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(yuǎn)程的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行安全參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的突發(fā)事件自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站環(huán)境空間的安全防范及對(duì)必要生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)可視化的管理[1]。

　　電力系統(tǒng)迅速發(fā)展以及對(duì)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(jī)是上位機(jī)數(shù)據(jù)前端。所有來自于下位機(jī)的數(shù)據(jù)信息都按照標(biāo)準(zhǔn)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(jī)。當(dāng)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?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及文件數(shù)據(jù)庫(kù)中，提供給WEB服務(wù)器使用。通訊前置機(jī)技術(shù)上支持多種RTU，智能儀表、智能模塊，甚至支持帶標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的PLC，這使得監(jiān)控系統(tǒng)的通用性強(qiáng)、可移植性強(qiáng)。

　　客戶端運(yùn)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(qǐng)求，經(jīng)過服務(wù)器響應(yīng)相應(yīng)的請(qǐng)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(shí)體，下位裝置有多種類型與多種系列，比如線路保護(hù)裝置、變壓器保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置等。所組態(tài)出來的單元就與之相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)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(duì)通訊要做到實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、安全?；谶@些性能要求，系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)了以下8部分功能：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)召喚（通訊前置機(jī)上完成）、數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示（監(jiān)控畫面）、網(wǎng)頁(yè)報(bào)表、故障濾波、事件報(bào)警管理、定值修改、通訊報(bào)文監(jiān)測(cè)等。以上幾種功能主要是圍繞現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)召喚、實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)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(duì)安全性能要求，門禁設(shè)計(jì)過程中采用把口令、權(quán)限與級(jí)別相結(jié)合的方式，下發(fā)給用戶不同的級(jí)別，并授予相應(yīng)的權(quán)限?？蛻暨M(jìn)入系統(tǒng)需要輸入口令，并通過驗(yàn)證才能進(jìn)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(shí)，必須驗(yàn)證有正確的口令，達(dá)到一定的級(jí)別以及具有相應(yīng)的權(quán)限才能進(jìn)行操作。

　　4.2通訊前置機(jī)

　　完成來自遠(yuǎn)端采集裝置的數(shù)據(jù)信息解碼，將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要提供WCF接口，實(shí)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(jī)將會(huì)連接多個(gè)RTU，數(shù)據(jù)的交互量是相當(dāng)?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(cè)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(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示就是把現(xiàn)場(chǎng)中的真空接觸器、斷路器、刀閘等實(shí)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(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)就完成了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

　　4.4故障濾波與通訊報(bào)文監(jiān)測(cè)

　　故障濾波與通訊報(bào)文都是提供工程人員分析數(shù)據(jù)的依據(jù)，前者是對(duì)電網(wǎng)出現(xiàn)故障的記錄與分析，而后者是對(duì)通訊前置機(jī)與RTU裝置通訊狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

　　4.5事件報(bào)警管理

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

　　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(duì)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(kù)模塊

　　數(shù)據(jù)庫(kù)中監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，它處于各功能模塊的樞紐。數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)保存及內(nèi)存保存，即文件數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)（Mysql）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)就是一個(gè)類（DataManger），通訊前置機(jī)傳送的所有數(shù)據(jù)都先初始化裝載到這個(gè)類中，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)為多種編程語(yǔ)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(diǎn)，所以系統(tǒng)把其選作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)[3]。

　　監(jiān)控畫面所用的數(shù)據(jù)都是來自實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，該類用定時(shí)的方式被不斷的刷新。這些數(shù)據(jù)直接用作實(shí)時(shí)曲線、實(shí)時(shí)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(zhǎng)期保存的少量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)我們采用文件保存的方式，這些數(shù)據(jù)是非共享的。對(duì)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(kù)中。這樣通過結(jié)合以上儲(chǔ)存數(shù)據(jù)方式，數(shù)據(jù)庫(kù)不但保證了共享性、完整性，也減少系統(tǒng)內(nèi)存負(fù)擔(dān)，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)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(fù)著數(shù)據(jù)查詢、保存的任務(wù)，向下直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)，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(dú)立性，以WCF作為中間介質(zhì)，只要保證對(duì)外公布接口不變，其兩端的變化都不會(huì)互相影響，對(duì)以后系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)打下良好基礎(chǔ)。

