0  引言

    計量自動化系統(tǒng)（又簡稱“四線一庫”系統(tǒng)）是指：單相智能電能表自動化檢定系統(tǒng)、三相智能電能表自動化檢定系統(tǒng)^[1],、低壓電流互感器自動化檢定系統(tǒng)^[2],、用電采集終端自動化檢定系統(tǒng)、智能化倉儲庫房,。“四線一庫”是在國家電網公司“三集五大”中營銷業(yè)務系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)之一的“省級計量中心生產調度平臺”（MDS）的業(yè)務基礎,。

    “四線一庫”總控技術支持系統(tǒng)（MCS）^[3-4]作為主要對“四線一庫”的集中調度,、控制的系統(tǒng)，在其中集成了各“四線一庫”的信息,。本文從MCS中接口模塊的信息建模,、交互流程、關鍵技術等方面主要闡述了系統(tǒng)對“四線一庫”系統(tǒng)信息進行采集和整合的設計及實現(xiàn),。

1  系統(tǒng)分析

1.1  現(xiàn)存問題

1.1.1  信息孤島問題

    目前“四線一庫”系統(tǒng)作為各省公司計量中心的生產核心,，存在一些問題：各系統(tǒng)由不同廠家承建，軟硬件差異較大,，且物理位置分散（各系統(tǒng)處于計量中心各樓層）,，不利于管理。各自系統(tǒng)的信息處于相互孤立,、難以利用的狀態(tài),。另外，其他輔助系統(tǒng)（如溫濕度^[5],、空壓機等）的監(jiān)控,，由于不牽涉主要生產業(yè)務，一般不被納入業(yè)務系統(tǒng),，處于各自獨立實現(xiàn)的狀態(tài),，無統(tǒng)一規(guī)范。

1.1.2  信息建模問題

    已有的MDS四線一庫接口^[6]主要關注檢定任務,、出入庫任務的下發(fā)和最終執(zhí)行情況,。其中實現(xiàn)了各檢定、倉儲任務的調度功能,，存在業(yè)務單一,、數(shù)據量較小、對應接口可擴展性較低的問題,。主要原因為在已有系統(tǒng)中未建立統(tǒng)一可擴展的傳輸信息模型,。

1.1.3  響應效率問題

    需要監(jiān)控的“四線一庫”各系統(tǒng)信息粒度較細，數(shù)據較大,，會導致交互頻繁,。原有的MDS中的交互處理方式為業(yè)務需要等待業(yè)務處理完成,，返回響應，如業(yè)務處理時間過長,，采用同樣的方式易導致網絡堵塞,。

1.2  系統(tǒng)主體框架

    為在省級計量中心實現(xiàn)對于各檢定、倉儲系統(tǒng)的監(jiān)控,，需要建立對“四線一庫”系統(tǒng)實時統(tǒng)一監(jiān)控的平臺,，解決各套系統(tǒng)的信息整合問題。MCS基于“四線一庫”全場景信息的狀態(tài)在線監(jiān)測關鍵技術研究成果,，結合浙江計量中心計量生產的實際情況和業(yè)務需要設計和研發(fā),，主要實現(xiàn)對“四線一庫”的集中調度、分級控制,，實現(xiàn)計量生產過程的實時監(jiān)控,，發(fā)現(xiàn)運行中存在的問題和隱患，提供實時預警功能,。

    MCS使用OSGi的技術框架^[7-8],，實現(xiàn)模塊的可插拔部署。各功能作為組件構建整個系統(tǒng),，具有較高的可移植性和可擴展性,。模塊（Bundle）為OSGi框架中的最基本單位，各模塊實現(xiàn)系統(tǒng)中需要的各類功能,。在各模塊中,，使用J2EE分層架構^[8]，分別為數(shù)據層,、邏輯層,、控制層和界面層。數(shù)據層使用hibernate技術框架,，邏輯層使用Spring技術框架,，控制層使用Spring MVC技術框架，前端主要采用JS/JSP技術,。在MCS中,，按實現(xiàn)功能劃分有：告警監(jiān)控、流程監(jiān)控,、樓層監(jiān)控,、計劃監(jiān)控、接口運行狀態(tài)監(jiān)控,、采集等模塊,。

1.3  接口功能需求

    MCS中采集模塊負責與外部系統(tǒng)的交互，在系統(tǒng)中整合與其他多套系統(tǒng)通過網絡交互數(shù)據,，打破各系統(tǒng)之間的異構壁壘,，為MCS提供數(shù)據支撐,，如圖1所示。

