（电力电子与电力传动专业论文）水电厂异构数据库系统集成的研究.pdf

a b s t r a c t 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rh a sa l lo v e r a l li n 订o d u c f i o nt os y s t e mi n t e g r a t i o n ( s 1 ) o nt h eb a s i so f t h ea c t u a l b a c k g r o u n di n t h eh y d r o p o w e rp l a n tt h r e e a p p l i c a t i o ns y s t e m st h a t h a v eb e e na p p l i e da r e a n a l y z e da n dam e t h o di sg i v e nt oi n t e g r a t ea l lt h el w t e r o g e u e o u sd a t a b a s es y s t e m s ，e s p e c i a l l y d i s c u s s e di nd e t a i ld a t a i n t e g r a t i o n a b o u tt h e i m p l e m e n to fd a t ai n t e g r a t i o no ft h eh e t e r o g e n e o u sd a t a b a s es y s t e m si nt h e h y d r o p o w e rp l a n t ，s p e c i a l l y i nt h ep o w e rf i e l dc o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e lo ft h ei e c 6 1 9 7 0 s t a n d a r di sa d o p t e da st h eu n i v e r s a ld a t am o d e la n dc i mx m l i su s e da st h ec a r r i e rt os h a r ea n d e x c h a n g ed a t aa n dc o r b at e c h n o l o g yi sa p p l i e dt ob u i l dt h ec o m m u n i c a t i o na n di n t e r a c t i o n p l a t f o r mb e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m s c o m b i n i n gc i mx m la n dc o r b aaf r a m e w o r ki sg i v e no n s y s t e mi n t e g r a t i o no fh y d r o p o w e rp l a n tb yw h i c ht h eg o a lo fc o n u n o ni n f o r m a t i o n s h a r i n ga n d s o m ef u n c t i o n si n t e g r a t i o nt h a ts u p p o r t sab e t t e ri n f o r m a t i o np l a t f o r mf o ri m p r o v i n g e n t e r p r i s e m a n a g e m e n t a n d d e c i s i o n - m a k i n ga b i l i t yi sr e a l i z e d i nt h ee n ds o m eo t h e rp r o b l e m sa b o u ts y s t e m i n t e g r a t i o no ft h eh y d r o p o w e rp l a n ta r e i n t r o d u c e d