《集抄系统》PPT课件.ppt

2009-12,电力集抄系统-系统概括,第一：分析集抄系统背景，介绍其研发及应用内容。第二：提出一种适应多种不同电力系统用户需求的集抄系统架构设计方案，介绍了系统各组成部分的主要功能，并对方案的实用性、可行性进行了说明。第三：对于主站软件系统的各个组成部分（通讯服务器、前置机、WEB及应用服务器、客户端等四个子系统）进行了详细论述，对于各子系统使用的进行详细说明。第四：对全文进行了总结，并对未来集抄系统提出一些设想。,本文结构,对于供电部门和用户来说，人工抄表收费一直是一大难题，存在难入户、抄表人工费用高、人为可操作因素大等缺点。由于我国采取“一户一表”制，抄表系统数据采集点多、数据量大，采集点极其分散。随着通信技术、计算机网络技术及数字信号处理技术的快速发展，出现了多种自动抄表技术。自动抄表(Automatic Meter Reading-AMR)是指采用通信和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据。采用自动抄表技术，不仅能节约人力资源，更重要的是可提高抄表的准确性，使供用电管理部门能及时准确获得数据信息，并进行负荷预测及控制，以实现电力行业整体经济效益的提高和管理水平的进步。“抄表数据自动传输”是自动抄表技术的一个重要环节。传统上出现过载波传输、专用无线传输、GSM短信传输等多种方式，每种方式各有优缺点。载波传输费用较低，但是可靠性不高，随距离增加信号衰减明显；专用无线传输（如230兆赫负控专用无线信道）通讯可靠但需要投资进行基站建设与维护；GSM短信方式费用低廉但传输信息少，实时性差，仅适合居民定时抄表，不适合实时性较强的大用户、变电站抄表与监控。,集抄系统背景介绍,随着经济、社会的不断发展，电力在社会中的重要性不断提高。如何实现电力用户及居民用户的电表远程集抄问题日益成为配电、用电领域研究的新课题。同时，随着计算机及通讯技术的发展，GPRS技术也已经非常成熟，将GPRS技术应用于电力集抄系统中已经成为当前电力行业的一个研究热点。总体来说，基于GPRS的电力集抄系统包含主站软件和硬件终端产品两部分。主站软件具体实现终端的管理、远程控制、远程抄表、负荷控制等功能；硬件终端根据主站制定的方案进行电表的实时监测与管理。基于GPRS的电力集抄系统软件的设计与实现方法，具体包括主站软件和终端软件两部分。,集抄系统背景介绍,电力集抄系统用途说明,各地电业局（供电公司或电业公司）需要对所管辖区域的用电及电力分配等进行管理。一般市、县级电业局抄表工作可以分为：大用户、居民、变电站等三类。大用户抄表一般是指对当地的工厂、企业等用电大户的电表抄收。居民抄表即对普通居民住宅电表的抄收。变电站抄表是电业局对所属变电站关口表进行抄收。整个集抄系统由软件系统和硬件终端设备组成。硬件终端负责对电表进行抄收，根据不同类型可以分为变电站终端、居民终端、负控终端（大用户）等多种，GPRS集抄终端采用GPRS进行通讯传输，内置GRPS通信模块。一般GPRS终端除具备抄表功能外，往往还具备一些其它监测功能，如防窃电、负荷控制等。几种抄表系统的示意图如图所示。,各个抄表系统示意图,我国各地区电力发展水平参差不齐，工业较发达地区、沿海地区电力系统资金充裕，可以在集抄系统建设上投入大量资金，配置高档服务器、架设通讯专线。而一些经济发展相对落后的地区，能够投入集抄系统建设的资金相对较少，基本都是采用多个应用系统跑在一台服务器上，同时一般也没有充足资金进行专网建设，集抄系统往往直接运行在公网Internet上。有些电力系统用户对于内部人员上外网不加限制，而另外一些用户则严格限制上网计算机，这样就导致集抄客户端需要充分考虑到客户端计算机是否能够直接连接公网。因此，系统架构的设计要充分考虑现场的实际情况，至少要能符合下列要求。,集抄系统现状,1)网络架构支持VPN，同时也要能支持采用公网情况。2)既能满足拥有上网专线的用户需要，又要满足用户没有固定IP地址而采用动态分配IP地址上网的情况。3)要支持多个管理客户端程序同时运行。4)要满足有些用户管理客户端无法访问互联网、但是要能操作集抄系统的特殊情况。