    接口需要滿足如下功能和性能方面的需求：

    （1）需要建立統(tǒng)一的編碼標準和通信技術規(guī)范,，以整合不同系統(tǒng)的數(shù)據,；

    （2）交互方式易于擴展，能夠基于對應的編碼進行擴展,；

    （3）響應數(shù)據盡可能快,，交互響應與后續(xù)數(shù)據處理分離。

2  信息交互功能設計和實現(xiàn)

2.1  傳輸技術

    系統(tǒng)接口模塊選用Web Service技術[9-12]進行通信,。Web Service具有良好的互操作性,、良好的封裝性、廉價性,、松散耦合的結構,，能夠滿足異構系統(tǒng)間的交互,。傳輸內容為符合規(guī)范的XML格式,。

    在MCS中開發(fā)Web Service服務端，接收和解析各類消息,，作為通信消息或者控制消息使用,。各檢定及倉儲系統(tǒng)中開發(fā)客戶端根據自身業(yè)務規(guī)范將自身數(shù)據封裝，作為接口參數(shù)數(shù)據傳輸至服務端,。

2.2  信息建模

    在使用Web Service進行異構系統(tǒng)間通信時,，首先應當考慮數(shù)據的建模問題。從監(jiān)控對象,、數(shù)據分類,、數(shù)據結構3個角度進行信息建模。

2.2.1  數(shù)據對象

    在MCS中,，系統(tǒng)的資產按層級分為系統(tǒng),、裝置以及電氣設備三層。其中系統(tǒng)定義為單,、三相電能表,、互感器、采集終端監(jiān)測以及自動化倉儲系統(tǒng),；裝置為系統(tǒng)下的各類生產單元,，如檢定系統(tǒng)下的外觀監(jiān)測裝置、多功能檢定裝置等,；電氣層為各系統(tǒng)底層PLC可監(jiān)控到的最小維度,，為裝置的組件。

    出于模擬仿真需要,，傳輸?shù)臄?shù)據粒度主要為裝置一級,，進行數(shù)據的傳輸和展示,。可通過面向對象（OO）^[13]的思維對傳輸數(shù)據進行建模,。傳輸?shù)臄?shù)據對象主要為裝置的數(shù)據對象,。標識數(shù)據對象可用一串編碼字符串，編號規(guī)則見表1,。

    電氣設備編號示例如圖2,，表示“自動化單相01號單元01號檢定裝置027號壓接氣缸”。如想標識裝置或系統(tǒng)一層,，截取編號中前面對應位數(shù)即可,，如1101208001表示“自動化單相01號單元01號檢定裝置”，“1101”表示“自動化單相01號單元”,。

2.2.2  數(shù)據結構

    每個數(shù)據對象中包含基本信息和業(yè)務信息,，均作為對象中屬性存在（可見2.3第報文規(guī)范）。其中,，基本信息包含數(shù)據的標識,、交互規(guī)范版本、發(fā)送及接收方信息,、交互時間等,。業(yè)務信息包含數(shù)據對象信息，如狀態(tài),、業(yè)務數(shù)量和處理時長等,。

2.2.3  數(shù)據分類

    根據業(yè)務以及傳輸頻度，MCS中主要的數(shù)據類型可分為實時數(shù)據和定時數(shù)據,。其中,，實時數(shù)據包含狀態(tài)信息和告警信息，用于信息的實時展示（例如三維仿真系統(tǒng)應用）,，交互頻度較高,；定時數(shù)據為系統(tǒng)的各類業(yè)務數(shù)值數(shù)據，用于信息統(tǒng)計展示,，交互頻度相對較低,。

2.3  報文規(guī)范

    傳輸?shù)膶ο蟾袷綖樽孕卸x的XML格式，報文詳細格式內容如圖3所示,。

    從圖3中可見,，報文的基礎信息在報文的根節(jié)點（DBSET）中，在其下放置各信息,，類似于定義類的屬性,。這樣后期的修改和擴展較為靈活，可根據各自需要修改詳細的報文規(guī)范，在報文中進行字段的增刪改操作,，對接口交互部分無影響,。

2.4  信息處理步驟

    數(shù)據的交互處理在“四線一庫”系統(tǒng)與MCS之間進行。MCS收集并處理四線一庫系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據,，并在處理完成后對數(shù)據進行存儲或者轉發(fā)操作,。信息交互處理流程如圖4所示。