d s s ( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) b a s e do nd a t a w a r e h o u s i n gt e c h n o l o g ya n d a p p l i c a t i o ns y s t e m sb a s e d o nb sm o d ew i l lb et h ef u t u r er e s e a r c he m p h a s i s k e yw o r d s ：h e t e r o g e n e o u ss y s t e m ，s y s t e m i n t e g r a t i o n ，c i m ，x m l , c o r b a ( c o m m o no b j e c t r e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) ，d a t aw a r e h o u s i n g ( d w ) 2 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 1 1 课题的提出 第一章绪论 长期以来，企业内部软件系统的开发常常是当企业感觉需要某种职能时就开发实现这 种功能的系统，遇到新的需求再进行新的开发。这种方式带来的结果是：企业内部有很多 在不同时期开发的，由不同部门使用的，具有不同职能的，采用不同撵作系统、不同数据 库管理系统、不同的软件工具开发的不同界面的庶用系统，也就是所谓的异构系统。多种 硬件和软件平台的共存。以致这些子系统各自独立发挥作用，各个子系统的数据是动态的、 异构的，多数情况下，这些系统已形成一个个巨大的“信息孤岛”。有限的信息共享、缺少 数据交换和信息不一致成为整个企业信息系统的严重缺陷，由于这些应用系统在设计阶段 就没有从系统交互的角度，按照统一的思路进行考虑，使得各个系统采用的技术，针对特 定问题设计的确保数据和知识表示的规范化以及相应所采用的推理技术，都是针对其特定 问题的，因而导致它们难以从整体上加以集成，以发挥信息兆享所带来的优点。 水电厂作为电力能源基地之一，为提高生产效率，也大量的引入了先进技术，先后开 发了多个不同功能的虚用系统，如负责电站企业管理的m 蝎系统，用于故障诊断的事故处 理专家系统、用于设备日常巡检及管理的微机巡检系统等等。一方面，由于技术发展具有 阶段性，而且现有应用系统的开发所针对的某一具体生产管理环节的应用实践本身也是逐 步完善的，导致这些先后开发的应用系统在功能、操作上存在着定的重复。另外，从数 据上看，由于每一个应用系统都建有各自的数据库，综合起来，在数据上存在一定的重复、 冗余甚至错误，而且各个应用系统的数据库之间的信息不能实现数据交换和全局共享，大 量的数据或信息被闲置，没有得到应有的处理和利用，或者仅仅进行了初步的加工，缺少 用于预测、辅助决策的信息，不能为高层决策提供一致的信息服务。针对这种情况，一个 问题摆在我们面前，就是如何利用系统集成技术将这些已经建立起来的应用系统进行有效 的整合，进行信息的集成和应用的集成，既保证实现现有系统的功能，避免重复开发，节 省成本，又尽可能减少冗余，实现信息共享，提供更加有效的决策支持，进面提高生产管 理效率。因此，水电厂的异构数据库系统的集成就成为一个重要的课题。 5 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 1 2 课题的主要内容 异构系统的集成分为硬件集成和软件集成。硬件集成就是要通过网络互连技术搭建起 一个系统网络平台来支持各个系统的交互。软件集成包括数据( 信息) 的集成，应用系统 功能的集成及w e b 化。 数据集成首先要解决的就是异构数据库数据表示语义的标准化问题，即要建立统一的 数据模型和遵循标准接口规范。针对水电厂的应用实例，异构系统间的数据表示标准化由 i e c 颁布的6 1 9 7 0c i m c 1 s 国际标准来实现，该标准定义了能是管理系统应用程序接口 ( e m sa p l ) ，定义了e m s 、d m s 、p t m s 、t m r 、r d s 等系统的公用的数据模型和标准 的组件接口规范，该规范采用面向对象的关系模型，为各个应用系统之闯公用数据的存取 和访问提供了统一的国际标准，从而为分布式系统平台之上建立可互操作的应用软件模块 奠定了基础。