基于SOAP協(xié)議的農(nóng)村水電站遠程管理信息系統(tǒng)

周忠育（浙江省瑞安市林溪水電站，浙江 溫州 325213）

基于SOAP協(xié)議的農(nóng)村水電站遠程管理信息系統(tǒng)

周忠育
（浙江省瑞安市林溪水電站，浙江 溫州 325213）

針對目前大部分農(nóng)村水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)尚未實現(xiàn)與遠程或手機端的狀態(tài)通訊問題，開展了基于SOAP協(xié)議的技術研究，將SOAP協(xié)議和PLC或上位機組態(tài)軟件對接，采用webservice服務形式，采用異構分布式架構的數(shù)據(jù)接口設計，開發(fā)了農(nóng)村水電站遠程管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了移動手機與上位機的信息通訊。該系統(tǒng)在浙江省瑞安市林溪水電站應用，達到很好的效果，值得其他農(nóng)村水電站的遠程監(jiān)控借鑒。

水電站；遠程監(jiān)控；管理信息系統(tǒng)；SOAP協(xié)議

1　引言

目前，大部分農(nóng)村水電站的計算機監(jiān)控信息通訊未實現(xiàn)遠程通訊，尤其未實現(xiàn)上位機和手機端的信息通訊。農(nóng)村水電站由于資金等條件的限制，傳統(tǒng)的光纖或者專線通訊成本高，無法承受。隨著技術的發(fā)展，結合農(nóng)村水電站遠程通訊的狀態(tài)數(shù)據(jù)量少等特點，可以采用SOAP協(xié)議來解決該問題。

SOAP協(xié)議與JE22、APP.NET等平臺［1］開發(fā)軟件有很好的對接功能，SOAP協(xié)議也可以和很多PLC或上位機組態(tài)軟件的接口進行對接，隨著webservice服務的廣泛應用，以及異構分布式架構的數(shù)據(jù)設計的流行，使得采用SOAP協(xié)議解決農(nóng)村水電站的無線遠程狀態(tài)數(shù)據(jù)通訊成為現(xiàn)實。

本文重點研究基于SOAP協(xié)議的技術開發(fā)，包括PLC或上位機組態(tài)軟件的接口對接，webservice服務開發(fā)［2］、異構分布式架構的數(shù)據(jù)設計等內(nèi)容。

2　總體構架

基于SOAP協(xié)議的農(nóng)村水電站遠程信息管理系統(tǒng)［3］總體結構如圖1所示。從圖1可知，機組及輔助設備的信息，通過PLC或上位機，輸送到webservice服務，一般電站要為該信息管理系統(tǒng)配有一臺專門的webservice服務模塊和SOAP協(xié)議，該SOAP協(xié)議可與移動運營商處的SIM卡接口對接，通過移動通訊網(wǎng)絡將安全運行情況與電站各有關人員進行短信息互動，達到傳輸數(shù)據(jù)、電站運行狀態(tài)和接受實時指令的目的。

圖1　基于SOAP協(xié)議的系統(tǒng)總體結構圖

3　系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)具有信息采集與發(fā)送、定時發(fā)送監(jiān)控信息、遠程查詢機組狀態(tài)、事故報警發(fā)送、故障報警發(fā)送、開關機發(fā)送信息等功能，能滿足水電站的遠程監(jiān)視功能，優(yōu)化水電站的日常管理，為電站的安全可靠高效運行提供信息支撐。具體功能如下：

3.1監(jiān)控信息

在定時發(fā)送、遠端查詢模式下，現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)通過短信模塊返回采樣的監(jiān)控信息。每一臺機組的運行信息為一條短信內(nèi)容，最后一條為有功總電度量、無功總電度量。例如XX水電站有3臺機組，則每次需發(fā)送4條短信息，一臺機組一條短信，每一條短信內(nèi)容如下：