5)多客户端同时控制多终端情况下，要能实现GPRS通讯流量最少，达到给用户节约费用的目的。,集抄系统现状,软件系统整体架构设计,考虑到以上的各种情况，软件系统可以分为以下几个组成部分：通讯服务器系统、前置机系统、WEB服务及应用服务器系统、客户端系统。具体结构图如下：,通讯服务器,通讯服务器（Communication Server）主要功能有：接收并维护和现场GPRS终端的数据连接。接收前置机发出的命令，将命令转发给相应终端。接收终端上报的数据和命令执行的结果，并转发给前置机。提供基于Web的终端在线状况查询。通讯服务器需要实时和终端保持连接，因此在基于公网Internet的模式下，通讯服务器需具有静态公网IP地址或全球唯一域名，终端和前置机通过IP地址或域名与通讯服务器进行通讯。对于基于VPN的网络模式，通讯服务器需要具备VPN内静态IP地址即可。,通讯服务器功能设计,通讯服务器软件结构设计,终端采用中国移动GPRS无线网络以TCP/IP协议连接到通讯服务器指定端口，通讯服务器获取TCP连接的Socket对象，收取Socket对象缓冲区报文，验证终端注册报文，非法直接关闭此连接，报文合法直接添加到终端处理列表，有其他线程处理此终端对象的数据传输。通讯服务器通过固定端口与前置机通讯。通讯服务器和前置机建立连接（TCP）后，首先验证前置机是否合法，通过验证后，前置机和通讯服务器就建立一定数量的数据连接通道，通过将一直保留，直到前置机关机或网络故障。,关键：通讯服务器如何与终端、前置机进行数据交互,前置机系统,前置机系统对客户端提供一个虚拟的终端指令集，使得客户端不需要考虑类型众多的终端的物理指令问题，由前置机软件将虚拟终端指令翻译成物理终端指令发送给通讯服务器实际执行。前置机系统和通讯服务器系统功能组成整个集抄系统的通信任务。具体来说前置机系统主要功能有：接收客户端虚拟指令，将虚拟指令转换成实际不同类型终端操作物理指令，然后将物理指令发送到终端。对于客户端发过来的大量指令进行排队处理，按照优先级、指令类型等排队。接收终端主动上报的报警、抄收数据等。将接收到的报警、数据发送给客户端、应用服务器。提供多级缓存机制，一方面保证数据不会重复抄收，另一方面保证在前置机和客户端、应用服务器网络故障情况下数据不丢失。建立和保持同通讯服务器、应用服务器的连接。监测并维护客户端状态。,前置机系统软件结构设计,前置机系统作为整个集抄系统的控制与数据转发中心，承担的任务极其重要，因此整个系统的工作机制设计要充分考虑到实时性、稳定性、可靠性。首先，前置机要时刻保持与通信服务器的数据通道连接，以便可以实时接收到通讯服务器发上来的报警信息和抄收的数据。对于接收到的数据，在无法及时将数据、报警发送到客户端时（如网络故障等），需要对数据进行缓存，在系统正常后补送数据。,前置机系统软件结构设计,工作过程说明如下：指令处理模块将接收到的抄收指令按照负控、实时、定时的从高到低三个优先级别按终端进行数据的抄收操作。客户端通过TCP向前置机发出操作指令，前置机接收到指令后按照终端分组并排队以等待指令处理模块进行处理。客户端发送给前置机的指令都是内部虚拟指令，前置机根据收到的虚拟指令自动转换成物理终端对应的指令。当前置机系统启动后自动连接通讯服务器建立命令通道，并主动与通讯服务器建立主动数据通道、缓存数据通道进行数据通讯。前置机通过接收客户端发送的心跳信息，建立对应的客户端在线状态列表，以便在收到主动报警数据时发送在线客户端。对接收到的数据进行规约解析后，前置机将分析好的数据发送给应用服务器进行数据的存储操作。,前置机系统软件结构设计,应用服务器及WEB服务器,WEB及应用服务器系统包括：应用服务器系统、WEB服务两部分。应用服务器基于三层结构模式对表现层、业务逻辑和数据操作进行封装，以组件形式通过Web Service、Remoting等形式提供给客户端和前置机系统使用。其主要实现的功能有：基础数据类的封装。如：电表类、终端类、实时数据类、定时数据类、报警类等。实现异种数据库操作的封装。向下可支持SQL Server、Sybase、Oracle等常见大型数据库；向上以类和对象的形式为上层应用提供服务。