e m s a p i 标准的日的是用于控制中心各应用之间的信息交换以及控制中心以 外系统间的信息交换。通过定义标准应用程序接口，使得这些应用或系统能够不依赖于信 息的内部表示而存取公共数据和交换信息，完成对电力异构系统的数据集成。x m l 是一种 中介标示语言，可提供描述结构化资料的格式，通过x m l ，异构系统之间可以很方便地利 用自定义标准的格式达到跨平台的电子数据交换。c i m x m l 是x m l 在电力系统领域中的 应用，用个统一的c i mr d fs c h e m a ，电力领域的应用系统可以将电力模型转换成x m l 文档导山，导出的c i mx m l 模型交换文档可以被解析，从而将信息导入其他系统。采用 c i m x m l 语言作为传输数据的载体，为各种应用之间交互创造了有利条件。 在水电厂的异构应用系统集成中，要实现系统之间的通信和互操作必须借助于互操作 中间件。c o r b a 是一种面向对象的组件技术和分布式计算技术，提供了一个可供软件在 异构网络中跨操作系统和平台进行交互操作的标准。其接口定义语言( i d l ) 实现封装的 应用系统剥外的数据结构和操作的定义，将对象接口与对象实现部分相分离。c o r b a 的 核心是对象请求代理o r b ，负责异构环境下各分布式应用组件( 对象) 之间的通信，实现对 象之间透明地发送请求和接收响应。应用组件只要按c o r b a 标准开发，就可以即插即用 地插入软件总线集成而实现互操作。 本论文结合浙江省乌溪江水电厂的应用实例，针对水电厂现有的应用系统，对于水电 厂的异构数据库系统的集成方案进行了研究，尤其是重点讨论了数据集成方案，提i j 采用 c i m x m l 语言作为系统之间数据交换的载体，利用c o r b a 技术实现异构数据库应用系 统之间的通信，并提出将两者结合的水电厂的应用集成架构，以达到水电厂现有应用系统 6 笫一章绪论浙江大学硕士学位论文 的信息共享和跨系统互操作。在给出的集成方案的基础上，指出结合数据仓库技术建立决 策支持系统，充分利用异构系统的公用信息来支持企业高层决策，以及应用系统w e b 化将 是今后水电厂数据库应用系统深度集成的必然趋势和发展前景。 7 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学硕士学位论文 第二章异构系统的集成方案和模型 2 1 系统集成的定义与设计原则 2 1 - 1 系统集成的定义 系统集成是指提供整体的解决方案，整套设备及全方位的服务。广义上讲，系统集成 包括人员的集成、组织机构的集成、设备的集成、系统软件的集成、应用软件的集成和管 理方法集成等多方面的工作。狭义上讲，系统集成是系统平台的集成。所谓“系统平台” 就是应用系统的开发环境和运行环境。当人们开发一个管理信息系统、办公自动化系统、 控制管理系统等应用系统时，他们需要一定的硬设备，需要将这些硬设备连接在一起的网 络硬件和软件，需要操作系统和数据库管理系统，需要开发工具，更重要的是他们需要支 持c s 模式或联机事务处理的支持软件和一组标准的应用程序接口( a p i ) 。系统集成的目的 是使得整体的各个部分之间能彼此有机地协调地工作，以发挥整体效益，达到整体优化的 目的。系统平台集成的成败关键是系统整体优化，即所有部件和成分台在一起后不只是能 工作，而且全系统是低成本的、高效率的、性能匀称的、可扩充性和可维护性好的系统。 从具体工程或项目的角度讲，系统集成是一个过程：它把不同厂商的硬件产品与软件( 含 购置的、剪裁生成的及特制的) 结合起来，以专业服务的方式为特定用户提供整套实用的 计算机系统。 2 1 2 系统集成的国内外现状、意义 关于信息系统的集成，一段时间内国内的研究往往集中在硬件及网络方面，这是国内 信息系统的现状所使然，国外计算机公司的涌入造成多种硬件平台和软件平台的共存，以 及在此基础上的各种信息系统在集成时所带来的种种问题，这种集成实现的只是底层协议 上的集成。