淺談電能采集計(jì)量系統(tǒng)實(shí)用性方案

謝志鋒

【摘 要】電能計(jì)量系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化的集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，文章簡(jiǎn)介電能采集系統(tǒng)硬件架構(gòu)及軟件架構(gòu)，詳細(xì)分析采集程序的開發(fā)，

【關(guān)鍵詞】計(jì)量系統(tǒng)；電能采集；主站；數(shù)據(jù)

引言

電能采集系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中的主要功能是對(duì)各個(gè)不同計(jì)量點(diǎn)電量的采集和結(jié)算過程中，不再是原來的原有的傳統(tǒng)的人工抄錄核算模式，而是實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)化過程。電力采集系統(tǒng)的應(yīng)用大量的節(jié)省了時(shí)間和人力，大量的提高了電能核算的效率。然而，在實(shí)際的應(yīng)用建設(shè)當(dāng)中，對(duì)電能計(jì)量采集系統(tǒng)多樣性功能的強(qiáng)調(diào)，不可避免的會(huì)出現(xiàn)與原有電能核算系統(tǒng)在對(duì)接的過程中以及自身功能的穩(wěn)定性上產(chǎn)生新的問題。為使電能采集計(jì)量系統(tǒng)能夠滿足我國(guó)電力電能計(jì)量發(fā)展的需求，在此就需要系統(tǒng)的維護(hù)人員合理的對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行改造和優(yōu)化，從而滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求，確保該系統(tǒng)穩(wěn)定的、正常的運(yùn)行。

1.簡(jiǎn)介電能采集系統(tǒng)硬件架構(gòu)

相對(duì)于原始的電能采集系統(tǒng)構(gòu)建，改造之后的采集系統(tǒng)的性能具有較好的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。回顧初始的電能采集系統(tǒng)，其所有設(shè)備與外界聯(lián)系之前均需要通過交換機(jī)，這種連接方式經(jīng)常會(huì)在一段運(yùn)行時(shí)間之后形成采集通道內(nèi)的故障，對(duì)類故障進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)形成故障的原因是由于采集通道與其他專業(yè)的系統(tǒng)在運(yùn)行地址上出現(xiàn)了沖突。除此之外，還容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫癱瘓的狀況。由于原始的采集系統(tǒng)存在各種不同的不良性狀，因此為了增強(qiáng)該系統(tǒng)的安全性能和穩(wěn)定性能，以電能采集系統(tǒng)的原有結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)對(duì)其實(shí)施第一階段的實(shí)用性改造。對(duì)于電能采集系統(tǒng)第一階段的改造，是在主站系統(tǒng)服務(wù)器的虛擬機(jī)中安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這種改造方式相當(dāng)于在同一時(shí)間內(nèi)兩套同樣系統(tǒng)的冗余運(yùn)行，該改造模式在一定程度上使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到了改變，使采集系統(tǒng)的外部網(wǎng)與內(nèi)部網(wǎng)之間的通信由服務(wù)器上的防火墻進(jìn)行聯(lián)系。改造后的電能采集計(jì)量系統(tǒng)是原來通道的堵塞狀況得到了徹底的解決，促進(jìn)了整個(gè)系統(tǒng)安全性能的提高。兩臺(tái)服務(wù)器的冗余運(yùn)行，直接避免了一臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障造成電能核算的影響。

2.電能采集系統(tǒng)軟件架構(gòu)

由于電能采集計(jì)量系統(tǒng)具有采集點(diǎn)加多，部署分散，數(shù)據(jù)廣泛共享等特點(diǎn)，因此對(duì)電能采集系統(tǒng)的軟件架構(gòu)采取分層設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行完成。

2.1 終端設(shè)備層

電能采集計(jì)量系統(tǒng)的終端設(shè)備層構(gòu)成為分布在發(fā)電廠、變電站、公用配電變壓器、大客 戶以及低壓用戶的 數(shù)據(jù)采集終端，然后采集這部分表計(jì)的狀態(tài)信息與點(diǎn)能量。采用數(shù)據(jù)接口的方式實(shí)現(xiàn)與電能表之間的連接，并能夠兼容主流通信規(guī)約。能夠?qū)崿F(xiàn)變電站、發(fā)電廠不同類型電表的接入，可完成數(shù)據(jù)補(bǔ)采、主動(dòng)上報(bào)、定時(shí)采集等功能。

