（测试计量技术及仪器专业论文）变电所电能量遥测系统中网络通信软件设计.pdf

摘要 y 2 3 5 8 随着电力工业的发展，电网复杂程度和电压等级不断提高，变电所实现综合 t 自动化和无人值班已成为电力系统自动化的发展方向。本系统的开发可有效实现 变电所“四遥”之一的遥测，是变电所综合自动化的一个重要组成部分。1 - - ， 本系统分为两个部分：主站和子站。主站通过远程通信从子站上抄数据、向 子站下传参数并进行其它操作。主、子站之间能否实现稳定、高效、可靠的通信， 是整个系统的关键，也是实现系统其他功能的基础。 本论文首先介绍了系统开发背景及国内外发展趋势并分析了课题意义；接 着，对系统的总体设计和功能规划进行了总体介绍；然后，对主、子站通信相关 模块的软件设计，从设计思想到实现上，进行了详细介绍：针对主站与子站一对 一通信耗时长、资源利用率低的状况，提出了主站多线程解决方案，实现了主站 与多个子站同时通信。同时，利用w i n d o w s 的消息机制及数据库功能，对多线 程运行进行管理并对各抄表线程的运行状态进行动态显示。另外，主站软件的设 计支持工控机子站和嵌入式子站两种子站系统，实现了在同一版本下与两种子站 系统通信的功能。 ， ( 实际测试表明，系统的设计实现了预期的功能，并有效提高了通信的效率和 可靠性。 论文最后对课题进行了总结和提出后继开发的建议为 关键字：变电所综合自动化无人值班屯能量遥澳一多线程、拨号s o c k e t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y , t h ec o m p l e x i t yo fe l e c t r i c n e t w o r ka n dt h er a n ko fv o l t a g eh a v eb e e ni n c r e a s i n gc o n s t a n t l y t h u s ，t h e i n t e g r a t e da u t o m a t i o na n d u n m a n n e do p e r a t i o nh a v eb e c o m et h ed i r e c t i o n so f f u r t h e rd e v e l o p m e n t t h es y s t e md i s c u s s e di nt h i st h e s i sc a nr e a l i z eo n eo ft h e f o u r r e m o t e s 一r e m o t em e a s u r i n g i ti sa n i m p o r t a n tp a r t o f i n t e g r a t e d a u t o m a t i o ni ns u b s t a t i o n s t h e s y s t e m i n c l u d e st w o p a r t s ：o n em a i n - s t a t i o na n dm a n y s u b - s t a t i o n s t h e m a i n - s t a t i o nc o m m u n i c a t e sw i t ht h es u b - s t a t i o n st ou p l o a dd a t aa n dd o w n l o a d p a r a m e t e r s i t i sab a s i cb u ti m p o r t a n tf u n c t i o nf o rt h es y s t e mt or e a l i z es t e a d y , e f f i c i e n ta n dr e l i a b l ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nm a i n - s t a t i o na n ds u b s t a t i o n s t h et h e s i sp r o p o s e st h ec u r r e n td e v e l o p i n gs t a t u so fi n t e g r a t e da u t o m a t i o n i ns u b s t a t i o n sa n dt h et a s k so ft h er e s e a r c h h r s t i y , t h e ni n t r o d u e e s t h e c o m p r e h e n s i v ed e s i g no ft h es y s t e m ，a n d t h e nf o c u s e so nt h e d e s i g no ft h e c o m m u n i c a t i o nm o d u l e sb o t hi nm a i n - s t a t i o na n ds u b - s t a t i o n t oi m p r o v et h e c