国外许多学者的研究则多集中在技术和软件方面，如w r o s s a c k 提出系统集成 的框架结构，他指出，从技术、方法和概念的角度，集成的模型可以看作是由三个主要部 分组成；可重用技术，集成结构和总体集成。随着企业信息系统的不断演进，对系统集成 也提出了一些新的研究课题： 系统的动态集成： 作为企业神经系统的信息系统必须不断改变以适应企业的不断发 展a 由此信息系统的柔性将是系统的一个重要的指标，它很大程度上决定着信息系 r 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学硕士学位论文 统的生命周期。 应用系统的w e b 化：随着i n t e r n e t 和电子商务的发展，企业的信息系统集成如何走 向w e b 化，增强交互性，这也是一个值得研究的问题。 实行系统集成可以统筹规划企业资源，提高资源的利用率，以共享式的数据管理代替 分散式的管理，实现大范围的数据共享，保证分布式计算信息的统一管理和快速传输，理 顺企业的业务及信息流程，强化各级决策环节，对企业的管理方式进行重组，提高企业的 综合效益。 水电厂异构系统的集成是针对水电厂在不同阶段开发的各个独立运行的应用系统之间 存在的“信息孤岛”现象带来的数据不能共享和信息不一致，不能有效的支持商层决策的 现状，在对这些系统进行分析的前提下提出系统整合，即系统集成以实现信息资源的全 局共享，达到整体优化的目的。 2 1 3 系统集成的设计原则 系统集成不同于系统开发，有其特殊性，在对那些仍然在稳定运行的应用子系统进行 集成过程中，必须遵循以下几个原则： 安全性和可靠性原则。在系统集成过程中应充分考虑原应用系统的安全性和可靠性，保 证原系统不受任何影响。确保原应用系统的安全运行。 一致性和扩展性原则。在系统集成过程中应确保整个企业信息集成系统中数据的一致 性和完整性，同时接口系统对应用系统的数据集成应具备较好的开放性和可扩展性。 这里的“开放性”也就是指的标准化。在系统集成当中，产品选型、设备选型、软件 选型、软件工具的开发等一系列工作应采取国际流行标准，特别是工业标准。由于应 用需求的发展和网络规模的扩大，网络应采用具有良好扩充性的方案，以保证网络节 点的增加、业务量的增长、网络延伸距离的扩大和多媒体的应用，从而实现系统的升 级和更新。 实用性和先进性原则。设计的系统集成平台应具有较强的实用性，同时保证在一定时期 内的先进性。 经济性原则。系统集成不同于单一系统的软件开发，要求从系统目标和用户需求山发， 要有效的保护商业用户的现有投资。 9 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学硕士学位论文 2 , 2 系统集成的内容 具体说来，系统集成包括的内容有计算机网络集成、信息( 数据) 的集成以及功能的集 成。应用系统集成的目标是，将企业内各个自治和异构的应用子系统集成起来，建立全局数 据库，实现信息资源共享，并更好地支持子系统之间的交互。同时，也可将某些子系统的一 些功能从原系统中分离出来减轻该系统的负担，或是完善该系统在某些功能方面的不足， 并提高其安全性和可靠性。 2 2 1 计算机网络集成 计算机网络集成就是指系统运行硬件环境的集成，主要指将不同的硬件设备( p c 、w s 、 h o s t 、s e r v e r 及各种i o 与存储设备等) 、操作系统( o s ) 、网络操作系统( n o s ) 、数据库系 统( d b m s ) 连接成一个有机的整体，形成一个统一高效协调运行的应用平台。网络集成利用 网络互联技术，即是在不改变原来网络体系结构的条件r ，把些异构型的网络互相连接。 组成统一的通信系统，实现更大范围的资源共享。 采用t c p 疗p 网络通用协议，可以方便地进行不同网络种类、不同操作系统的网络间的互 联。对于两个及其以上网络的互聪往往还要采用桥接、交换和路由的方法来实现。简单介绍 如下： 桥接：采用的设备是网桥。网桥的功能在于连接两个网段，可将流量限制在所需网段 内，减少网段内的拥塞。桥接在第二层数据链路层实现，两个网段的计算机采取什么协 议由双方共同决定，与桥接没有关系，本地数据不会传输到桥接的另一方。 交换：采用的设备是交换机。交换机工作方式基本与网桥相同。第二层交换机实际上 是通过v l a n ，与网桥区分出来。网桥和第二层交换机的问题在于它们不能根据需要通 过允许的连接并拒绝其他的连接，保证互联网络的安全。