0  引言

    計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)（又簡(jiǎn)稱(chēng)“四線一庫(kù)”系統(tǒng)）是指：?jiǎn)蜗嘀悄茈娔鼙碜詣?dòng)化檢定系統(tǒng)、三相智能電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)^[1]、低壓電流互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)^[2]、用電采集終端自動(dòng)化檢定系統(tǒng)、智能化倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房。“四線一庫(kù)”是在國(guó)家電網(wǎng)公司“三集五大”中營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)之一的“省級(jí)計(jì)量中心生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)”（MDS）的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。

    “四線一庫(kù)”總控技術(shù)支持系統(tǒng)（MCS）^[3-4]作為主要對(duì)“四線一庫(kù)”的集中調(diào)度、控制的系統(tǒng)，在其中集成了各“四線一庫(kù)”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(duì)“四線一庫(kù)”系統(tǒng)信息進(jìn)行采集和整合的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

1  系統(tǒng)分析

1.1  現(xiàn)存問(wèn)題

1.1.1  信息孤島問(wèn)題

    目前“四線一庫(kù)”系統(tǒng)作為各省公司計(jì)量中心的生產(chǎn)核心，存在一些問(wèn)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(jì)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(jī)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(dú)立實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)，無(wú)統(tǒng)一規(guī)范。

1.1.2  信息建模問(wèn)題

    已有的MDS四線一庫(kù)接口^[6]主要關(guān)注檢定任務(wù)、出入庫(kù)任務(wù)的下發(fā)和最終執(zhí)行情況。其中實(shí)現(xiàn)了各檢定、倉(cāng)儲(chǔ)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(duì)應(yīng)接口可擴(kuò)展性較低的問(wèn)題。主要原因?yàn)樵谝延邢到y(tǒng)中未建立統(tǒng)一可擴(kuò)展的傳輸信息模型。

1.1.3  響應(yīng)效率問(wèn)題

    需要監(jiān)控的“四線一庫(kù)”各系統(tǒng)信息粒度較細(xì)，數(shù)據(jù)較大，會(huì)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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(jí)計(jì)量中心實(shí)現(xiàn)對(duì)于各檢定、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的監(jiān)控，需要建立對(duì)“四線一庫(kù)”系統(tǒng)實(shí)時(shí)統(tǒng)一監(jiān)控的平臺(tái)，解決各套系統(tǒng)的信息整合問(wèn)題。MCS基于“四線一庫(kù)”全場(chǎng)景信息的狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究成果，結(jié)合浙江計(jì)量中心計(jì)量生產(chǎn)的實(shí)際情況和業(yè)務(wù)需要設(shè)計(jì)和研發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)“四線一庫(kù)”的集中調(diào)度、分級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)計(jì)量生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中存在的問(wèn)題和隱患，提供實(shí)時(shí)預(yù)警功能。

    MCS使用OSGi的技術(shù)框架^[7-8]，實(shí)現(xiàn)模塊的可插拔部署。各功能作為組件構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，具有較高的可移植性和可擴(kuò)展性。模塊（Bundle）為OSGi框架中的最基本單位，各模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中需要的各類(lèi)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(shí)現(xiàn)功能劃分有：告警監(jiān)控、流程監(jiān)控、樓層監(jiān)控、計(jì)劃監(jiān)控、接口運(yùn)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(fù)責(zé)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(guò)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展，能夠基于對(duì)應(yīng)的編碼進(jìn)行擴(kuò)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(jì)和實(shí)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(jìn)行通信。Web Service具有良好的互操作性、良好的封裝性、廉價(jià)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(kāi)發(fā)Web Service服務(wù)端，接收和解析各類(lèi)消息，作為通信消息或者控制消息使用。各檢定及倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中開(kāi)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(jìn)行異構(gòu)系統(tǒng)間通信時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)考慮數(shù)據(jù)的建模問(wèn)題。從監(jiān)控對(duì)象、數(shù)據(jù)分類(lèi)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3個(gè)角度進(jìn)行信息建模。