o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c yb e t w e e nm a i n - s t a t i o na n ds u b - s t a t i o n s ，t h et h e s i s b r i n g s f o r w a r das o l u t i o no f m u l t i t h r e a d i n g i n m a i n - s t a t i o n t h u s ，t h e m a i n - s t a t i o nc a ne o m m u n i c a t ew i t hm u l t is u b - s t a t i o n sa tt h es a m et i m ea n dc a n d i s p l a yt h es t a t e so ft h et h r e a d sd y n a m i c a l l y i na d d i t i o n ，t h em a i n - s t a t i o nc a n c o m m u n i c a t ew i t ht w om o d e so fs u b s t a t i o n 稍m i o n e v e r s i o n ：i n d u s t r yc o n t r o l c o m p u t e rs y s t e m a n de m b e d d e d s y s t e m 1 附n a l l y , t h et h e s i ss u m m a r i z e st h ep r o j e c ta n dp r o p o s e sap r o s p e c tf o rt h e f u r t h e r d e v e l o p i n g 1 ： ， k e y w o r d s ：i n t e g r a t e d a u t o m a t i o ni n s u b s t a t i o n ，u n m a n n e do p e r a t i o n ， e l e c t r i cp o w e rr e m o t e m e a s u r i n g ，m u i f i t h r e a d i n g , d i a l - u p ，s o c k e t 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 系统开发的背景 电力系统是一个复杂的运行整体，由于在国民经济中的重要地位，必须随 时随地给予检测、调整，以保证电力系统的安全、稳定、经济地运行。 自七十年代开始，人们即着意于电力系统自动化的开发，并以此作为提高 电力系统管理和运行水平的重要手段2 们。进入八十年代后，随着微机技术的进 步，更由于系统规模的迅速增大，以及相关运行的需要，电力系统自动化逐步成 为电力系统中不可分割的一个重要环节2 们。但是由于电力系统是一个复杂的整 体，各个环节间具有相互错综复杂的联系，运行方式也是千变万化，所以至今也 尚未完成一个从发电到用户的统一的自动化整体系统。而主要按目前的运行体制 分级实现自动化分系统然后加以协调，形成一个多开链式自动化系统3 5 】。 变电所是一个电磁能量转换及能量再分配单元，电力系统中的许多保护装 置、检测装置、辅助装置都是针对整个变电所设置的，因此，变电所是整个输配 电系统中的重要环节，也是电网的主要控制点。 随着我国电压等级和电网复杂程度的提高、供电半径和输配电容量的加大， 采用传统的变电所一次和二次设备已越来越难以满足降低变电所造价、提高变电 所运行安全可靠性两方面的要求，这就使得发展和推广变电所综合自动化系统成 了今后各种电压等级变电站自动化技术的发展方向【2 0 】。同时由于计算机、电子、 通讯技术的飞速发展，为变电站综合自动化技术的发展和应用提供了保证。 变电所综合自动化是电力网及计算机技术发展到一定程度的产物，是整个 电力系统自动化工程中的重要一环。它广泛采用微机保护和微机远动技术，对变 电所的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号分别进行采集，经过功能 的重新组合，并按照预定的程序和要求对变电所实现自动化监视、测量、协调和 控制。 实行变电所综合自动化具有以下意义： a 变电所综合自动化系统可快速采集各种现场数据，对这些数据进行 数字化，并分析出很多难以直接测量的数据( 如谐波分量、序电流、 浙江大学硕士学位论文 序电压) ，通过数据传输，将这些信息传送给电力调度部门，便于 及时掌握电网和变电所的运行情况。 b 通过采用远程控制、操作、反事故措施等技术，提高了变电所的可 控性。 c 变电所可以采用无人值班方式，减少人为误操作的可能，提高安全 经济运行水平。 d 通过采用计算机技术和通信技术能降低变电所综合造价和运行费 用。 变电站无人值班运行是变电站运行管理的新模式，由于具有明显的技术经 济效益，发达国家早在7 0 年代就开始实施这种新的运行管理模式，目前在我国 无人值班和变电所综合自动化也已经起步，国内巨大的市场需求也吸引了大量的 厂家纷纷投资加入。