2.2 通信服務(wù)層

電能采集計(jì)量系統(tǒng)的通信服務(wù)層是通過接入通信網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)采集終端對(duì)主站之前的通信功能。其中通信網(wǎng)絡(luò)有載波、專用通道、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、無線公網(wǎng)等。通信接入設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)可供各采集終端共同使用。然而，若采用無線通信則對(duì)公共資源進(jìn)行優(yōu)先考慮，采用有線通信則對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行優(yōu)先考慮。

2.3 數(shù)據(jù)采集層

電能采集計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集層是負(fù)責(zé)傳輸采集終端和主站之間的的信息，根據(jù)既定的通信規(guī)則，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析，并做初步處理。在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，不同采集終端和處理軟件是以統(tǒng)一通信平臺(tái)作為基礎(chǔ)的。前置機(jī)服務(wù)器能夠按站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求以及重要級(jí)別，完成負(fù)載的最優(yōu)化均衡，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。

2.4 業(yè)務(wù)處理層

電能采集計(jì)量系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理層是負(fù)責(zé)低壓抄表、電能量計(jì)量遙測(cè)、配變監(jiān)測(cè)、負(fù)荷管理等業(yè)務(wù)的處理。該層是有獨(dú)立的、已存在的采集系統(tǒng)組成，其自身可分為：數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層，以及負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)與使用者交互的表示層。

2.5 數(shù)據(jù)交換層

電能采集計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換層是進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換，抽取綜合數(shù)據(jù)，并且可以進(jìn)行與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換層采用模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)建立標(biāo)準(zhǔn)的接口，數(shù)據(jù)交換以中間庫方式實(shí)現(xiàn)。其中抽象出來的接口模塊脫離了具體的數(shù)據(jù)庫，方便了數(shù)據(jù)庫的遷移。這種接口模塊的脫離有利于綜合應(yīng)用層的訪問。

2.6 綜合應(yīng)用層

該層主要是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成并做相關(guān)處理，完成了需求側(cè)管理、線損分析、決策分析、Web瀏覽查詢等功能。上述的電能采集計(jì)量系統(tǒng)的6層完成了整個(gè)系統(tǒng)的主體架構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)將各層之間相互連接，可完成數(shù)據(jù)信息的傳輸，但是各層之間有保持的相對(duì)獨(dú)立性。

3.采集程序的開發(fā)

3.1 程序開發(fā)的通信規(guī)約

電能采集計(jì)量系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的傳輸是通過通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)的，如各個(gè)電表電能數(shù)據(jù)向采集器的傳輸、電能數(shù)據(jù)由采集器向主站傳輸，數(shù)據(jù)在這些設(shè)備之間的傳輸過程需通過通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過對(duì)采集系統(tǒng)的了解和研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)若生產(chǎn)廠家通過IEC102規(guī)約實(shí)現(xiàn)表計(jì)的維護(hù)，在表計(jì)停電后，也可以穩(wěn)定的采集到表碼數(shù)據(jù)。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，若可以針對(duì)主站系統(tǒng)的主要功能，研究開發(fā)一個(gè)功能使用，結(jié)構(gòu)緊湊，基于IEC102規(guī)約的系統(tǒng)采集軟件，那么就能夠?qū)⒅俺霈F(xiàn)的問題予以解決。然而在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，新開發(fā)的軟件必須具備自動(dòng)化功能，同時(shí)能夠與其他系統(tǒng)進(jìn)行融洽的對(duì)接，因此就需要對(duì)于電能采集系統(tǒng)實(shí)施第二階段的深層改造。

3.2 以 IEC 102 規(guī)約為基礎(chǔ)的采集程序的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過對(duì)電能采集計(jì)量系統(tǒng)的深入研究，對(duì)采集終端通信內(nèi)部以及主站程序工作原理的深入了解，最終使主站與采集終端數(shù)據(jù)之間的通信得以實(shí)現(xiàn)。主站與采集終端之間的通信的基礎(chǔ)是socket協(xié)議，同時(shí)利用IEC102規(guī)約實(shí)現(xiàn)的。

