基于IEC-CIM標(biāo)準(zhǔn)的電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱鵬

摘? 要：作為我國(guó)基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)之一的電力行業(yè)，其安全可靠的電力供應(yīng)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的前提。為進(jìn)一步提高電力行業(yè)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化水平，提出了基于IEC-CIM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。文章主要通過(guò)對(duì)系統(tǒng)需求進(jìn)行分析，制定出系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)、功能架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：IEC;CIM;電力安全生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TM732? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）08-0082-02

Abstract： As one of the basic industries in China， the safe and reliable power supply is the premise of the good and rapid development of the national economy. In order to further improve the standardization， standardization and information level of power industry， the design and implementation of power safety production management system based on IEC-CIM international standard is put forward. Based on the analysis of the system requirements， this paper formulates the overall design scheme of the technical architecture and functional architecture of the system， and expounds the implementation and testing of the system.

Keywords： IEC; CIM; electric power safety production

近年來(lái)，隨著我國(guó)電力行業(yè)信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)已成為電力部門貫徹落實(shí)中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)電力安全生產(chǎn)工作的意見(jiàn)》精神的重要載體。但由于以往對(duì)此類系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供參考，使得互聯(lián)互通開(kāi)放性、信息數(shù)據(jù)共享性較差，信息流程化處理還有待提高。因而，電力行業(yè)急需要一個(gè)規(guī)范化、信息化水平比較高的標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，來(lái)開(kāi)發(fā)出一套能夠?qū)﹄娏Π踩a(chǎn)進(jìn)行管理的系統(tǒng)。而正是因?yàn)閲?guó)際電工委員會(huì)（IEC） 制定的 IEC 61970系列電力系統(tǒng)公共信息模型（CIM）標(biāo)準(zhǔn)，才使得目前國(guó)內(nèi)的電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠基于此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)?；贗EC-CIM標(biāo)準(zhǔn)的電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)是以CIM為數(shù)據(jù)源，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理與預(yù)測(cè)分析，并提供及時(shí)準(zhǔn)確地可視化數(shù)據(jù)信息，以提高各相關(guān)部門人員對(duì)電力安全生產(chǎn)管理的水平，即為領(lǐng)導(dǎo)層提供輔助決策平臺(tái)、為管理層提供集約化的監(jiān)管平臺(tái)、為員工層提供業(yè)務(wù)操作平臺(tái)。

1 系統(tǒng)需求分析

在系統(tǒng)功能性需求方面，電力行業(yè)信息化是未來(lái)電力安全生產(chǎn)的有效助推劑，在電力行業(yè)特定的管理體系下，需要一套標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、互通性、開(kāi)放性、共享性較好的系統(tǒng)平臺(tái)，以解決現(xiàn)有電力行業(yè)中存在的數(shù)據(jù)分析監(jiān)管、資源共享等短板問(wèn)題。在系統(tǒng)的非功能性需求方面，結(jié)合用戶對(duì)重要數(shù)據(jù)冗余安全備份、雙服務(wù)器應(yīng)急切換、冗余配置標(biāo)準(zhǔn)化程度高的重要產(chǎn)品部件、故障隔離排除的應(yīng)用可靠性需求;對(duì)數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)同步更新、校驗(yàn)、傳輸及斷點(diǎn)續(xù)傳的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性需求;對(duì)系統(tǒng)服務(wù)器集群工作站的主機(jī)安全、數(shù)據(jù)異地容災(zāi)分散備份管理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸加密的數(shù)據(jù)安全、服務(wù)器雙機(jī)熱備及內(nèi)外網(wǎng)防火墻隔離配置的網(wǎng)絡(luò)安全、用戶注冊(cè)登錄的系統(tǒng)認(rèn)證安全事件快速響應(yīng)等情況的安全性需求;對(duì)設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)行國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)的選配、設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行異常故障發(fā)生后快速診斷與處理的易維護(hù)性需求;對(duì)電力行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)保持一致的實(shí)時(shí)性需求;對(duì)符合IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放接口與CIM信息模型的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的開(kāi)放性需求;對(duì)系統(tǒng)逐步升級(jí)、容量擴(kuò)充、整體設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性等需求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用戶多樣化、個(gè)性化的需求。同時(shí)還應(yīng)滿足電力設(shè)備初始化、客戶端登錄賬戶的安全保護(hù)、電力設(shè)備技術(shù)參數(shù)監(jiān)管維護(hù)、不同用戶層對(duì)接線圖分層管理、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單快捷修改設(shè)備屬性、方便瀏覽工作票及接線圖并生成可編輯的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的工作票、批量導(dǎo)入與生成屬性相同的電力設(shè)備、管理與錄入設(shè)備相關(guān)信息等功能需求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初期就是對(duì)用戶目標(biāo)進(jìn)行精細(xì)化地需求分析，建立起功能、信息、行為的系統(tǒng)模型，為后續(xù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