变电站无人值班有以下几个优点：提高运行可靠性、提高事 故处理速度、提高劳动生产率、降低建设成本。而变电站综合自动化系统的运用 是实现变电站无人值班运行的有效途径之一。 1 2 国内外发展现状 一国外变电所综合自动化系统概况 国外从7 0 年代末、8 0 年代初就开始进行保护和控制综合自动化新技术的开 发和试验研究工作2 。如由美国西屋电气公司和美国电力科学研究院( e p r i ) 联合研制的s p c s 变电所保护和控制综合自动化系统，由日本关西电力公司和三 菱电气公司共同研制的s d s i 、i i 保护和控制综合自动化系统从1 9 7 7 1 9 7 9 年 进行了现场试验及试运行，8 0 年代初交付商业运行1 。目前，日本日立、三菱、 东芝公司，德国西门子公司( s i e m e n s ) 、a e g 公司，瑞士a b b 公司、美国通用电 气公司( g e ) 、西屋电气公司( w e s i n gh o u s e ) 、法国阿尔斯通公司( a l s t h o m ) 、 瑞士l a n d i s & g y r 公司等国际著名大型电气公司均开发和生产了变电所综合自动 化系统( 或称保护与控制一体化装置) ，并取得了较为成熟的运行经验“”。其主 要特点为：系统一般采用分层分布式，系统由站控级和元件间隔级组成；在间 隔层终端一般采用多d s p 结构，集保护、录波、计量、远动功能于一体；站控 单元采用高性能工作站或专用硬件，处理和存储能力较强；专用通信网以光纤为 一2 一 浙江大学硕士学位论文 介质，具有很高的通信速率和质量。 二国内变电所综合自动化系统发展现状 我国变电所综合自动化技术的起步虽比国外晚，但在7 0 年代初期便先后研 制成电气集中控制装置和“四合一”集控台【”】。随着微机技术在电力系统应用 的日益成熟，8 0 年代中期，我国亦开始研究变电所综合自动化技术【3 “。尤其是 近年来，国内变电站综合自动化技术发展迅速。 目前，国内有关研制和生产单位退出的变电所综合自动化系统及产品很多， 归纳起来可分为3 种典型类型3 4 1 ：第1 种类型为基于r t u 、变送器及继电保护 与自动装置等设备的变电所综合自动化系统，一般称为增强型r t u 方式，也称 集中式，或第1 代综合自动化系统。该系统是在常规继电保护及二次接线的基础 上增设r t u 装置以实现“四遥”。结构上仅是站级概念，实际上尚不能称为综合 自动化系统。第2 种类型为从硬件结构上按功能对装置进行了划分，摒弃了集中 式但c p u 而走向分散，系统由数据采集单元、主机单元、遥控执行单元、保护 单元组成。各功能单元通过通信网络等手段有机结合，构成系统。该系统可代替 常规的保护屏、控制屏、中央信号屏、远动屏、测量仪表等。它具有较强的在线 功能且人机界面较好。但系统仍然比较复杂，联接电缆较多，系统可靠性不太高。 这种系统虽然做到一定程度的功能分散，但没有从整体上考虑变电所综合自动化 系统的结构。该类系统一般称为分散系统或第2 代系统，是一种过渡方案。第3 种类型采用分层分布式系统结构，引入了站控级和间隔级概念。设备分变电站层 设备( 站控级) 和间隔层设备( 间隔级) 。这类系统实现了信息资源的共享以及 保护、监控功能的综合化，大大简化了站内二次回路，完全消除了设备之间错综 复杂的二次电缆。同时大大提高了整个系统的可靠性和可扩展性，是综合自动化 系统的发展方向。该类系统称为分层分布式系统。目前已有南自变电站自动化公 司、四方公司、南瑞电网控制公司等厂家退出了此类系统并成功投入运行。 总体来说，国内产品与国外产品相比，还有以下差距； a 在硬件制造工艺、结构和印刷板质量等方面差距相当明显。 b 国外产品在间隔层终端一般采用多d s p 结构，集保护、录波、计量、远 动功能于一体；国内产品多采用通用单元组合方式来构成间隔层终端， 分担保护、录波、监控、计量等功能，适应性较好，但单元功能偏弱、 浙江大学硕士学位论文 同一间隔内各单元无法共享数据。 c 国外产品的专用通信网以光纤为介质，具有很高的通信速率和质量；国 内产品的现场通信多采用r s 串行通信总线和位总线，通信速率、质量和 灵活性不够理想。 d 国外产品站控单元采用高性能工作站或专用硬件，处理和存储能力较强； 国内产品站控单元多采用工业p c ，安装使用上多数还是室内集中组屏， 主要应用于1 0 0k v 和3 5k v 及以下电压等级的中、低压变电站。 1 3 课题的提出及课题任务 本系统的名称为“网络环境下的变电所电能量遥测系统”，正是为了适合变 电所综合自动化和变电所无人值班化模式的推广而提出的一个重要课题。它属于 变电所“四遥”之一的遥测，是变电所综合自动化的一个重要组成部分。 系统由主站和子站两部分组成。主站安装在电力局，子站分别安装在电力局 下属的各个变电所。主站通过局域网或公共电话网与子站相连，形成一个星型结 构。系统根据电力模拟市场的需要进行设计，子站运行于无人值班模式下。主站 与子站间通过远程通信，进行远程数据传输，实现主站对子站的系统参数设置、 远程自动抄表、在线检测和电能量分析等功能。 