业务逻辑类的封装。如：各种统计分析类、报表类、线损计算类等。提供数据库连接池功能，减少数据库连接的数量、提高使用效率。根据定时抄收计划方案，形成抄收命令定时抄收并保存数据到数据库。提供一定的数据缓存功能，提高数据检索、数据操作效率。实现所有数据操作的封装，提高了数据库的安全性。,应用服务器系统结构设计,工作过程说明如下：应用服务器系统主要提供3个方面的功能：数据库操作、定时任务形成和业务逻辑操作。具体说明如下。提供访问、操作数据库的功能。整个系统涉及到的数据库操作包括：客户端对数据库的访问、前置机抄收数据写库操作等。应用服务器以Remoting的方式对前置机、客户端提供SQL数据操作代理对象，一方面实现了数据库操作的完美封装和数据库无关性，另一方面保持最低的数据库连接个数，降低数据库购买费用。（即仅仅使用几个数据库连接来完成所有系统的数据库功能，这样是的购买大型数据库所投入的费用大大降低）。提供业务逻辑功能的封装。具体包括Web、客户端需要的综合数据查询、信息浏览、报表统计分析功能、定时计算需要的计算功能、Web实时数据显示需要的实时数据刷新功能。应用服务器通过Web Service和Remoting两种方式提供给WEB发布、前置机、客户端使用业务逻辑功能组件。定时抄收任务的执行。应用服务器还肩负着执行定时任务的功能。应用服务器定时检查数据库中是否有新的定时任务或到点要执行的任务，找到后形成指令表发送给前置机，前置机去执行。前置机执行的结果返回给应用服务器，通过Remoting 的方式写入数据库。,应用服务器系统结构设计,客户端对数据的管理是通过Remoting方式对应用服务器的操作数据库实现的。数据的插入、删除、更新操作以及数据的统计、查询分析都是在应用服务器上进行；客户端与数据库服务器为物理隔离，最大限度保证了数据库的安全性。,客户端结构设计,客户端结构设计,客户端系统,客户端将系统功能、操作展现给用户，接收用户的命令并进行初步处理。根据命令的不同性质，和前置机进行TCP/IP通讯或者调用应用服务器相应功能（通过Web Service或Remoting技术）来完成用户的操作。具体功能列表如下：基本信息管理，包括：终端、电表、变电站、线路、客户等管理。通讯控制管理，包括：终端参数设置、负荷控制、电表参数设置、实时数据抄收、报警数据抄收等。数据查询，包括：实时数据、整点数据、极值数据、电表数据（单表、多表、日电量、月电量、小时电量等）、报警数据、电压合格率、供电可靠性、购电量等。统计分析，包括：母线不平衡率（日、月、任意时间段）、线损分析（日、月、任意时间段等）、变损统计（日、月、任意时间段）等。曲线（棒图）查询：整点（日、月、任意时间段）数据曲线、电量（小时、日、月、任意时间段）数据曲线、损耗数据（日母线不平衡率、月母线不平衡率、日变损、月变损、日线损、月线损等）曲线等，可以进行不同表或不同年的对比查询。报表管理，包括：表码报表、电量报表、损耗报表等多种报表。自定义报表功能。在系统内部数据基础上实现灵活的自定义报表功能。,后台数据库系统,由于整个系统基于三层架构设计，由应用服务器提供访问数据库的相关组件，因此对于上层的软件模块来说是无法知道具体数据库使用情况的。故系统可以方便的应用于各种大型数据库，如Oracle、Sybase、MS SQL Server等。系统在设计数据操作层（Data Access Layer）时，采用了设计模式中常用的工厂模式（Factory)，仅仅需要对配置文件进行简单的修改就可以实现后台数据库的更换。,结束语,基于GPRS技术的电力集中抄表系统技术已经趋于成熟，浙江、山东等用电大省已经开始制定GPRS集抄主站与终端系统等的技术规范。本文中所提出的主站整体架构、设计思路等也完全符合山东规约的技术要求。根据抄表技术的发展、计算机及信息技术的发展，我们在以下问题上还需要进一步的研究：1.对于终端采用UDP协议通信的系统架构与设计的研究。2.基于3G技术的终端与主站系统的研究。3.将SOA应用于电力集抄系统软件设计。4.进一步提高终端与主站的通信响应速度。5.对于终端实现多任务、多进程的软件设计。,谢 谢,山东科华电气有限公司,