基于B/S結(jié)構(gòu)的電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件開發(fā)

陳文康，趙光俊，王汝英

（天津市普迅電力信息技術(shù)有限公司 天津300192）

基于B/S結(jié)構(gòu)的電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件開發(fā)

陳文康，趙光俊，王汝英

（天津市普迅電力信息技術(shù)有限公司 天津300192）

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，有限的能源能否滿足人們?nèi)粘５男枨笠呀?jīng)逐漸成為人們關(guān)注的焦點。傳統(tǒng)電網(wǎng)效率低，損耗高的缺陷在如今人們?nèi)找嬖鲩L的需求面前已經(jīng)顯得非常棘手，現(xiàn)如今非常需要設(shè)計和開發(fā)一種安全，高效，靈活，耐用的新型電網(wǎng)來取代傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)。本文通過總結(jié)之前傳統(tǒng)電網(wǎng)的不足，設(shè)計了基于B/S結(jié)構(gòu)的電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件，以B/S結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)流程進行分析，完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計，經(jīng)過測試達到了預(yù)期目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)；電力物聯(lián)網(wǎng)；B/S結(jié)構(gòu)；設(shè)計

電力能源在所有能源體系中起到的是承上啟下的作用，也是基礎(chǔ)能源之一，所以其重要性就不言而喻了。隨著我國經(jīng)濟不斷高速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對電力能源的需求也越來越大。原來老舊的能源系統(tǒng)已經(jīng)處在運作極限的邊緣，由于長時間，高負(fù)荷的連續(xù)工作，老舊的電網(wǎng)經(jīng)常會出現(xiàn)各種問題甚至事故。而且由于設(shè)備陳舊，耗電現(xiàn)象也非常嚴(yán)重，導(dǎo)致浪費了很多能源。雖然新型能源也在快速的發(fā)展，但電力能源仍舊是不可代替的能源之一。據(jù)估計，在2020年，我國電力能源的消耗量會在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上翻一倍。所以，對電網(wǎng)的升級和改造已經(jīng)迫在眉睫。而電力物聯(lián)網(wǎng)是解決這一問題的重要手段[1-2]。所謂電力物聯(lián)網(wǎng)，就是指電網(wǎng)系統(tǒng)的各個設(shè)備通過各種傳感設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，形成的一個巨大的智能型網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)具有普通電網(wǎng)很難完成的內(nèi)容和功能，比如實時監(jiān)測整個電網(wǎng)的運行安全情況，對全網(wǎng)每個電力節(jié)點的輸出和輸入電量進行實時監(jiān)控，保證各個主要網(wǎng)點電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)以及對設(shè)備維護和修理人員行程的跟進等等。隨著新型能源的快速發(fā)展和運用，許多傳統(tǒng)能源逐漸被取代。但電力能源作為社會運行的保證，短時間內(nèi)不會消失。為了緊跟新型能源高效穩(wěn)定環(huán)保的特征，電力物聯(lián)網(wǎng)作為電網(wǎng)的升級優(yōu)化版本，可以最大程度的滿足如今人們的電力需求。用高效，穩(wěn)定，環(huán)保，安全的電力物聯(lián)網(wǎng)取代之前的電網(wǎng)系統(tǒng)，降低電力在傳輸過程中的損耗，是如今電力行業(yè)的總體趨勢。文中在總結(jié)了傳統(tǒng)電網(wǎng)的不足以及分析了相關(guān)應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，運用理論和實踐相結(jié)合的方式，利用現(xiàn)今主流的計算機技術(shù)，對電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計處理方法進行了確定，保證了系統(tǒng)在穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上能和其余系統(tǒng)并行使用，不但滿足新時代電力系統(tǒng)要求，還增強了其可拓展性[3]。

1　電力物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

由于電力物聯(lián)網(wǎng)是一個全新的概念，是傳統(tǒng)電網(wǎng)與新概念物聯(lián)網(wǎng)兩者間的組合。所以我們可以從物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)來對電力物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)進行歸納和分析。雖然現(xiàn)如今對物聯(lián)網(wǎng)的概念沒有一個確定且準(zhǔn)確的定義，但是可以依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的適用范圍和使用方法等因素結(jié)合其對信息處理，分析和傳輸?shù)葍?nèi)容將電力物聯(lián)網(wǎng)劃分為3個層次，即三層結(jié)構(gòu)。感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。具體的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。感知層：感知層即圖中所示的感知與執(zhí)行層[4]。其主要作用就是對傳感器傳輸過來的信息進行歸納和采集，比如溫度，壓力，流量，強度，濕度等信息經(jīng)過傳感器傳輸?shù)礁兄獙又校S后經(jīng)過處理準(zhǔn)備進行下一步操作。