基于IEC-CIM標(biāo)準(zhǔn)的電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)的構(gòu)架體系是在高級(jí)的業(yè)務(wù)架構(gòu)平臺(tái)上所構(gòu)建。業(yè)務(wù)架構(gòu)平臺(tái)的基本原理是捆綁業(yè)務(wù)平臺(tái)的運(yùn)行、建模、資源等技術(shù)以實(shí)現(xiàn)需求頻繁變動(dòng)的微觀化改變;實(shí)現(xiàn)分離系統(tǒng)與模型資源已達(dá)到技術(shù)無(wú)關(guān)性。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)采用邏輯架構(gòu)與物理架構(gòu)相結(jié)合的多層架構(gòu)模式，其中系統(tǒng)物理架構(gòu)（PMS）分為四層，即用戶層、WEB服務(wù)層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層。用戶利用PC登錄客戶端使用IE訪問(wèn)IIS與Tomcat軟件所搭建的WEB服務(wù)器，業(yè)務(wù)一體化功能模塊作為系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)與操作設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的核心，因此要加大提高數(shù)據(jù)庫(kù)安全性，將數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接到存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN） 中，并采用集群服務(wù)器并行搭建的思路的進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)功能架構(gòu)主要由權(quán)限、兩票及設(shè)備三個(gè)功能管理模塊組成。

權(quán)限管理模塊是構(gòu)成系統(tǒng)安全控制體系的主要功能模塊。提供用戶（User）的注冊(cè)認(rèn)證與授權(quán)管理，將業(yè)務(wù)類型、管理權(quán)限較為相近的用戶進(jìn)行集合化角色認(rèn)證和授權(quán)，并自動(dòng)分配相應(yīng)的操作權(quán)限，以便使用戶權(quán)限管理工作越發(fā)安全可靠、高效便捷。權(quán)限、角色與用戶是一對(duì)多的對(duì)應(yīng)關(guān)系，角色（Role）的管理是權(quán)限管理的基礎(chǔ)，即一種角色對(duì)應(yīng)于多個(gè)用戶和多種權(quán)限。角色中的成員擁有其所有權(quán)限，而角色與角色之間只支持多級(jí)繼承。系統(tǒng)可以直接將權(quán)限分配給用戶，也可指派用戶到已賦予權(quán)限的角色處繼承權(quán)限。繼承角色權(quán)限的并集與用戶自身權(quán)限構(gòu)成了用戶的實(shí)際權(quán)限。在用戶登錄系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)查詢比較已加密保存的User數(shù)據(jù)表統(tǒng)計(jì)信息來(lái)判斷登錄用戶所使用的用戶名與密碼是否準(zhǔn)確，以決定其能否合法進(jìn)入。同時(shí)，提供授權(quán)范圍的擴(kuò)充與定制、設(shè)備及工作組的管理授權(quán)與組織機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能夠有效地進(jìn)行安全規(guī)則或安全策略的設(shè)置，達(dá)到安全保障管理的目的。

兩票管理模塊是根據(jù)IEC-CIM標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的對(duì)從業(yè)者及設(shè)備安全保障的工作票、操作票制度規(guī)定來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。使用兩票的所有從業(yè)人員必須通過(guò)相關(guān)專業(yè)的考試考核并取得資格證書后方可使用。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的需求分析發(fā)現(xiàn)，第一種工作票的流程管理設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)兩票管理模塊的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。工作票流程管理包括填寫、簽發(fā)、接收、許可、終結(jié)等內(nèi)容，無(wú)論在某一流程出現(xiàn)異常情況系統(tǒng)都會(huì)提供必要的解決措施。電氣接線圖與地理圖的全閉環(huán)管理以及用戶的權(quán)限管理是兩票管理的基礎(chǔ)，根據(jù)不同層次的用戶進(jìn)行嚴(yán)格的權(quán)限分配，使用戶依據(jù)權(quán)限范圍來(lái)處理工作票。并且系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)工作票進(jìn)行查詢與維護(hù)、創(chuàng)建與修改、統(tǒng)計(jì)與打印等工作票的操作功能。