变电站无人值班工作在我国部分地、县级电网中已得到了较好的开展，取得 了可喜的成绩。但通信质量差、可靠性低是制约我国变电站无人值班工作健康发 展的一个重要因素。对于本系统来说，主站与子站之间能否实现稳定、高效、可 靠的通信，也是关系到整个系统开发成败的一个至关重要的方面，它是实现系统 其他功能的基础。 在本课题中，本人承担的任务是主站与子站之间通信相关模块的软件开发， 具体如下： 主站端：通过局域网或者拨号网络实现与工控机子站和嵌入式子站的通信， 对各子站及其表计进行相应的远程设置和数据上抄，包括以下内容： 定时抄表：根据用户设置进行定时抄表，抄表内容包括：关口表、非关 口表、旁路表、结算日、运行事件等 远程设置：设置内容包括变电所参数、计量点参数、表计参数、抄表时 浙江大学硕士学位论文 间、时段参数、需量清零等 远程抄表：主站即时从子站数据库或表计中获取数据，抄表内容包括： 关1 3 表、非关口表、旁路表以及结算日、表计参数等。 子站端( 工控机版本) ：通过局域网或拨号网络实现与主站的通信，并根据 主站的要求，进行数据上传或接收主站发送的数据进行参数设置。 浙江大学硕士学位论文 第二章系统功能规划 2 1 系统总体设计 图2 1 1 系统整体结构示意图 如上图所示，系统由两部分组成：主站和子站。 主站安装在电力局，通过与子站通信，对子站进行远程控制：获取抄表数 据、设置参数或进行其他操作。主站从子站上抄的数据，存入主站数据库。主站 端可对这些数据进行分析，以监测各子站运行状态和输配电状况。另外，主站还 负责提供人机界面。 子站安装在电力局下属的各变电所，有两种模式：一种是工控机系统，另 一种是嵌入式系统。子站端的工控机或嵌入式系统通过4 8 5 线与本变电所的各负 责数据采集的表计相连。子站端一方面负责与主站通信，接收主站下传的命令并 将从表计获取的数据上传给主站，另一方面负责对各表计进行通信管理，从表计 - - 6 一 浙江大学硕士学位论文 读取数据、设置表计参数。子站既可运行于无人值班模式，也可运行于有人值班 模式，所以子站系统也提供人机界面。 主站通过局域网或电话网与各子站相连，形成一个星型结构。主站和子站 之间的通信介质，对已联网的电力局和变电所之间可采用光纤网，对尚未联网的 变电所，可使用公共电话网或电力局的内部电话网，这时主站端和子站端都要通 过m o d e m 拨号上网。 本系统的主站，可采用两种组成方式：单机方式或工作站方式。 如果电力局内部尚未建立局域网或局域网发展尚不完善，没有安装或运行 o r a c l e 、s y b a s e 等大型网络数据库，这时可将主站在一台单机上运行，后台数据 库选用s q ls e r v e r ，也在本地运行。 对另外一些电力局，其内部局域网已建设得比较完善，采用了先进的计算 机及网络设备并运行有大型的网络数据库，在这些电力局中，可以使用一台工作 站作为主站，将大型网络数据库作为后台数据库。这样不但用电计划部门可使用 该数据库中的数据进行电量平衡等各种统计分析，而且可以共享给电力局的其他 部门，用作各种分析。 2 2 主站功能规划 主站作为测控中心，其功能设计要完成以下任务： a 建立变电所、计量点、表计体系结构以及运行组态； b 设置抄表参数、通信参数以及时段等： c 同子站通信，对各子站及其电表进行相应的远程设置、即时抄表并可根据 用户设置对子站进行定时抄表； d 对运行事件和抄表数据进行浏览、分析，以及报表打印； e 数据库管理； f 系统参数设置和用户管理。 根据上面的功能描述，可以将主站划分为以下功能模块：体系建立、远程设 置、远程抄表、数据分析、事件分析、数据库管理、系统管理，共7 个模块。由 于对子站的定时抄表在主站后台自动运行，并且是主站功能的一个核心部分，所 以将其从远程抄表中独立出来，成为一个单独的功能模块：定时抄表模块。这样， 1 塑垩查兰堡主堂垡丝苎 主站的体系结构如下图( 图2 - - 2 - - 1 ) 所示 图2 2 1 主站功能模块图 2 2 1 体系建立 本模块的主要功能是设置运行组态和完成对变电所、计量点以及表计的体系 建立，以及变电所体系上抄。体系建立包括对变电所、计量点和表计的添加、删 除和修改，同时可以对各自的参数进行设置。变电所、计量点和表计这三个体系 是整个系统的基础，它们构成了一个完整的体系结构。本模块可划分为：变电所 体系建立、计量点体系建立、表计体系建立、运行组态设置和上抄体系五个子项。 模块结构如图2 2 2 所示： 图2 2 2 体系建立模块的体系结构图 一、变电所体系建立 通过该子项，可添加、删除变电所，并可对选定变电所进行以下参数设置： 联网方式、变电所i p 地址、变电所编码、变电所类型 浙江大学硕士学位论文 二、计量点体系建立 通过该子项，可对选定的变电所进行计量点的添加、删除或修改计量点名。 并可对选定计量点进行以下参数设置：计量点编号、电表性质、电气特性、旁路 参数、开关初始状态、旁路替代方向 三、表计体系建立 通过该予项，可对选定的变电所的选定计量点添加、删除表计，以及对选定 表计进行参数修改。增加时要求用户输入表计的通信协议、电表类型、表计名， 修改时可修改通信协议、电表类型和表计名。还可以设置、修改表计参数，不同 的表计的参数种类可能不一样，因此对于不同类型的表计要提供不同的参数设置 界面。 