2.2.1  數(shù)據(jù)對(duì)象

    在MCS中，系統(tǒng)的資產(chǎn)按層級(jí)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(cè)以及自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)；裝置為系統(tǒng)下的各類(lèi)生產(chǎn)單元，如檢定系統(tǒng)下的外觀監(jiān)測(cè)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(jí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和展示?？赏ㄟ^(guò)面向?qū)ο螅∣O）^[13]的思維對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)象主要為裝置的數(shù)據(jù)對(duì)象。標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)對(duì)象可用一串編碼字符串，編號(hào)規(guī)則見(jiàn)表1。

    電氣設(shè)備編號(hào)示例如圖2，表示“自動(dòng)化單相01號(hào)單元01號(hào)檢定裝置027號(hào)壓接氣缸”。如想標(biāo)識(shí)裝置或系統(tǒng)一層，截取編號(hào)中前面對(duì)應(yīng)位數(shù)即可，如1101208001表示“自動(dòng)化單相01號(hào)單元01號(hào)檢定裝置”，“1101”表示“自動(dòng)化單相01號(hào)單元”。

2.2.2  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

    每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象中包含基本信息和業(yè)務(wù)信息，均作為對(duì)象中屬性存在（可見(jiàn)2.3第報(bào)文規(guī)范）。其中，基本信息包含數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)、交互規(guī)范版本、發(fā)送及接收方信息、交互時(shí)間等。業(yè)務(wù)信息包含數(shù)據(jù)對(duì)象信息，如狀態(tài)、業(yè)務(wù)數(shù)量和處理時(shí)長(zhǎng)等。

2.2.3  數(shù)據(jù)分類(lèi)

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

2.3  報(bào)文規(guī)范

    傳輸?shù)膶?duì)象格式為自行定義的XML格式，報(bào)文詳細(xì)格式內(nèi)容如圖3所示。

    從圖3中可見(jiàn)，報(bào)文的基礎(chǔ)信息在報(bào)文的根節(jié)點(diǎn)（DBSET）中，在其下放置各信息，類(lèi)似于定義類(lèi)的屬性。這樣后期的修改和擴(kuò)展較為靈活，可根據(jù)各自需要修改詳細(xì)的報(bào)文規(guī)范，在報(bào)文中進(jìn)行字段的增刪改操作，對(duì)接口交互部分無(wú)影響。

2.4  信息處理步驟

    數(shù)據(jù)的交互處理在“四線一庫(kù)”系統(tǒng)與MCS之間進(jìn)行。MCS收集并處理四線一庫(kù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在處理完成后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)；

    （3）開(kāi)啟線程，通過(guò)DOM將XML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為普通java對(duì)象格式；

    （4）開(kāi)啟數(shù)據(jù)處理線程，對(duì)對(duì)象進(jìn)行處理。

    由于接收到數(shù)據(jù)后即簡(jiǎn)單判定回復(fù)客戶端（步驟（1）、步驟（2）），與數(shù)據(jù)處理過(guò)程分離，所以交互相應(yīng)速度較快，不會(huì)出現(xiàn)因處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)效果

    在功能方面，目前MCS在浙江省電力公司計(jì)量中心上線運(yùn)行。該系統(tǒng)能在保持各系統(tǒng)低耦合的情況下，實(shí)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(shí)現(xiàn)后續(xù)處理和展示功能；且系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較好，在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，能夠?qū)?shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)易擴(kuò)展，滿足不同系統(tǒng)的不同數(shù)據(jù)項(xiàng)監(jiān)控要求。

    在性能方面，經(jīng)過(guò)調(diào)研，真實(shí)的系統(tǒng)單元數(shù)量及數(shù)據(jù)頻度被獲取并整理?；诖诉M(jìn)行測(cè)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(shí)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(shí)生產(chǎn)環(huán)境需求。

4  結(jié)束語(yǔ)

    在互聯(lián)網(wǎng)思維的影響下，整合各類(lèi)系統(tǒng)資源的需求增多。本設(shè)計(jì)通過(guò)統(tǒng)一報(bào)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(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)整合。通過(guò)整合各類(lèi)信息資源，提高監(jiān)管的精細(xì)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(guó)3

（1. 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司，新疆 烏魯木齊830063；

2. 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院計(jì)量中心，新疆 烏魯木齊830000；

3. 深圳市國(guó)電科技通信有限公司，廣東 深圳518031）