機組號：根據(jù)用戶機組數(shù)可進行配置，預留5臺機組。發(fā)送內(nèi)容為“1號LCU”、“2號LCU”……。

機組狀態(tài)：共5種狀態(tài)，停機態(tài)、空轉態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)、不定態(tài)。

有功功率：機組當前有功功率值。

無功功率：機組當前無功功率值。

功率因數(shù)：機組當前功率因數(shù)值。

最后一條短信內(nèi)容為：

有功總電度：電站當前有功總電度。

無功總電度：電站當前無功總電度。

定時發(fā)送、遠端查詢模式下遠端手機應收到短信內(nèi)容舉例如下：

“1號LCU，發(fā)電態(tài)，有功功率100 kW，無功功率50 kVar，功率因數(shù)0.90”

“2號LCU，發(fā)電態(tài)，有功功率100 kW，無功功率50 kVar，功率因數(shù)0.90”

“3號LCU，發(fā)電態(tài)，有功功率100 kW，無功功率50 kVar，功率因數(shù)0.90”

“有功總電度1 000 kW·h，無功總電度400kVar·h”。

3.2報警信息

當機組發(fā)生事故時發(fā)送告警短信。短信內(nèi)容如下：

（1）機組號：發(fā)生事故的機組號，預留5臺機組。發(fā)送內(nèi)容為“1號LCU”、“2號LCU”……。

（2）事故源：發(fā)生故障或事故的設備名稱。

事故告警短信在遠端手機收到的短信內(nèi)容舉例如下：“1號LCU，機組后備保護裝置事故”。

3.3自動發(fā)送

自動發(fā)送模式是指在機組主開關動作時，自動將機組主開關信息發(fā)送到遠端手機上。發(fā)送短信內(nèi)容如下：“1號LCU主開關合閘”或“1號LCU主開關分閘”。

3.4定時發(fā)送

定時發(fā)送模式是指用戶可設定若干個時間點，到設定的時間點時，自動將監(jiān)控信息發(fā)送到遠端手機上。定時發(fā)送功能可通過專用配置軟件開啟和關閉。

3.5遠程終端查詢

當指定手機號碼發(fā)送查詢密碼到短信收發(fā)模塊時，監(jiān)控系統(tǒng)會響應查詢要求，將監(jiān)控信息回傳到發(fā)送該信息的遠端手機上。

3.6遠程終端手機號設定

遠程監(jiān)控手機號碼需設定為指定號碼，指定號碼數(shù)量若干個，可由電站自行配置手機號碼。只有在指定號碼發(fā)送查詢信息時才返回監(jiān)控信息到該手機號碼上。在自動發(fā)送模式和定時發(fā)送模式發(fā)送的監(jiān)控信息以及事故告警信息，向所有指定手機號碼發(fā)送。

3.7查詢密碼設置

在遠端手機查詢模式下，需要核對短信內(nèi)的查詢密碼。例如，遠端指定手機號碼發(fā)送短信內(nèi)容為“888”的查詢密碼，則監(jiān)控系統(tǒng)返回查詢信息。若密碼不符合，則忽略不發(fā)。此密碼可配置。

4　核心技術

4.1基于SOAP協(xié)議的接口封裝

該系統(tǒng)的核心技術為SOAP協(xié)議技術，該技術的數(shù)據(jù)接口通過應用支撐平臺提供對數(shù)據(jù)資源的訪問，同時提供訪問權限控制與檢查。數(shù)據(jù)訪問主要包括數(shù)據(jù)資源尋找、綁定、讀取或編輯等過程。應用程序從信息資源目錄上尋找該數(shù)據(jù)，然后進行綁定，之后通過應用支撐系統(tǒng)提供的服務進行查詢、編輯等操作。讀取或編輯環(huán)節(jié)，不允許應用系統(tǒng)直接訪問數(shù)據(jù)庫［4］，將所有信息資源（包括本次建設數(shù)據(jù)庫、水利系統(tǒng)其他部門所屬數(shù)據(jù)庫、水利系統(tǒng)外數(shù)據(jù)庫）進行封裝后，應用系統(tǒng)通過該接口進行訪問。