設(shè)備管理模塊是系統(tǒng)數(shù)據(jù)源統(tǒng)計(jì)、輸出、管理與維護(hù)的重點(diǎn)，是電力生產(chǎn)應(yīng)用的核心。本系統(tǒng)通過(guò)利用工具自動(dòng)建站與導(dǎo)入原有設(shè)備數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備初始化。依據(jù)公共信息模型（CIM）將設(shè)備管理屬性與間隔圖形、類型的模板相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)間隔下設(shè)備資源的快速自動(dòng)建站以及電力設(shè)備圖模一體化管理。通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，并運(yùn)用圖形編輯等工具來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理數(shù)據(jù)圖像化、視覺(jué)化、層次化的用戶體驗(yàn)效果。將設(shè)備動(dòng)靜態(tài)關(guān)聯(lián)信息作為設(shè)備關(guān)系維護(hù)的重點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)主附設(shè)備屬性的批量修改與維護(hù)功能。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)遵循IEC-CIM標(biāo)準(zhǔn)，采用FastDB（內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)）、SQL Server（關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)）對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)以保證其安全可靠性，并實(shí)現(xiàn)CIM模型在當(dāng)前應(yīng)用數(shù)據(jù)與持久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)中主要以物理設(shè)備總臺(tái)帳、命名設(shè)備總臺(tái)帳、設(shè)備所屬關(guān)系表、運(yùn)行設(shè)備總臺(tái)帳來(lái)記錄電力設(shè)備的層次關(guān)系。總體設(shè)計(jì)是從全局高度、用長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光來(lái)合理分析優(yōu)化方案，從而用較低的開(kāi)發(fā)成本完成電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)高質(zhì)量的設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

（1）系統(tǒng)登錄。為了限制登錄權(quán)限，用戶必須正確的輸入用戶名與密碼后方能進(jìn)入系統(tǒng)的主界面。主界面顯示功能由管理員分配的權(quán)限所決定，大多數(shù)用戶可在主界面的左側(cè)對(duì)樹(shù)形結(jié)構(gòu)目錄的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行快捷的單擊，并同步實(shí)現(xiàn)在右側(cè)區(qū)域進(jìn)行相關(guān)的操作編輯工作。而新用戶必須完成注冊(cè)認(rèn)證后，才能獲得系統(tǒng)給予的相應(yīng)訪問(wèn)權(quán)限來(lái)合法進(jìn)入本系統(tǒng)。（2）權(quán)限管理。通過(guò)權(quán)限管理模塊不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)眾多顆粒化角色單元進(jìn)行權(quán)限分配，同時(shí)還能夠?qū)π陆巧嚓P(guān)的信息進(jìn)行創(chuàng)建。通過(guò)在系統(tǒng)主界面上進(jìn)行簡(jiǎn)單的拖拽操作就可實(shí)現(xiàn)角色與角色之間權(quán)限的多級(jí)繼承、也可指派用戶到已賦予權(quán)限的角色處繼承權(quán)限，系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)直接將權(quán)限分配給用戶。（3）變電設(shè)備初始化。用戶通過(guò)對(duì)設(shè)備樹(shù)單擊操作，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理屬性的修改、新建、刪除、插入等編輯功能，單擊導(dǎo)入或更新功能鍵后，即可完成導(dǎo)入原有設(shè)備數(shù)據(jù)與自動(dòng)建站。主變與公共間隔是自動(dòng)建站所生成的，以樹(shù)形結(jié)構(gòu)形式來(lái)顯示不同間隔的二級(jí)數(shù)據(jù)，可以對(duì)設(shè)備所屬的間隔類型進(jìn)行相關(guān)操作，但初始化是變電設(shè)備間隔在使用前必須要完成的操作。（4）設(shè)備管理屬性的修改與維修，可以分別在屬性修改與系統(tǒng)維護(hù)兩個(gè)不同的模塊中進(jìn)行操作。如需批量修改時(shí)，可在相應(yīng)的設(shè)備屬性下點(diǎn)擊進(jìn)入批量修改模塊中進(jìn)行維護(hù)。設(shè)備屬性中的數(shù)據(jù)信息可以在變電初始化時(shí)被直接引用。（5）不同權(quán)限的用戶可以對(duì)工作票進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的操作。用戶也可以利用圖形編輯器完成設(shè)備接線圖的繪制工作。

本系統(tǒng)的基層測(cè)試部分主要采取白盒、黑盒測(cè)試相結(jié)合的核心軟件測(cè)試技術(shù)，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)邏輯驅(qū)動(dòng)與結(jié)構(gòu)測(cè)試、系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)與功能測(cè)試。其中第一步是對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)子系統(tǒng)及其模塊進(jìn)行的單元測(cè)試，單元測(cè)試是整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試中的濫觴;第二步是針對(duì)于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題及接口缺陷的集成測(cè)試;第三步是驗(yàn)證系統(tǒng)的特性、性能及功能與用戶需求是否相匹配的確認(rèn)測(cè)試，確認(rèn)測(cè)試開(kāi)始前需要對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行計(jì)劃制訂;最后通過(guò)對(duì)以上測(cè)試過(guò)程所得出的測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸，模塊系統(tǒng)功能的測(cè)試分析。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)精細(xì)地分析電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)在電力行業(yè)中的需求，并基于IEC-CIM標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出了電力安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)及功能架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案，依據(jù)此方案設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了權(quán)限、兩票及設(shè)備等功能管理模塊。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試實(shí)現(xiàn)了電力行業(yè)的技術(shù)要求和系統(tǒng)需求。同時(shí)，為今后電力行業(yè)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化程度的提高奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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