四、运行组态设置 该子项用于设置变电所的运行组态。用户可以将已建立体系的变电所添加到 组态中，也可以将当前不用的变电所从体系中删除。只有在组态中的变电所，用 户才可以对其进行操作。 五、上抄体系 该子项用于对选定变电所进行变电所、计量点和表计体系上抄。上抄的体系 将覆盖系统中原有的该变电所的体系。 2 2 2 远程设置 该模块是主站与子站之间进行通信的三个模块中的一个，主要完成对变电所 子站及其表计的诸多参数设置及下传，并可进行需量清零及数据库管理。根据其 功能，可分为以下五个子项：时间时段设置、参数下传、表计标时、需量清零、 子站数据库管理。如图2 2 3 所示： - - 9 一 浙江大学硕士学位论文 图2 2 3 远程设置模块的体系结构图 一、时间时段设置 抄表时间设置 抄表时间设置包括子站抄表计的时间设置和主站抄子站的时间设置。 设置的参数有：关口表、非关口表、结算日抄表的抄表时间间隔、重试次数、 重试时间间隔以及生效时间。 时段设置 参照浙江省规约内容设置各种时段参数，该时段参数以表计为基本单位。 基本内容有：表计时段分为两个年时区，每个年时区的内容相同，其包括的参数 有该年时区的时段数( 1 1 2 ) 、该年时区开始的时间( 月日) 、1 1 2 个时段的费 率和起止时间( 时分) 。用户可以选择是一个年时区还是两个年时区。 二、表计标时 用于对各子站及其表计进行时钟校准。此功能将主站的系统时间下传到子站， 由子站完成自我校准时间和对表计广播校时和逐个校时( 仅对a l p h a 2 表) 。用户 可以选择多个变电所同时进行校时。 三、参数下传 如图2 4 所示，该子项分为六个小子项： 变电所参数下传：从运行组态中，选择需要下传参数的变电所，下传相 应变电所的参数。可选择多个变电所同时下传。 浙江大学硕士学位论文 计量点参数下传：从运行组态中，选择下传参数的变电所，再选择该变 电所中需要下传参数的计量点，可以选择多个计量点一起下传。 表计参数下传：从运行组态中，选择下传参数的变电所，再选择该变电 所中需要下传参数的表计，可以选择多个表计一起下传。 抄表时间下传：从运行组态中，选择变电所，将抄表时间下传该变电所， 变电所可以选择多个，系统可同时进行下传。下传参数中有用部分是子 站同表计的通信时间。 时段值下传：从运行组态中，选择需下传时段参数的变电所，再选择该 变电所中需要下传参数的表计，可以选择多个表计一起下传。 下传嵌入式子站新版本：该子项只对嵌入式子站进行操作。从运行组态 中选择变电所和待下传的子站新版本，下传，即可对嵌入式子站原有版 本进行更新。 四、需量清零 通过该子项，可对运行组态中的选定变电所的选定表计进行最大需量清零。 可选择一个变电所的多个表计同时进行处理。此命令发出子站轮流对表计先抄表 再清最大需量。 五、子站数据库管理 该子项对子站数据库进行管理。包括对运行组态中选中变得所的特定数据库 进行表清空或删除已上送记录。可同时选择多个变电所的同一数据库，进行相同 操作。 2 2 3 远程抄表 该模块可分为两个子项：即时抄表和即时抄分站。前者即时从子站表计中获 得数据，后者从子站数据库中即时获得数据。 一、即时抄表 本子项完成对指定变电所的指定表计的立即抄表。如果用户想马上看看某个 变电所某个表计或多个表计的数据可以使用此功能立即获取数据，非常方便。 用户可以选择对关1 3 表旁路表、非关1 3 表或全部进行即时抄表，即一次可 以选择多个表计，本系统将一次性地将命令交付子站执行。用户也可以选择操作 的类型，可供选择的抄表类型有：电量、瞬时量( 功率、电压、电流) 、表计参数。 浙江大学硕士学位论文 子站完成抄表后将数据一次性上送。 上抄数据放在临时表中，用户可选择存贮、清空临时表数据，选择存贮时， 数据被存入主站即时抄表数据库表中，在退出之前不自动保存临时表数据。 二、即时抄分站 将各子站的定时抄表数据立刻上送主站，是作为定时抄表的一个有用的补充。 由于定时抄表是间隔一定的时间进行的，最小时间间隔为一个小时( 可由用户设 定) ，主站不可能拥有子站最新的数据，在主站抄表时间设置得比较长的时候， 比如二十四小时，这种矛盾就更加突出。若用户需要马上浏览某子站的定时抄表 数据，即可以使用本项功能。 用户可以选择任意一项操作内容，如关口表、非关口表、旁路表、结算日， 不能抄运行事件。可将指定变电所的一个或多个计量点的数据上送。 上抄数据放在临时表中，用户可选择存贮、清空临时表数据，但要注意在数 据未存入定时抄表数据库表之前不能进行删除操作，本功能在退出之前自动将临 时表数据存入定时抄表数据库表中。 2 2 4 定时抄表 本模块定时对各子站抄表，并将抄表数据存入数据库。上抄内容包括；关口 表定时抄表数据、非关口表定时抄表数据、旁路表定时抄表数据、结算日定时抄 表数据、运行事件数据( 包括需量清零、失压记录、抄表异常、旁路动作、更换 表计、更换c t ) 。需完成的功能如下： 显示抄表状态信息、失败记录 启动定时抄表后，主站和分站即按设置的抄表时间进行自动定时抄表。定 时抄表任务以线程的形式存在，且在主站的后台运行，抄表数据自动入数 据库； 可对运行组态中的多个变电所同时进行抄表，可对同时抄表的变电所数目 进行设置。 