　　圖2數(shù)據(jù)庫(kù)分布

　　5.1歷史數(shù)據(jù)報(bào)表

　　上文已對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、分布等做了介紹。歷史數(shù)據(jù)報(bào)表對(duì)Mysql中歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。根據(jù)裝置對(duì)電流、電壓、功率、電能量的整點(diǎn)抄表、累計(jì)，設(shè)備的運(yùn)行工況、時(shí)間統(tǒng)計(jì)以及合格率、負(fù)荷率等技術(shù)統(tǒng)計(jì)，可按事故、測(cè)量、計(jì)量報(bào)表，分時(shí)報(bào)表、班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表等條件相結(jié)合動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)RDLC報(bào)表，最后向邏輯層請(qǐng)求服務(wù)。將傳送回來的數(shù)據(jù)填充到報(bào)表中[4]。RDLC報(bào)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(duì)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(bào)表

　　變量組數(shù)據(jù)報(bào)表的數(shù)據(jù)源是文件數(shù)據(jù)庫(kù)。可根據(jù)自定義時(shí)間間隔、最大值、最小值、實(shí)時(shí)值、平均值等條件查詢。這種形式的報(bào)表是展現(xiàn)到監(jiān)控畫面中的屏幕報(bào)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(shí)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(shí)時(shí)更新監(jiān)控畫面中的圖元狀態(tài)及報(bào)警信息需要客戶端通過向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)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(dòng)報(bào)警信息，在傳統(tǒng)的C/S模式中是很容易實(shí)現(xiàn)的。為提供給用戶友好、形象的人機(jī)交互的體驗(yàn)，系統(tǒng)采用Microsoft的Silverlight技術(shù)，它是一個(gè)跨瀏覽器、跨平臺(tái)的技術(shù)，能夠設(shè)計(jì)、開發(fā)和發(fā)布有多媒體體驗(yàn)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(tái)下開發(fā)和部署服務(wù)的SDK，為服務(wù)提供了運(yùn)行時(shí)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(gè)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(dú)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(yè)中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動(dòng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連接

　　實(shí)時(shí)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(shí)例。實(shí)時(shí)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(jī)。對(duì)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(yè)主動(dòng)詢問的方式，即在Silverlight客戶端通過定時(shí)器向通訊服務(wù)主動(dòng)請(qǐng)求數(shù)據(jù)從更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)(DataManger)。方式二采用通訊服務(wù)器推送，客戶端被動(dòng)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(shì)，前者客戶端負(fù)擔(dān)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?yàn)榇罅康臄?shù)據(jù)連接會(huì)使人機(jī)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(jī)功能要盡量弱化，因?yàn)橛袝r(shí)監(jiān)控的環(huán)境是比較惡劣，不能允許部署一臺(tái)計(jì)算機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合實(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)器定時(shí)查詢的方式，系統(tǒng)設(shè)置定時(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(qiáng)了用戶體驗(yàn)，系統(tǒng)主要用到了圖形的基本功能，它是一種輕量級(jí)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(yùn)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(gè)元件庫(kù)，在組態(tài)時(shí)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(yùn)用動(dòng)畫特效功能，模擬狀態(tài)燈閃爍效果。制作動(dòng)畫效果結(jié)合ExpressionStudio工具，會(huì)使制作變得簡(jiǎn)單并且效果會(huì)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(gè)大的畫布，每當(dāng)繪制一個(gè)圖元就用一個(gè)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(gè)圖元自己的屬性選擇性的刷新，而不會(huì)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(kù)：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(yè)插件。

　　系統(tǒng)部署：

　　Web服務(wù)器：在網(wǎng)頁(yè)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(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。部署IIS是一個(gè)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(dāng)?shù)臒┈嵙?。制作一個(gè)自動(dòng)安裝IIS的程序，包括以下幾個(gè)主要步驟，軟件環(huán)境檢測(cè)（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(diǎn)、開啟站點(diǎn)，停止站點(diǎn)、重啟IIS、停止IIS、啟動(dòng)IIS）。

　　考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性，必須將其獨(dú)立的部署到一臺(tái)計(jì)算機(jī)，通訊前置機(jī)與WCF服務(wù)器部署在一起，WEB服務(wù)器獨(dú)立運(yùn)行。運(yùn)行上文介紹的部署安裝包，系統(tǒng)就可以正常運(yùn)行起來。

　　8總結(jié)

　　系統(tǒng)在.NET平臺(tái)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(shí)時(shí)的、有效的、直觀的對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析與遙控。在客戶端只要求安裝Silverlight插件。服務(wù)器維護(hù)簡(jiǎn)單，工作性能安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)現(xiàn)已通過發(fā)布前的測(cè)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(yuǎn)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(jìn)，提高系統(tǒng)性能。

　　參考文獻(xiàn)

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