4.2異構分布式數(shù)據(jù)庫的接口設計

在異構分布式架構的數(shù)據(jù)接口設計中，能充分發(fā)揮其平臺無關性的特點，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)庫平臺的數(shù)據(jù)訪問，并以其跨防火墻的優(yōu)勢，實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)交互功能。管理系統(tǒng)的中心與分中心分布在電站及各現(xiàn)地控制單元，服務器之間有防火墻進行安全隔離。在這種情況下，利用異構分布式數(shù)據(jù)庫的中間層組件，可以從應用層穿越80端口調(diào)用數(shù)據(jù)服務，不受防火墻的限制。

4.3建立Webservice服務

Webservice是一種XML格式［5］的服務，具有跨平臺、跨防火墻、易集成的特點。管理系統(tǒng)建設過程中建立的各類數(shù)據(jù)庫，根據(jù)其業(yè)務特性和使用需求將部署在不同的服務器上，為各類應用提供數(shù)據(jù)基礎服務，從安全性和共享性考慮，每個數(shù)據(jù)庫建立webservice接口，開放數(shù)據(jù)服務功能，為各類應用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，從而屏蔽各種應用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫本體的直接訪問，保證數(shù)據(jù)的安全性，同時充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

4.4SOAP協(xié)議的封裝

基于設計完整性考慮，所有接口的SOAP協(xié)議的封裝、編碼規(guī)則、RPC均統(tǒng)一設計，其消息格式的數(shù)據(jù)結構采用以下構造：

POST/pda_service/pdaservice.asmx HTTP/1.1

Host：服務器ip

Content-Type：text/xml；charset=utf-8

Content-Length：length

SOAPAction："http：//tempuri.org/GetSearchResult"

＜soap：Envelopexmlns：xsi="http：//www.w3. org/2001/XMLSchema-instance"xmlns：xsd="http：//www.w3.org/2001/XMLSchema"xmlns：soap="http：//schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"＞

＜soap：Body＞

＜接口方法名xmlns="http：//tempuri.org/"＞

＜接口參數(shù)＞string＜/接口參數(shù)＞

＜/接口方法名＞

＜/soap：Body＞

＜/soap：Envelope＞

其中根據(jù)不同服務器配置host地址，根據(jù)應用配置接口方法及參數(shù)名。接口設計中所有webservice的數(shù)據(jù)組織結構均按上述表示方式進行設計，以下將不再具體介紹消息組成結構。

5　應用案例

浙江省瑞安市林溪水電站是林溪水庫附屬配套工程，于1965年10月建成投產(chǎn)發(fā)電，首期安裝2臺混流式水輪機組，裝機總容量為830 kW（1×200 kW，1×630 kW）。該水電站經(jīng)過多次技術更新改造，裝機容量從最初的830 kW提高到現(xiàn)狀的1 890 kW （3×630 kW），水電站年平均發(fā)電量從250萬kW·h，提升到500萬kW·h，翻了一番。

瑞安市水利局作為農(nóng)村水電站的行業(yè)主管部門，高度重視農(nóng)村水電站安全生產(chǎn)與智能化創(chuàng)新工作。2012年9月份，先行先試，在該電站推進“遠程管理信息系統(tǒng)”試點工作，經(jīng)過一段時間試運行，一座農(nóng)村水電站實現(xiàn)了“遠程智能管理”。

