面向?qū)ο蠼K端軟件設(shè)計

曹宏宇 胡恒

摘 要：采集終端是堅強智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，其穩(wěn)定運行是用電信息采集系統(tǒng)的重要保障。采集終端主要實現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)雙向傳輸以及轉(zhuǎn)發(fā)或者執(zhí)行相關(guān)控制命令。之前電能表信息采集規(guī)約主要是面向業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)型協(xié)議，隨著智能電網(wǎng)的深入建設(shè)，其拓展性、復(fù)用性以及靈活性逐漸顯示出不足。因此研究面向?qū)ο蠡ゲ僮骷夹g(shù)的用電信息采集協(xié)議，貫穿主站、采集終端、電能表，實現(xiàn)協(xié)議的統(tǒng)一性、靈活性以及規(guī)范性，提高系統(tǒng)運行的可靠性，成為當(dāng)前熱點。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；采集終端；電能表

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0100-02

Abstract： The collection terminal is an important link of the strong smart grid， and its stable operation is an important guarantee of the power consumption information collection system. The acquisition terminal mainly realizes the watt-hour meter data acquisition， data management， data two-way transmission and forwarding or execution of relevant control commands. Before the watt-hour meter information collection protocol is mainly business-oriented data protocol， with the in-depth construction of smart grid， its expansion， reusability and flexibility gradually show deficiencies. Therefore， it has become a hotspot to study the power information collection protocol of object-oriented interoperation technology， which runs through the main station， collection terminal and watt-hour meter， realizes the unity， flexibility and standardization of the protocol， and improves the reliability of system operation.

Keywords： smart grid； acquisition terminal； watt-hour meter

1 概要

針對用電采集系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，本文主要討論了基于面向?qū)ο髤f(xié)議的采集終端，其軟件設(shè)計模型、設(shè)計方法，著重完成各種不同層次的模塊設(shè)計。

2 設(shè)計策略

2.1 功能與規(guī)約相分離設(shè)計

鑒于終端使用的規(guī)約不統(tǒng)一，而且同一種規(guī)約在不同地域也會有細(xì)微的甚至是較大的差別，如果內(nèi)部通訊模塊與規(guī)約相關(guān)，修改規(guī)約導(dǎo)致需要修改所有實現(xiàn)與規(guī)約對應(yīng)的功能的所有的功能模塊。則導(dǎo)致：

（1）版本過多，無法形成統(tǒng)一的應(yīng)用軟件平臺。

（2）開發(fā)重復(fù)工作過多，不利于穩(wěn)定代碼和測試。

（3）開發(fā)周期過長，不利于新產(chǎn)品的快速開發(fā)。

考慮到上述的因素，需要建立一個與通訊規(guī)約相獨立的應(yīng)用軟件平臺，具體就是：功能與通訊規(guī)約相分離。為了實現(xiàn)功能與規(guī)約相分離，對整個終端的模塊相關(guān)部分必須做到與規(guī)約相獨立。按照規(guī)約與功能相獨立的設(shè)計思想，終端與規(guī)約相關(guān)的功能模塊只有規(guī)約解析模塊，其他功能模塊均與規(guī)約無關(guān)。為了實現(xiàn)這一目的在設(shè)計時必須對參數(shù)，數(shù)據(jù)和異常處理進行通用化（內(nèi)部規(guī)約）規(guī)定。通過制定統(tǒng)一的終端內(nèi)部使用的內(nèi)部通用數(shù)據(jù)，終端內(nèi)部的功能模塊均可在統(tǒng)一的基礎(chǔ)上執(zhí)行功能。內(nèi)部通用的數(shù)據(jù)規(guī)定包括：通用內(nèi)部數(shù)據(jù)格式，通用的內(nèi)部參數(shù)格式（管理），通用的異常事件格式。

2.2 模塊化設(shè)計

實際設(shè)計過程中，可以把各功能作為獨立的模塊進行設(shè)計，不同模塊間最大程度上解耦合?；A(chǔ)功能實現(xiàn)的模塊可以被上層模塊調(diào)用，因此需要實現(xiàn)為動態(tài)鏈接庫；上層功能不僅可以是動態(tài)鏈接庫，也可以是可執(zhí)行文件。

可執(zhí)行文件不需要鏈接所有的動態(tài)庫，可以通過配置文件加載需要的動態(tài)庫，以實現(xiàn)為不同功能的程序，并且適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。

需要注意的是，為了后續(xù)需求變更時修改方便，每個模塊最好只實現(xiàn)一個功能。另外，為了達到模塊重用的目的，還需要建立一個基礎(chǔ)公用動態(tài)庫，以達到行業(yè)應(yīng)用的目的。