定时抄表的启动和停止：用户可控制定时抄表的启动和停止。按启动键 将恢复( r e s u m e ) 定时抄表线程运行，按停止键将挂起( s u s p e n d ) 定时抄表 线程。 主站上抄的数据的内容有：关口表定时抄表数据、非关口表定时抄表数 塑坚盔兰堡主堂垡堡苎一 据、旁路表定时抄表数据、结算日定时抄表数据、运行事件数据( 包括需 量清零、失压记录、抄表异常、旁路动作、更换表计、更换c t 等) ； 在抄表的过程中需要显示通信失败的变电所，指明失败的原因。同时需 要即时地、动态地显示抄表状态信息，这些信息主要有：当前所抄变电所 名、变电所i d 、完成失败时间、抄表内容等； 抄表或通信失败时，需要按用户定义的重试次数和重试时间间隔对失败 变电所进行重新抄表。 2 2 5 数据分析 本模块用于完成对定时抄表数据和即时抄表数据的浏览、分析和报表打 印。可分为结算日定时抄表、关口表定时抄表、非关口表定时抄表、瞬时量即 时抄表、关口表即时抄表、非关口表即时抄表共六个子项，结构图如图2 2 4 所示： 数据分析 结 算 日 定 时 抄 表 关 口 表 定 时 抄 表 非 关 口 定 时 抄 表 瞬 时 量 即 时 抄 表 关 口 表 即 时 抄 表 非 关 口 即 时 抄 表 图2 2 4 数据分析模块的体系结构 一结算日定时抄表 本子项主要完成对主站通过定时抄表和即时抄分站从子站上抄的结算日数 据的浏览、分析和报表打印。分析类型可分为下面两种： 选定计量点分析 选定时间点的分析 二、关口表定时抄表 本子项主要完成对主站通过定时抄表和即时抄分站从子站上抄的关口表数 据的浏览、分析和报表打印。 三、非关口表定时抄表 本子项主要完成对主站通过定时抄表和即时抄分站从子站上抄的非关口表数 浙江大学硕士学位论文 据的浏览、分析和报表打印。 四、瞬时量即时抄表 本子项主要完成对主站通过即时抄表从子站上抄的瞬时量数据的浏览、分析 和报表打印。分析类型可分为下面两种： 选定计量点分析 选定时间点的分析 五关口表即时抄表 主要完成对主站即时抄表上抄的关口表数据的浏览、分析和报表打印。 六非关口表即时抄表 主要完成对主站即时抄表上抄的非关口表数据的浏览、分析和报表打印。 2 2 6 事件分析 本模块的主要是用于对各种运行事件的设置、分析等。通过本模块用户可 以添加、修改、删除某些事件，对事件进行浏览或更进一步的分析。按功能分 为旁路动作分析、换c t 事件分析、换表计事件分析、最大需量清量分析、失 压记录分析、异常事件分析共六个子项，其结构图如图2 2 5 所示。 图2 2 5 事件分析模块的体系结构图 一、旁路动作分析( 工控机子站有自动检测功能，嵌入式子站没有) 显示全部的旁路表动作事件，每个事件包括：事件i d 号、旁路计量点名、 被替计量点名、结束标志、旁路开始时间、旁路结束时间。旁路表动作事件可 以通过子站上送，也可以手工输入产生。旁路表的检测由子站完成。旁路表平 时按关口表抄表时间间隔抄表。旁路表动作后，按被替代表计的抄表时间间隔 浙江大学硕士学位论文 抄表。 本功能允许用户在主站输入旁路事件，也可以在主站修改和删除旁路事 件，不但可对旁路事件进行浏览，还可以对指定的旁路事件作进一步分析，即 可分析旁路表在旁路时间内的数据。 二、换c t 事件分析 显示全部换c t 事件，每个事件包括：计量点名、c t 变比、c t 装调时间、 入库时间等。换c t 事件通过在分站手工添加产生，并且自动抄表和记录换 c t 时间，然后在定时抄运行事件时上送主站。本功能允许用户在主站输入换 c t 事件，也可以在主站修改和删除换c t 事件，或仅对换c t 事件进行浏览。 三、换表计事件分析 显示全部换表计事件，每个事件包括：表计名、换表计时间、入库时间等。 换表计事件通过在分站手工添加产生，并且自动抄表和记录换表计时间，然后 在定时抄表抄运行事件时上送主站。本功能允许用户在主站输入换表计事件， 相应地也可以在主站修改和删除换表计事件，或仅对换表计事件进行浏览。 四、最大需量清零分析 显示全部最大需量清零事件，每个事件包括：计量点名、入库时间、清零 时的最大需量数据( 包括正、反向的原来和当前的总、峰、平、谷、尖峰需量 数据) 。 五、失压记录分析 显示全部失压记录事件，每个事件包括：i d 号、表计名、结束标志、失压 开始时间、失压结束时间、总失压时间、a b c 相的失压时间和失压电量等数据。 六、异常事件分析 可显示下面两种异常事件： a 主站和各分站的通信失败情况，即每次失败的时间、分站名以及失败原因： b 各分站的抄表失败情况，即每次失败的表计和时间，需要先选择变电所。 2 2 7 数据库管理 本模块主要是用于对主站数据库的管理。按功能分为复杂库管理、简单库 管理、数据库重构三个子项： 一、复杂库管理 浙江大学硕士学位论文 主要用于对存放上抄数据的数据表的管理，包括对表的清空、备份、恢复， 对记录的删除、备份、恢复等操作。 二、简单库管理 主要用于对参数、事件数据库表的管理，包括对表的备份、恢复，对记录 的删除、备份、恢复等操作。 三、数据库重构 此功能用于重新生成数据库。当数据库发生了不可恢复的故障而又需要重 建数据库结构时可使用此功能，此时数据库中的数据将全部丢失。