SEC系列智能網(wǎng)關(guān)在云平臺中的應(yīng)用

彭厚嘉

摘? 要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工業(yè)已成為當(dāng)前工業(yè)的主要發(fā)展方向。SEC系列智能網(wǎng)關(guān)（以下簡稱為智能網(wǎng)關(guān)）是結(jié)合公司云平臺遠控系統(tǒng)推出的一款多網(wǎng)卡和多串口嵌入式計算機設(shè)備，搭載低功耗intel Celeron CPU或ARM CPU，支持主流的Linux和Windows操作系統(tǒng)。具有實時數(shù)據(jù)庫、小型關(guān)系數(shù)據(jù)庫、軟件防火墻、用戶認證和鑒權(quán)等功能。內(nèi)置自主研發(fā)的管理軟件和診斷工具，包括眾多的電力系統(tǒng)規(guī)約或自定義規(guī)約。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)關(guān);云平臺遠控;智能發(fā)電

中圖分類號：TN915? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

1 智能網(wǎng)關(guān)硬件參數(shù)

硬件參數(shù)如表1設(shè)備型號及參數(shù)所示。

包括智能網(wǎng)關(guān)的3種型號，主要的硬件參數(shù)以及所支持的操作系統(tǒng)。

2 智能網(wǎng)關(guān)的開發(fā)組件

2.1 基礎(chǔ)庫Qt

智能網(wǎng)關(guān)使用Qt 5.6.3作為主要的開發(fā)類庫，使用Qt開發(fā)的軟件，相同的代碼可以在任何支持的平臺上編譯運行，而不需要修改源代碼。它會自動根據(jù)平臺的不同，表現(xiàn)平臺特有的圖形界面風(fēng)格。經(jīng)過多年發(fā)展，Qt不但擁有了完備的C++圖形庫，而且近年來的版本逐漸集成了數(shù)據(jù)庫、OpenGL庫、多媒體庫、網(wǎng)路、腳本庫、XML庫、WebKit庫等，其核心庫也加入了進程間通信、多線程等模塊，極大地豐富了Qt開發(fā)大規(guī)模復(fù)雜跨平臺應(yīng)用程序的能力，真正意義上實現(xiàn)了其研發(fā)宗旨“Code Less; Create More; Deploy Anywhere”。Qt有4個優(yōu)點。1）具有優(yōu)良的跨平臺特性：支持的操作系統(tǒng)Microsoft Windows， Linux，Solaris，SunOS，HP-UX，F(xiàn)reeBSD 等。2）Qt是面向?qū)ο蟮模篞t對于用戶開發(fā)而言是十分方便的，因為Qt良好的封裝機制令Qt的模塊化程度非常高并且可重用性好。而且在Qt中也提供了一種稱為signals/slots 的安全類型用以代替了callback，這樣子各個元件之間的協(xié)同工作都會變得簡單。3）Qt具有豐富的API：在Qt中包括了至少250個的C++類，并且還提供了基于模板的 collections，serialization，file，I/O device，directory management，date/time 類。甚至還包括正則表達式的處理功能。4）友好的授權(quán)方式，使用 LGPL 協(xié)議開發(fā)閉源程序，如果使用動態(tài)鏈接庫的方式，可以以任何形式發(fā)布應(yīng)用程序，包括商業(yè)的、非商業(yè)的、開源的、非開源的。

2.2 實時數(shù)據(jù)庫 Redis

智能網(wǎng)關(guān)使用Redis作為實時數(shù)據(jù)庫，用來存儲實時數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)控制命令。Redis是一個開源的使用ANSI C語言編寫、支持網(wǎng)絡(luò)、可基于內(nèi)存亦可持久化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫，并提供多種語言的API。

2.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQLite

智能網(wǎng)關(guān)使用SQLite作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫，用來持久化配置參數(shù)。SQLite是一款輕型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，它包括在一個相對小的C庫中，它的設(shè)計目標(biāo)是嵌入式的，而且目前已經(jīng)在很多嵌入式產(chǎn)品中使用了它，它占用資源非常的低，可能只需要幾百K的內(nèi)存就夠了。它能夠支持Windows、Linux和Unix等主流的操作系統(tǒng)，同時能夠跟很多程序語言相結(jié)合。

