過發(fā)布前的測試階段，正式應(yīng)用于變電站工程中，為變電站的工作人員提供了分析電力系統(tǒng)故障及遠程遙控提供了有效的保障。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等限制，使得系統(tǒng)相比于C/S模式略有滯后，希望大家共同努力改進，提高系統(tǒng)性能。

　　參考文獻

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