此操作先删 除可能存在的表单，再逐一建立每一个系统所用到的表单。 2 2 8 系统管理 本模块主要是用于对主站系统参数的设置、用户管理、子站定时抄表线程 控制等。按功能分为系统参数设置、用户管理、其它服务、退出系统、关于本 系统共五个子项，其结构如图2 2 6 所示。 主站系统管理 系 统 参 数 设 置 用 户 管 理 关 于 本 系 统 其 它 服 务 图2 2 6 系统管理模块的体系结构图 、系统参数设置 本子项设置主站系统所用到的全局变量、系统配置等内容，主要有：通信参数、 抄表参数、系统参数、数据库参数。 二、用户管理 使用此功能可以对使用本系统的操作员用户进行管理，包括添加、删除用 户和修改用户参数。用户参数包括：帐号、姓名、描述、权限、密码等。 三、其它服务 实现对子站定时抄表线程的控制以及其它的一些操作。对子站的定时抄表线 程的控制包括对线程的：挂起( s u s p e n d ) 、中止( t e r m i n a t e ) 、创建( c r e a t e ) 退出系统 浙江大学颂士学位论文 和恢复( r e s u m e ) 。在一般情况下不需要使用这些功能，只有在子站的定时抄表 线程发生意外或发生其它一些特殊原因时才需要使用它们。 四退出系统 完成退出系统时的一些资源释放和恢复工作。 五关于本系统 可显示与本系统相关的一些版本和版权信息。 2 3 工控机子站的功能规划 本系统中，子站工作于无人值班模式下，子站中的大部分功能都可以通过主 站与子站之间的通信，由主站远程操作。但同时子站也可以直接接受用户操作， 执行本身功能。 本系统的子站端主要实现与主站的通信和与表计的通信，以及响应前台用户 的请求，进行必要的参数设置、数据管理与分析等功能。具体如下： a 建立变电所、计量点、表计体系结构； b设置抄表参数和通信参数以及时段等； c 通过r s 4 8 5 同表计通信，对各表计进行相应的参数设置和即时抄表； d 根据用户设置的抄表参数对表计进行定时抄表； e 通过局域网或拨号网络同主站通信，处理主站发送的各种命令； f 对运行事件和抄表数据进行浏览和分析，以及报表打印； g 自动进行子站的数据库管理； h 系统参数设置和用户管理。 根据以上的功能描述，可将主站软件划分为以下八个模块：子站体系建立、 子站参数下设、子站抄表、子站与主站通信、予站数据分析、子站事件分析、子 站数据库管理、子站系统管理，如下图所示： 塑坚查堂堡主兰壁垒奎 图2 - - 3 - - 1 子站的功能模块图 2 3 1 子站体系建立 本模块完成对变电所、计量点、表计的体系的建立，功能上与主站体系建立 模块相似，可分为变电所体系建立和参数修改、计量点体系建立和参数修改、表 计体系建立和参数修改三个子项，在此不再详细介绍，只列出该模块的体系结构 示意图如下： 子 站 体 系 建 立 变电所体系建立和参数设置 计量点体系建立和参数设置 表计体系建立和参数设置 图2 3 2 子站体系建立模块的体系结构 2 3 2 子站参数设置 本模块完成对抄表时间、表计时段的设置，并将这两种参数下传给各表计， 包括地址设置，可对表计进行标时，还可对表计进行需量清零。本模块可分为时 间时段设置、参数下传、表计标时、需量清零共四个子项，如图2 - - 3 - - 3 所示： 一、时间、时段设置 与主站功能相似，参看主站远程设置模块中的时间时段设置子项。 子 站 参 数 下 设 时间时段设置 _ 一抄表时间设置 表计标时i叫时段设置 参数下传 _ 一时段参数下设 需量清零 l叫表计参数下设 图2 3 3 子站参数下设模块的体系结构图 二、参数下设 本子项将表计参数、时段值下传相应的表计。 表计参数下传 对本子站中选中的表计进行参数下传，可同时选择多个，依次下传。 对拥有设置地址功能的表计，可设置包括地址在内的表计参数，如威胜表。 浙江大学硕士学位论文 对于其它规约的表计，只能设置除地址外的其它参数。 时段值下设 对本子站中选中的表计进行时段值设置，可同时选择多个，依次下传。 三、表计标时 对本子站的各表计进行时钟校准，本功能先获取操作系统的时钟，再对各表 计进行广播校时和逐个校时( 仅对a l p h a 2 表) 。 四、最大需量清零 对本子站中选中的表计进行需要最大需量清零，可同时选择多个表计，进行 同时处理。具体操作是对表计先抄电量，再进行需量清零。 2 3 3 子站抄表 本模块按功能可分为定时抄表和即时抄表两个子项。主要完成对定时抄表的 控制、当前抄表状态信息的显示、即时上抄表计数据等功能。 该模块对表计的操作从功能上与主站对子站的操作相似，在此不再细述。 2 3 4 子站与主站通信 该模块完成子站与主站的通信功能。在主子站通信过程中，子站作为服务器 端，通信由主站主动发起，子站监听主站的连接请求，接收主站下达的各种命令， 然后接收下传参数，上送抄表数据。如果子站变电所没有与主站联网，主子站间 要建立拨号连接。这时主站作为拨号服务器端，子站为拨号客户端。主站要与子 站通信时，先向子站拨号，为子站提供1 到2 声振铃，子站检测到振铃后，再向 主站拨号，即可与主站建立连接。在此基础上，主子站间即可进行与联网方式相 同的通信过程。 子站与主站通信所要完成的任务是根据主子站间的通信规约，对主站的参数 设置和数据上抄命令进行响应。