第三层交换机可以通过划分不 同v l a n ，并在v l a n 之问路由的方法完成网络互联，也可以通过定义访问列表来控制 网络的访问。 路由： 采用的设备是路由器。路由器工作在网络层( 第三层) ，可以连接不同的两个网 络，也可以连接同种网络的不同网段。路由器的作用是将报文从一个网络传输到另一个 网络。通过检测报文的网络地址，路由器可以决定报文的去向。从安全的角度来看，路 由器可以通过创建访问列表允许或拒绝报文通过路由器的接口来保护网络安全。而且路 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学顶士学位论文 由比桥接具有更高的可扩展性。 在进行计算机网络集成时，要结合实际情况合理选用以上方法，保证尽可能有效而经济 的选到网络互连的目的，构建高效协调的应用平台。 2 2 2 数据集成 2 2 2 1 数据集成的主要内容 数据集成也称信息集成是系统集成的数据基础和核心，大型网络数据库( 如o r a c l e 、 s y b a s e 、d b 2 和m ss q ls e r v e r 等) 在企业中日益广泛使用，一定程度上满足了数据共享 需求。但是由于伴随遗留系统，企业内部仍然分布着大量的异构数据，他们对于企业的经 营分析具有较高价值，其集成是系统集成的主要难点和研究重点，因此相应地也提出了不 同的集成方式，综合其目的就是从信息资源管理出发，进行内部数据的总体规划，以实现 信息资源的高度共享。 数据集成方面。提出的个比较经济有效的方法，即在保证之前开发的应用系统能继 续发挥其功能的基础上，建立一个全局数据库，将异构数据库系统之间需要共享的数据或 信息提取山来共享，并进一步支持高层决策。由于异构数据库系统的数据表示语义不一致 性，需要采用一个统一数据模型来表示公用信息，并实现对原应用子系统的封装，采用统 一标准语言定义系统对外接口，建立起异构系统之间的通信和互操作的交互平台。对电力 企业来说，本文提出采用i e c6 1 9 7 0 国际标准定义电力数据模型，c i mx m l 语言作为系统 间的数据交换载体，采用c o r b a 面向对象的分布式计算模型构建系统交互平台，以实现 电力企业应用系统的信息集成。 2 2 2 2 数据仓库技术 异构系统数据集成中要求建立一个全局数据库来实现信息共享，这样的全局数据库可 以考虑采用大型的关系数据库，如o r a c l e 数据库来担任也可以采用x m l 技术建立全局 虚拟数据库( 后文将详细介绍) 。在此基础上，为了更好的支持企业决策，可以考虑结合数 据仓库技术来实现决策支持系统。 数据仓库a t aw a r e h o u s i n g ) 是面向主题的、集成的、不可更新的( 稳定性) 、随时间不 断变化( 不同时间) 的数据集合，用以支持经营管理中的决策制定过程。数据仓库最根本 的特点是物理地存放数据，而且这些数据并不是最新的、专有的，面是来源于其它数据库 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学硕士学位论文 的。数据仓库的建立并不是要取代数据库，它要建立在一个较全面利完善的信息应用的基 础上，用于支持高层决策分析，而事务处理数据库在企业的信息环境中承担的是日常操作 性的任务。 数据仓库以其能够提供具有时间特性与质量良好的综合数据、强大的数据装载能力和 丰富的前端分析工具( 如o l a p 和数据挖掘等) ，在数据集成和分析应用环境中占据重要 的地位，从孺形成了企业的业务操作应用( o l t p ) 和智能分析应用( o l a p ) ，两者形成 了一个信息闭环，业务操作应用面向操作人员和底层管理人员，通过数据库共享数据，实 时处理企业的运作数据：智能分析应用面向决策人员和高层管理人员，数据从操作型数据 库中通过抽取、转换、净化、转载进入数据仓库中，形成全局统一的数据，以供决策分析， 并将决策分析结果反馈到业务操作应用，提高后者的智能。图2 】是数据仓库结构图： 数据信息共享 行决策分析 图2 1 数据仓库结构 在数据库的各类关键技术中，数据清理技术( d a t ac l e a n i n g ) 创建数据仓库的关键步 骤，数据仓库的正确性及有效性由它的数据所决定。