浙江省瑞安市林溪水電站遠程管理信息系統(tǒng)通過SOAP協(xié)議進行構建，目前已經(jīng)使用了3年時間，其最大優(yōu)點為能夠通過現(xiàn)代網(wǎng)絡系統(tǒng)與林溪水電站的廠區(qū)、車間、發(fā)電機組等實行遠程實時管理和監(jiān)控。將被稱為發(fā)電廠“心臟”的發(fā)電機組“開機閉機、運行數(shù)據(jù)、故障報警、視頻圖像”等信息有機地聯(lián)系起來，及時、準確、有效地以短信方式，即時發(fā)送到“管理者”移動手機上（注：“管理者”自行設定）。系統(tǒng)還可以定時發(fā)送“發(fā)電機組運行的其他信息”，使“管理者”實時掌握各個機組運行的動態(tài)。該系統(tǒng)還能查詢各個機組原始數(shù)據(jù)，為水電站的安全可靠高效運行提供信息技術支撐。

浙江省瑞安市林溪水電站遠程管理信息系統(tǒng)屬于林溪水電站綜合自動化系統(tǒng)的子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)利用了移動電話短信息方便快捷的特性，實時地將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息、報警信息、視頻信息按照指定的策略遠程通知給特定的管理者，同時提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)的查詢、定時信息發(fā)送、機組開關機自動發(fā)送、事故信息告警發(fā)送等功能。為遠程安全管理監(jiān)視、決策、指揮提供了靈活方便有效的手段。

浙江省瑞安市林溪水電站遠程智能管理信息系統(tǒng)綜合地運用了自動化控制技術和現(xiàn)代通訊技術等，實現(xiàn)了農(nóng)村小型水電站的遠程監(jiān)視功能，極大地提高了水電站的自動化程度及信息傳輸速度。

該系統(tǒng)功能齊全、安全可靠、準確及時，而且具有投入較為經(jīng)濟，實用功能又強、操作簡單方便等特點，適用于農(nóng)村小型水電站使用，特別對交通不便、人員缺乏、管理落后的偏避山區(qū)水電站更為適合。

6　結束語

本系統(tǒng)綜合運用了自動化控制技術、通訊技術，使系統(tǒng)功能齊全、可靠，配置靈活、經(jīng)濟，用戶操作方便，解決了水電站的遠程管理、山區(qū)通訊、交通不便、智能化程度低和安全經(jīng)濟運行等問題，從各方面滿足了用戶的需求。特別是基于SOAP協(xié)議的GSM信息查詢系統(tǒng)的引入，更加靈活的實現(xiàn)了水電站信息的遠程監(jiān)視功能，極大的提高了水電站的自動化水平和信息傳輸速度，為水電站的日常管理，生產(chǎn)計劃、電力調(diào)度等提供了更多的方便，使水電更加智能、更加智慧。相信該遠程智能管理信息系統(tǒng)，經(jīng)過不斷改進和完善，將成為今后農(nóng)村水電站安全運行和日常管理的新模式。同時對農(nóng)村水電站創(chuàng)建“無人值班，少人值守”模式起到的推動作用。

［1］AMERICAINSTITUTEOFDOWN-TO-EARTH QUALITY OF LEARNING.Microsoft SQL Server 2005 based Technology［M］.World Book Publishing Company，2007.

［2］張仁貢，王萬良，趙燕偉.農(nóng)村水電站電能生產(chǎn)動態(tài)不確定優(yōu)化調(diào)度模型的研究 ［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2011，27（5）：275-281.

［3］張仁貢.水電站動力特性分析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與應用［J］.水力發(fā)電學報，2010，29（4）：240-244.

［4］張仁貢.水電站廠內(nèi)經(jīng)濟運行智能決策支持系統(tǒng)的設計與應用［J］.水力發(fā)電學報，2012，31（4）：243-246.

［5］王萬良.人工智能及其應用［M］.北京：高等教育出版社，2006.

TP315

A

1672-5387（2016）05-0001-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.05.001

2016-01-18

浙江省農(nóng)村水電安全監(jiān)管監(jiān)控系統(tǒng)建設可行性研究（RC1421）

周忠育（1969-），男，工程師，研究方向：水電站運行與管理。