網(wǎng)絡(luò)層即圖中所示的通信與網(wǎng)絡(luò)層。其主要作用是對上一步傳感器傳輸以及采集到的信息進行輸送，保證其安全，高效，穩(wěn)定的傳送到應(yīng)用層中去。其傳輸?shù)姆绞揭彩嵌喾N多樣的，包括有線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，以及各種局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)傳輸。方式的多種多樣代表著其運用范圍的廣泛性。應(yīng)用層主要包含應(yīng)用支撐平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層。應(yīng)用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享和互通。應(yīng)用服務(wù)子層包括智能交通、智能家居、智能物流、智能醫(yī)療、智能電力、數(shù)字環(huán)保、數(shù)字農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[5]。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2　系統(tǒng)框架設(shè)計

在設(shè)計和研究系統(tǒng)應(yīng)該采用何種框架時需要根據(jù)系統(tǒng)的需求以及軟硬件的平臺來進行確定。電網(wǎng)系統(tǒng)與常規(guī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的需求不同，需要對電力系統(tǒng)眾多的實時信息進行自動采集，傳輸，以及處理和統(tǒng)計等操作，還要對操作者做出查詢監(jiān)控等功能，因此系統(tǒng)的框架設(shè)計需要依靠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來進行支撐。目前，有很多基于數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)框架軟件，比如多層體系結(jié)構(gòu)的C/S結(jié)構(gòu)、B/S結(jié)構(gòu)、C/S+B/S混合結(jié)構(gòu)等。在本文電力物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)框架設(shè)計中，選擇的是B/S結(jié)構(gòu)[6-7]。

B/S結(jié)構(gòu)是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。其中B是指Browser，即瀏覽器；S是指Server，即服務(wù)器。在B/S結(jié)構(gòu)中，瀏覽器占主導(dǎo)作用，因為客戶端的主要運用軟件就是瀏覽器。在這種模式下，客戶端僅僅只是顯示信息的功能，而服務(wù)器則是集中了所有剩余的所用功能需求。一個最典型的例子就是通過顯示器瀏覽網(wǎng)站上的各種網(wǎng)頁。B/S軟件一般也分為三層結(jié)構(gòu)，即表示層、應(yīng)用邏輯層和數(shù)據(jù)層。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。之所以選擇B/S結(jié)構(gòu)作為本系統(tǒng)的系統(tǒng)框架，是因為其與傳統(tǒng)的客戶端/數(shù)據(jù)庫兩層結(jié)構(gòu)不同，在之間還加入了一個組件層。系統(tǒng)中間技術(shù)的逐漸成熟，使人們看到了加入中間技術(shù)的優(yōu)勢，其核心思想就是利用加入的中間層將應(yīng)用分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)存儲層3個不同的處理層次。這三層劃分是按照傳統(tǒng)的系統(tǒng)邏輯來劃分的，然而在面對具體需求時，其可以自由的進行多種組合，這也是我們選擇此結(jié)構(gòu)的一個主要原因之一。表面上看這3層結(jié)構(gòu)相互制約和控制，實際上是相互獨立的，而中間的加層起到了很好的承上啟下的作用，既可以滿足使用者對數(shù)據(jù)的處理和管理操作，也可以對數(shù)據(jù)進行很好的存儲和保存，滿足了電網(wǎng)之間的通信等傳輸需求。且其還有一個優(yōu)勢就是維護的成本低，使用簡單且效率較高[8-9]。

圖2　B/S三層結(jié)構(gòu)

3　系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指在一個固定的應(yīng)用環(huán)境下，對數(shù)據(jù)庫的邏輯模式以及其物理結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)庫及其系統(tǒng)進行建立。設(shè)計的目的就是對數(shù)據(jù)進行有效的管理和儲存，滿足使用者的各種需求。對數(shù)據(jù)庫進行合理的設(shè)計和選擇可以在最大程度上提高系統(tǒng)的使用效率，對數(shù)據(jù)的存儲效率，處理效率以及對數(shù)據(jù)的調(diào)用效率等都會得到很大提升，還可對儲存空間進行優(yōu)化，因此一個好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計對用戶的使用和效率都是非常重要的。一般來說，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計分為以下幾個階段。首先是需求分析，然后是對數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)進行分類設(shè)計，最后就是對其邏輯結(jié)構(gòu)進行設(shè)計[10]。

電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫功能主要就是對數(shù)據(jù)進行傳輸，保存以及查詢等操作，具體來說就是對管理、電表、系統(tǒng)維護信息、數(shù)據(jù)查詢分析、監(jiān)視過程等信息進行傳輸和保存查詢等操作，而每個部分都是共通且相互聯(lián)系的。本文電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中一共包括了33張數(shù)據(jù)表格，其作用就是存放對應(yīng)子功能的數(shù)據(jù)信息。這些表中最重要的就是電量信息表，其是所有表格的中心，其余表格都是再此基礎(chǔ)上進行分化和合成的。由于本系統(tǒng)采用的是基于B/S框架設(shè)計，且運行語言使用的是C#語言進行編程，所以在數(shù)據(jù)庫的選擇上使用的是微軟公司的SQLServer數(shù)據(jù)庫，所以在連接數(shù)據(jù)庫時可以使用ADO.NET組件[11-12]。該組件一個主要的優(yōu)勢就是可以將數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源直接連到一起，并支持對數(shù)據(jù)的訪問和處理等操作，其提供訪問的方式也是多樣化的。