数据的来源不同使数据仓库很容易包 含“脏”的和“不稳定”的数据。将数据清理技术应用到水电厂数据集成中，就是要对来 源于水电厂异构系统的数据进行有效的清理避免数据错误和冗余。 数据仓库技术在系统集成中的深入应用虽然在具体实现上还有待完善，尤其是其关键 技术，包括数据清理和数据挖掘实现起来还离最初的设想有一定的距离，但是从发展来看 是未来系统集成的一大趋势。在水电厂系统集成的应用中，本文在第六章作为进一步的展 望进行了介绍。 2 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学硕士学位论文 2 2 3 功能集成 针对不同的应用，不同的应用系统分别被设计来完成不同的职能。但是由于生产管理 发展的阶段性，不少系统在功能上存在着一定程度的重复，带来了人力的浪费并且可能导 致操作上的冲突。另外，还有一些生产环节是之前开发系统时被忽略了的，在进行新系统 的开发和集成的时候就需要进行选择性补充。系统功能集成的目标是结合企业生产管理的 实际情况。针对不同的部门职能，进一步规范企业的生产管理流程和工序质量系统，将一 部分子系统的功能进行整合和改良，既保证所有应用系统的功能都能正确的实现，也简化 工作重复环节，权责明确，进而改进企业的管理效能，发挥系统的整体效益。 2 2 4 应用系统的w e b 化 随着网络技术的发展，以前数据库系绕开发采用的c s 双层体系结构已经不适应网络 交互性的进一步发展这种结构的扩展性差，不利于系统的重用和二次开发，并且给系统 安全也带来了不利的影响。相应的提出了基于i n t r a n e t 的b s 多层体系结构。目前，数据 库系统的建设可采用两种体系结构，即c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构和b s ( b r o w e r s e r v e r ) 结构，其各自存在着一定的特点。 c s 结构是典型的两层体系结构，它由客户机和服务器组成，服务器上运行着数据库 等系统软件，提供数据的存储和管理，客户机则运行相应的客户端应用软件，辑户机 通过网络使用服务器上的数据库资源。c s 结构具有稳定性好等优点，缺点是需要为 每台客户机都安装相应的应用软件，维护和升级麻烦。 b s 结构是三层体系结构也可称为b w s ( b r o w s e r w e b s e r v e r ) 结构，由浏览器、 w e b 服务器和数据库服务器组成，其结构图如图2 2 所示： b s 结构同c s 结构相比，主要有以下特点： 开放的而非专用的标准：b i s 技术所基于的标准是开放的、非专有的，是经济标 准化组织指定的。 较低的应用开发及管理成本；c s 的应用无论是安装、配置、维护还是升级，都 需要在所有的客户机上实旆，而b s 技术则较为低廉，般只需在服务器上实施， 在客户机上的工作较少，故而降低了开发及管理成本。 培训方便；浏览器技术简明易用，一旦用户掌握了浏览器的用法，也就掌握了使 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学硕士学位论文 用系统上各种信息资源的钥匙。 客户端浏览器( b r o w s e r )f t i i s 服务器 中间件 inlemet服务器(isapi i )| i 开放式数据库连接( o d b c )l t 服务器i 数据库 11 应用程序服务器i 其他应用和遗留系统i f ( d b ) li ( a p p s e r v e r ) if ( l e g a c ys y s t e m ) l 图2 2b s 模式结构图 b s 结构利用了不断成熟的w w w 技术，结合浏览器的多种s c r i p t 语言( v b s c r i p t 、 j a v a s c r i p t 等) 、a c t i v e ：( 组件技术和x m l 技术等，用通用浏览器就实现了原来需要复杂专 用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全新的软件系统构造技术。从发 展趋势来说，把现存系统的功能模块用w e b 模块逐步代替，把整个系统完全合并为个完 整的b s 模式的数据库访问系统是未来努力的方向。 