2.3 層次化設(shè)計

不同用戶對終端的使用可能會有不同需求，因此有必要對其功能進行個性化定制，即使需求會隨著時間進行而不斷出現(xiàn)變化。對于那些核心的基礎(chǔ)性功能而言，它們不易受到需求變化的影響。因此，可以根據(jù)終端軟件功能的穩(wěn)定性以及業(yè)務(wù)相關(guān)性把各種功能分成不同的層次，以便達到設(shè)計目的：核心及穩(wěn)定的功能可以在后續(xù)開發(fā)中復(fù)用，普通而且不穩(wěn)定的功能可以隨著需求的變化而變更。

2.4 可動態(tài)配置的設(shè)計

所有的功能需求都體現(xiàn)在終端的每個功能模塊中。實際設(shè)計時，為了避免可能變化的需求帶來的設(shè)計變更，可以把和業(yè)務(wù)聯(lián)系密切并且容易變化的部分實現(xiàn)為可配置的方式，變化最頻繁的內(nèi)容也可以以參數(shù)的形式實現(xiàn)；那些基本不變化的需求部分都體現(xiàn)在程序代碼中。

這種配置文件以及參數(shù)的實現(xiàn)方式能夠提高程序的通用性，即使相關(guān)的需求目標(biāo)值發(fā)生變化，只要需求根本邏輯沒有改變，就可以通過修改配置文件或參數(shù)的方式動態(tài)實現(xiàn)，大大降低了修改終端程序的可能性。

3 程序架構(gòu)

3.1 層次結(jié)構(gòu)

可以根據(jù)軟件和用戶的關(guān)系進行層次劃分，按照用戶參與程度分成由下到上的4層：支撐層、數(shù)據(jù)源層、業(yè)務(wù)處理層以及數(shù)據(jù)表示層。除了支撐層之外，只有相鄰的兩層間才存在通訊交互關(guān)系。由于支撐層起到其他業(yè)務(wù)相關(guān)功能的支撐作用，因此能夠被其他模塊調(diào)用。圖1表示了這種層次劃分。

從圖1可以看出，支撐層是終端的基礎(chǔ)層，可以為其他功能模塊提供參數(shù)、通訊等的支持，其功能模塊有運行監(jiān)控模塊、鏈路通訊模塊以及參數(shù)管理模塊。在設(shè)計支撐層各模塊的時候，要保證功能模塊和業(yè)務(wù)邏輯相分離。

數(shù)據(jù)源層的功能模塊包括設(shè)備監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計模塊以及存儲管理模塊。數(shù)據(jù)源層可以為所有上層模塊提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)的管理及存儲。由于數(shù)據(jù)源層的主要目的是采集并存儲數(shù)據(jù)，因此在設(shè)計時不需要考慮規(guī)約因素，可以以配置化的思想進行。

業(yè)務(wù)處理層包含功能模塊：事件處理，數(shù)據(jù)處理功能：業(yè)務(wù)處理層體現(xiàn)著終端的管理功能，事件處理，主動上報等都在這一層中體現(xiàn)。為了體現(xiàn)終端的功能，在設(shè)計業(yè)務(wù)處理層時需要嚴(yán)格遵循實際需求，并且區(qū)分是普通需求還是核心需求，以便后續(xù)擴展。

作為終端和用戶的交互接口，數(shù)據(jù)表示層的模塊主要是界面展示以及規(guī)約解析，以完成本地和遠程交互功能。界面展示功能實現(xiàn)時需要考慮不同的硬件，并且顯示內(nèi)容要能夠根據(jù)需求及實際硬件環(huán)境進行配置。規(guī)約解析指的是把主站內(nèi)規(guī)約變成終端內(nèi)部的數(shù)據(jù)形式，或反過來將終端內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為主站的規(guī)約，實際設(shè)計時需要可以體現(xiàn)其屏蔽作用。

3.2 功能關(guān)系

應(yīng)用軟件的模塊間的關(guān)系見圖2，其中可執(zhí)行程序是：數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計分析，設(shè)備監(jiān)控，存儲管理運行監(jiān)控負(fù)控處理，報警處理，數(shù)據(jù)處理，規(guī)約解析，界面顯示，鏈路通訊。

其它的功能模塊均為動態(tài)庫方式。

4 結(jié)束語

本文主要討論了符合面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議的新一代采集終端的軟件設(shè)計，與面向業(yè)務(wù)相比，該設(shè)計方法兼顧穩(wěn)定性與靈活性、擴展性的要求，同時降低了嵌入式軟硬件的耦合性，完全滿足國家電網(wǎng)對于面向?qū)ο笮乱淮K端的技術(shù)要求。

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