為了能夠?qū)⑾到y(tǒng)的工作原理清楚的表述出來，在此對(duì)socket協(xié)議和IEC102規(guī)約做一個(gè)簡(jiǎn)單的說明。Socket在英文上是“插座”或者“孔”的意思。若知道終端采集器的socket號(hào)與IP地址，則可以利用socket協(xié)議進(jìn)行軟件編程，從而實(shí)現(xiàn)采集終端和主站之間的連接，類似于打通了電話，然而終端采集器和主機(jī)之間主機(jī)數(shù)據(jù)的交換是以IEC102規(guī)約實(shí)現(xiàn)的，類似于打電話過程中以漢語實(shí)現(xiàn)通話的信息的交流。所謂IEC102規(guī)約，其實(shí)質(zhì)是一種非平衡的傳輸規(guī)則，也就是數(shù)據(jù)的傳輸過程的啟動(dòng)只是限制在一個(gè)固定的站點(diǎn)，在電能采集系統(tǒng)中，該規(guī)約的啟動(dòng)段是主站，終端設(shè)備始終為從動(dòng)站，位于計(jì)數(shù)站，通訊的的傳輸是通過主站對(duì)各個(gè)終端采取問答的方式實(shí)現(xiàn)的。

采集軟件的流程與實(shí)現(xiàn)。在電能采集計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用當(dāng)中，每個(gè)表計(jì)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的地址在采集終端，從理論上講，每條總線上能夠完成255塊電能表數(shù)據(jù)的采集。在采集終端內(nèi)，每個(gè)表計(jì)都有一個(gè)固定的編號(hào)，也就是所謂的“地址”，采集終端對(duì)電表的表碼進(jìn)行不斷地循環(huán)采集，并在存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的地址的緩存區(qū)內(nèi)，在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，主站采集程序命令終端對(duì)各個(gè)地址緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。當(dāng)電能采集計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員對(duì)其基本原理有了一定的熟悉后，則進(jìn)行實(shí)際的采集程序的編寫，采用多線程技術(shù)將主站程序和各個(gè)采集終端進(jìn)行同時(shí)連接，利用這種連接模式向各個(gè)終端發(fā)出采集命令，在收到采集終端回復(fù)之后實(shí)施編碼的轉(zhuǎn)換，同時(shí)增加對(duì)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，完成數(shù)據(jù)的第一次采集之后，再發(fā)送一遍采集命令，若這兩次采集的數(shù)據(jù)相同，則認(rèn)為采集到的表計(jì)數(shù)據(jù)是正確的。由于每個(gè)線程能夠?qū)Χ鄠€(gè)電能表的的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，所以完成整個(gè)電能表數(shù)據(jù)的采集是非常迅速的，可以在1s內(nèi)完成系統(tǒng)中數(shù)百塊電能表數(shù)據(jù)的采集。然后在數(shù)據(jù)庫中錄入之前采集到的數(shù)據(jù)，用ASP服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布，以自動(dòng)錄入軟件實(shí)現(xiàn)與核算系統(tǒng)之間的對(duì)接?？梢娫撓到y(tǒng)具有專一的功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)之前出現(xiàn)的問題予以解決。

雖然每個(gè)線程中的表計(jì)數(shù)目不同，但其基本流程是一樣的，同時(shí)工作的幾個(gè)線程使采集速度得到了保證。該采集軟件具有穩(wěn)定的性能，且擴(kuò)展性良好，能夠?qū)νＶ贡碛?jì)的表碼數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，有利于電能核算工作的進(jìn)行。

4.結(jié)束語

電能采集計(jì)量系統(tǒng)的涉及到硬件、軟件等多個(gè)環(huán)節(jié)，是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，在以后的發(fā)展過程中還需進(jìn)一步的完善。當(dāng)前，改善后的電能采集系統(tǒng)還未出現(xiàn)問題，并且成功的解決了系統(tǒng)的實(shí)用性和穩(wěn)定性。

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