其中数据上抄命令包括：定时抄表、即时抄分站、 即时抄表计、获取事件和上传体系参数。 2 3 5 子站数据分析 本模块用于对子站定时、即时抄表数据的浏览、分析和报表打印。可分为结 浙江大学硕士学位论文 算日定时抄表、关口表定时抄表、非关口表定时抄表、瞬时量即时抄表、关口表 即时抄表、非关口表即时抄表六个子项。本模块与主站数据分析模块完成的功能 相同，在此不再详细说明。 2 3 6 子站运行事件分析 本模块用于对子站各种运行事件的设置、分析等。按功能可分为旁路动作分 析、换c t 事件分析、换表计事件分析、最大需量清零分析、失压记录分析、异 常事件分析六个子项，其中前五个子项的功能与主站相同，在此不再说明。而异 常事件分析在子站只能对抄表异常事件进行分析，显示当前子站的抄表失败情 况，即每次失败的表计和时间。 2 3 7 子站数据库管理 子站数据库的管理包括：数据库表的清空、备份、记录的备份、删除和恢复、 数据库的重构，以及数据库的自动管理。按功能可分为复杂库管理、简单库管理、 数据库重构、子站数据库自动管理四个子项。如图2 3 4 所示： 子 站 数 据 库 管 理 复杂库管理 简单库管理 子站数据库重构 子站数据库自动管理 图2 3 4 子站数据库管理模块的体系结构图 本模块的前三个子项的功能与主站数据库管理模块中的相同子项的功能类 似，在此不再详细说明。对第四个子项，说明如下： 子站数据库自动管理： 本系统中由于子站在无人值班模式下工作，某些情况下，受外界异常的影响， 子站有可能中断与主站的联系，这时如果不对子站数据库进行管理，就会因数据 过多而塞满硬盘，导致系统崩溃。自动管理定期对抄表数据库表中的已上送记录 进行清空、对于超过最大记录条数的表删除其较早的数据。自动进行数据库管理 的时间间隔和最大记录条数可由用户设定。 2 3 8 子站系统管理 本模块分为以下四个子项：系统参数设置、用户管理、退出系统和关于本系 统。与主站功能类似，在此不再详细说明。 2 4 嵌入式子站的功能规划 在嵌入式子站模式下，是把基于工控机的变电所子站移植到基于嵌入式系 统的子站上，保持变电所主站软件不变，尽量维持主子站间的通信协议。所以， 在嵌入式子站中简化了子站的交互界面，去除了数据分析、事件分析、数据库管 理、体系建立等部分，保留tt 控机子站的主要功能：抄表、与主站通讯、简单 界面交互和参数设置。 嵌入式子站按大框架划分为以下三个部分： 主、子站间的通信：对主站下达的命令进行响应，根据主站命令字进行 参数下设和数据上送。 交互界面：接受用户操作，根据用户输入进行相应处理，如：参数的修 改、定时抄表线程的启动等。 与表计的通信：包括对表计进行参数设置、从表计读取抄表数据以及定 时抄表时对定时抄表线程的控制等。 其中，主、子站间的通信和与表计的通信这两个部分完成的功能在工控机子 站中已介绍。 系统交互界面部分从内容上分为六个子项： 1 设置通信参数，包括： 连接方式( 拨号、直接) 、主站电话号码、波特率、本地i p a 、 网关a 、d n s a 2 表计地址：根据主站下传的表计体系，修改表地址。 3 启动、停止自动抄表 4 系统检测，包括： a 通讯检测：根据主站下传的表计体系，选择表计进行通讯检测。 b 数据检测：根据主站下传的表计体系，选择表计进行数据检测，即时 抄表，包括正有功总电量、反有功总电量、正无功总电量、反 无功总电量、需量清零 5 产生事件 a 换c t 事件：根据主站下传的计量点体系，选择计量点输入换c t 事件。 浙江大学硕士学位论文 b 换表计事件：根据主站下传的表计体系，选择表计输入换表计事件。 6 系统管理，包括： a 总记录条数：设置系统存储的最大记录条数。 b 时间设置：设置系统的日历时间。 c 修改密码 塑垩查兰堡主兰堡垒塞 第三章主、子站通信相关模块的设计 3 1 主站总体设计 根据对主站的功能规划，主站软件划分为八个功能模块，其总体设计框图如 下图( 图3 一l 1 ) 所示 主站 f i 体系建立 l 数据分析l 事件分析l 系统管理| | 数据库管理l i 国国国国吲|萋l引圉l菱l引 目国国国囱国 闰丽 国国单国圉工隼牡 国国罔国网 _ 1上 上 上 上 上 上 工l七 工 _ 1l-l 下下 下 下 下 下 抄抄抄 关非结 定 定 定 时时 传传 传 囊 传 拿 口关算 即 即 即 通抄定 时 时 时 袁 口 日 时 时 时 信 表时 抄 抄 抄 抄 站 定定定 抄 抄 抄 异异 抄 非 结 时时 电 瞬 表 常黉关 关 算 连 时 新 抄抄抄 量 时 计 分分 口 口 日 行 表表量 参 析析 表 表 数 事 件 数数 数 据 间段 变计 表 霍 间 紧 据据据 一 设设 电量 计 置置 所点 参 参 参 数 数数 一 一 图3 1 1 主站软件总体结构倒 主站软件的八个模块中，与通信相关的模块为：远程设置、远程抄表和定时 抄表，在图3 1 一l 中以浅灰色背景表示。另外还包括体系建立模块中的上抄体 系子模块。图中所有与通信相关的各子模块均用斜线背景表示。 下面对主站中与通信相关的各模块将分别进行介绍。 3 2 主站定时抄表模块的设计 浙江大学硕士学位论文 本主站系统中，定时抄表是一个核心模块。定时抄表以线程方式在后台自动 运行：