    信息的接收處理步驟為：

    （1）MCS采集模塊接收數(shù)據,，記錄交互的數(shù)據內容,；

    （2）對數(shù)據進行判定，查看數(shù)據是否正常,，回復客戶端并記錄日志,，寫入數(shù)據庫；

    （3）開啟線程,，通過DOM將XML數(shù)據轉換為普通java對象格式,；

    （4）開啟數(shù)據處理線程，對對象進行處理,。

    由于接收到數(shù)據后即簡單判定回復客戶端（步驟（1）,、步驟（2）），與數(shù)據處理過程分離,，所以交互相應速度較快,，不會出現(xiàn)因處理時間過長而發(fā)生數(shù)據阻塞的情況,，能滿足高頻的處理需求,。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)效果

    在功能方面，目前MCS在浙江省電力公司計量中心上線運行,。該系統(tǒng)能在保持各系統(tǒng)低耦合的情況下,，實現(xiàn)信息的整合，打破信息孤島,，能夠實現(xiàn)信息的收集,、解析，并基于此實現(xiàn)后續(xù)處理和展示功能,；且系統(tǒng)的可擴展性較好,，在現(xiàn)有的標準基礎上，能夠對數(shù)據項進行簡易擴展,，滿足不同系統(tǒng)的不同數(shù)據項監(jiān)控要求,。

    在性能方面，經過調研,，真實的系統(tǒng)單元數(shù)量及數(shù)據頻度被獲取并整理,。基于此進行測試模擬，在較高交互頻度及數(shù)據量下每次交互響應時間為20~25 ms,，能夠滿足在具有更高硬件條件和更低交互頻度下的真實生產環(huán)境需求,。

4  結束語

    在互聯(lián)網思維的影響下，整合各類系統(tǒng)資源的需求增多,。本設計通過統(tǒng)一報文,、統(tǒng)一編碼建模，結合Web Service交互技術,，打破各系統(tǒng)之間的異構屏蔽,，實現(xiàn)異構系統(tǒng)整合。通過整合各類信息資源,，提高監(jiān)管的精細化程度,，提升生產的效率。

參考文獻

[1] 張曉穎, 莊葛巍, 朱錚, 等. 新型高安全性的智能電表自動化檢定系統(tǒng)[J]. 自動化儀表, 2016, 37(5): 75-78.

[2] 章鹿華,易忠林,王思彤,等.低壓電流互感器自動化檢定系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 自動化儀表, 2013, 34(12): 48-50.

[3] 丁濤, 徐二強, 劉忠, 等. 省級計量中心生產調度平臺的設計[J]. 電氣應用, 2012(9):34-37.

[4] 陳立. 省級計量中心生產調度平臺架構研究[J]. 通訊世界, 2014(11):166-167.

[5] 范志夫, 曹宏純, 湯振華. 基于OPC協(xié)議的省級計量中心檢定區(qū)溫濕度接口函數(shù)開發(fā)及實現(xiàn)[J]. 江西電力, 2015(3).

[6] 國家電網公司.省級計量中心生產調度平臺與四線一庫系統(tǒng)接口技術規(guī)范[S].2012.

[7] 李朋云, 陳金勇, 張琦. 基于OSGi的面向服務軟件體系結構設計[J]. 計算機與網絡, 2014(22):61-63.

[8] 葛新, 董朝陽, 梁小江. 基于OSGi面向服務的軟件體系架構[J]. 計算機技術與發(fā)展, 2012(10):121-124.

[9] 榮秋生, 郭國強. 基于J2EE四層體系框架系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J]. 計算技術與自動化, 2006(4):84-87.

[10] ABITRBOUL S, BENJELLOURN O, MANOLESCU I, et al. Active XML: peer-to-peer data and web services integration [C]. Proc of Vldb, 2002:1087-1090.

[11] 彭冰沁, 劉先鋒. 基于XML的Web Service分布式應用[J]. Computer and Modernization, 2006(11):8-11.

[12] 李建奇. 基于Web Services的異構系統(tǒng)集成技術研究與應用[D]. 長沙: 湖南大學, 2007.

[13] XIONG W, WEI C. Design of object oriented web service API framework[J]. Computer Technology & Development, 2009, 19(8): 54-57, 61.

作者信息:

李允昭1,，柯  偉2,，劉銘洋2，徐一晨2,，潘紅偉2,，馬勝國3

（1. 國網新疆電力有限公司，新疆 烏魯木齊830063,；

2. 國網新疆電力有限公司電力科學研究院計量中心,，新疆 烏魯木齊830000；

3. 深圳市國電科技通信有限公司,，廣東 深圳518031）