4　服務(wù)器軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

服務(wù)器軟件的主要功能就是對數(shù)據(jù)進行采集和處理，在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件中服務(wù)器軟件所起到的作用也是很重要的，因為其對數(shù)據(jù)采集和處理的準(zhǔn)確度以及效率直接影響到系統(tǒng)軟件的整體效率。而為了實現(xiàn)電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對用電情況的自動抄送功能，該服務(wù)器軟件采用的是多線程程序設(shè)計思想。如圖3所示。由于電力系統(tǒng)不僅僅是一種或幾種單一的信息，而是復(fù)雜的多種信息和數(shù)據(jù)，所以文中創(chuàng)新性的提出了一個新的處理方式。將電量的數(shù)據(jù)按照其使用和傳輸?shù)闹芷诜譃椴煌姆N類，并且生成一個存儲和處理的任務(wù)表，設(shè)計基于時序的任務(wù)調(diào)度算法，自動決策當(dāng)前數(shù)據(jù)采集任務(wù)。系統(tǒng)在運行的過程中，運行到數(shù)據(jù)處理過程時需要根據(jù)數(shù)據(jù)采集的實時進度分配當(dāng)前的使用和處理進度。該系統(tǒng)增加了統(tǒng)計算法，在數(shù)據(jù)進行采集的過程中實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控，根據(jù)采集量的大小，合理分配和控制采集的進度，并且自動跟進流程，對需要大規(guī)模運算的數(shù)據(jù)采用保護措施，保證其高效穩(wěn)定的運行。對軟件的優(yōu)化和升級還體現(xiàn)在當(dāng)部分計算機由于自身原因啟動時間較長且運行不穩(wěn)定的情況下，服務(wù)器軟件設(shè)計了自身的啟動界面FrmCover，啟動界面在啟動之前會先對數(shù)據(jù)進行讀取操作，找到目標(biāo)文件AppCfg.xml，實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接[14]。在進行初始化以后，立刻對其載入端進行關(guān)閉，避免工作的重復(fù)進行。實現(xiàn)服務(wù)器與客戶端的同步運行與工作。當(dāng)服務(wù)器進入正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)后，同時運行主線程、數(shù)據(jù)采集線程、數(shù)據(jù)統(tǒng)計線程和客戶端套接字偵聽線程完成服務(wù)器軟件所設(shè)計的各項功能。在此過程中，只有在運行的周期里，系統(tǒng)都會被分配到充足的時間來實現(xiàn)其功能，若某系統(tǒng)出現(xiàn)短暫故障導(dǎo)致停工，系統(tǒng)會在修復(fù)后提高數(shù)據(jù)運行速度，將停工部分的數(shù)據(jù)進行快速恢復(fù)，保證系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的時效性[15-17]。本應(yīng)用軟件還采用了兩個全局變量進行數(shù)據(jù)的傳遞，一是偵聽線程設(shè)置的請求任務(wù)表更新變量，另一個是數(shù)據(jù)采集線程設(shè)置的允許任務(wù)表更新變量。

圖3　數(shù)據(jù)采集任務(wù)調(diào)度算法

5　結(jié)束語

文中在分析總結(jié)了傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)的問題和不足的基礎(chǔ)上，再結(jié)合了新型概念物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)了一個基于B/S結(jié)構(gòu)的電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件，以B/S結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的總體框架，采用多線路編程技術(shù)，并對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計。開發(fā)了一套全新的智能化，信息化，自動化，高效化的全新的電力系統(tǒng)。經(jīng)測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定性強，可靠性高，滿足了現(xiàn)階段的使用需求，具有很好的使用前景。

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Based on B/S structure of the electric power internet application software development

CHEN Wen-kang，ZHAO Guang-jun，WANG Ru-ying
（Tianjin City and Fast Power Information Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300192，China）

With the continuous development of social economy and people life level unceasing enhancement，the limited energy can meet the needs of People's Daily has gradually become the focus of attention.Low efficiency of traditional power grid,the defect of high loss in front of people growing demand is now seem to be very difficult,now very need to design and develop a safe，efficient，flexible，durable new grid to replace the traditional grid system.Before this paper，through summarizing the shortage of the traditional power grid，the design is based on B/S structure of the electric power iot application software，with B/S structure as the system architecture，the corresponding data flow of the system were analyzed,the complete, the software design of the system is tested the desired goal.

Internet；electricity of Internet；B/S structure；design

TN99

A

1674－6236（2016）22-0033-03

2015-11-23稿件編號：201511219

陳文康（1973—），男，四川成都人，碩士，高級工程師。研究方向：機械電子工程、軟件工程。