3 智能網(wǎng)關(guān)框架圖

智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

4 智能網(wǎng)關(guān)安全

在萬物互聯(lián)的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)正在急速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點和數(shù)據(jù)的規(guī)模將遠遠超出傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)的防御能力，物聯(lián)網(wǎng)終端安全問題在給物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和普及帶來極大的挑戰(zhàn)。目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然處于初始階段，安全防護能力非常薄弱，國家層面和行業(yè)內(nèi)也缺乏相應(yīng)的安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。物聯(lián)網(wǎng)面臨的安全威脅有很多，固件安全、硬件安全、通信安全、數(shù)據(jù)安全、隱私泄露等，因此需要創(chuàng)新、需要有針對性的新型信息安全解決方案和新型信息產(chǎn)品安全產(chǎn)品來解決這些問題。

針對以上問題，智能網(wǎng)關(guān)采用以下方式，力爭通信安全、數(shù)據(jù)安全，保密隱私。1） 裁剪操作系統(tǒng)，只保留和運行必要的模塊以及服務(wù)。2） 啟用操作系統(tǒng)防火墻。3） 啟用復(fù)雜密碼訪問。4） 在云平臺遠控項目中，增加隔離裝置NSI-204，不對外網(wǎng)暴露智能網(wǎng)關(guān)。5） 與云平臺通信傳輸協(xié)議采用自定義協(xié)議，對敏感數(shù)據(jù)采用對稱密鑰和非對稱動態(tài)密鑰加密傳輸，確保敏感數(shù)據(jù)被劫持后攻擊者無法有效解析。

5 智能網(wǎng)關(guān)功能模塊

功能模塊如表2功能模塊所示。

包括參數(shù)配置工具、在線調(diào)試工具、智能發(fā)電、邊緣計算、采集協(xié)議和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。

6 智能網(wǎng)關(guān)智能發(fā)電及案例

針對網(wǎng)關(guān)智能發(fā)電，智能網(wǎng)關(guān)采取以下方法，通過系統(tǒng)控制調(diào)整確保穩(wěn)定性。1）根據(jù)增有功和減有功水位設(shè)定值實時調(diào)整機組有功功率。2）根據(jù)功率因數(shù)設(shè)定值，實時調(diào)整機組無功功率。3）根據(jù)開機水位和停機水位設(shè)定值，自動啟停機組。4）案例1。云南省元江縣某水電站，電站裝有1臺1 600 kW水輪發(fā)電機組，從2018年4月份上線水電站云平臺遠控系統(tǒng)。5）案例2。云南省勐?？h某水電站，電站裝有2臺2 000 kW水輪發(fā)電機組，從2018年12月份上線水電站云平臺遠控系統(tǒng)。

7 智能網(wǎng)關(guān)解決方案

7.1 在遠控系統(tǒng)中的解決方案

智能網(wǎng)關(guān)與站內(nèi)SCADA服務(wù)器以IEC60870-5-104協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互，通過隔離裝置NSI-204和雙鏈路切換裝置上送至云平臺遠控系統(tǒng)，如圖2所示。

7.2 在遠程監(jiān)測系統(tǒng)中的解決方案

智能網(wǎng)關(guān)通過RS—485總線采集站內(nèi)交流采樣表或電能表，將數(shù)據(jù)通過有線互聯(lián)網(wǎng)上送至云平臺遠程監(jiān)測系統(tǒng)，如圖3所示。

8 結(jié)語

SEC系列智能網(wǎng)關(guān)性能穩(wěn)定、性價比高、具有豐富的外圍接口和靈活的組網(wǎng)方式，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備通信協(xié)議進行配置，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電力規(guī)約（如IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、IEC60870-5-103、DL/T451-91）或自定義規(guī)約?？蓪崿F(xiàn)變電站、水電站、無人值守配電室、光伏發(fā)電系統(tǒng)等場景的通信管理，內(nèi)部數(shù)據(jù)的再加工處理，邏輯生成，轉(zhuǎn)發(fā)信息的編輯、合成。通過有線或GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程維護和監(jiān)控。

在水電站云平臺遠控系統(tǒng)中，結(jié)合智能發(fā)電能減少運行人員的工作強度，提升企業(yè)發(fā)電效益。

參考文獻

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