2 3 异构系统的集成模型 2 3 1 异构系统的特征分析 从现有的一些应用系统实际应用情况来看异构系统闷主要存在以下异构特征： 硬件平台的异构：从大、中、小型计算机到工作站、个人计算机、工控机；从现场总 线、工业控制网、局域网到广域网； 操作系统的异构：有d o s ，w i n d o w s 9 x ，w i n d o w s 2 0 0 0 ，w i n d o w s x p ，w i n d o w s n t , u n i x u n i x ，0 s 2 ，l i n u x 等； 数据库管理系统和数据格式的异构；d b m s 有文件结构、a c c e s s ，d b a s e ，f o x p r o ， o r a c l e ，s y b a s e ，d b 2 ，i n f o r m i x 等，这些d b m s 的异构必然带来的是数据存储格式 的异构； 开发工具的异构：各个应用系统的开发工具不同，可能采用的不同的编程语言。如汇 4 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学硕士学位论文 编语言、c 语言、v c ，v b ，p b ，d e l p h i ，j a v a 等等： 目标与语义异构：各个应用系统被用于不同的任务或者实现不同的职能，或者同一个 符号赋予不同的语义； 系统类型异构：基于应用系统的不同功能，系统类型可以是实时监控系统、数据库系 统、专家系统等等： 2 3 2 异构系统的集成方法 为解决系统异构的问题，通常采用的集成方法有以下两种： l在一个通用的环境中重新开发现有的系统，使得他们能够共享相同的表达方式、推理机 制以及知识的语义。通常是利用现行的部门或行业标准来实现，如c i m s 系统集成中采 用的s t e p 标准。 2 构造个框架，使得现有的系统能够以尽可能少的修改来合成为一体、从而实现彼此的 通讯和合作。通过增加一个同构的层次结构，将各个系统之间的交互在这个层次上进行， 这样一方面可以利用以前的信息资源、另一方面又可以以较小的代价实现各个子系统之 间的交互。如l o c k h e e dm a n i n 的人工智能中心开发的s b u ( s i m u l a t i o n - - b a s e dd e s i g n e n “r o n m e m ) 设计环境就是透过提供一种包装：器( w r a p p e r ) 来解决现有系统的异构性。 这两种方法各有所长、适用面各不相同。对于现在企业中系统集成问题的解决，我们更 倾向于采用第二种方法，其优势在于能够充分利用现有的系统，以较低的代价解决系统集成 问题。采用这个方法要注意以下几点： 全局数据字典。描述集成系统中的数据属性，包括数据来源、中文含义、数据类型、量 纲、值域等，这是实现全局查询、统计的基础。 安全控制。当多个异构子系统集成后，应保证各个子系统的数据不会被未授权的用户访 问，或进行授权以外的操作。 冲突和一致性问题。应避免异构系统集成过程中出现的一系列冲突，保持数据全局一致 性和完整性。 2 3 3 异构系统的接口方案 根据异构系统的集成原则及其特征，考虑用户对系统集成的要求，一般是采用串行通信 的方式使两个异构系统从物理上隔离，确保原系统的独立性。异构系统的串行通信接口方案 1 5 第二章异构系统的集成方案和模型浙江大学硕士学位论文 主要有以下几种常见的形式： 应用系统本身提供了对外的串行数据通信接口，集成系统只需接收来自应用系统的数 据，并进行解码、校验、分类处理，然后送至4 集成系统中的全局数据库中。 应用系统以文件形式( 特定数据结构的数据文件) 提供了待集成的数据信息。在应用系统 侧增加一台通信机，负责获取应用系统的数据文件，同时通过串行口对外循环发送，集 成系统则按照第一种方案接收并处理应用系统送来的数据。 应用系统的数据库是独立的、透明的。在应用系统侧增加一台客户机，通过数据库驱动 接口定时从应用系统的数据库中读取待集成的数据，同时通过串行口对外循环发送，然 后按照第一种方案接收并处理应用系统送来的数据。 以上方案都是异构实时系统来设计的。对非实时系统来讲。通信的实时性要求不高，可 以采用数据变化时发送或定时发送的方式。因此，实时系统的通信组件也适用于非实时系统。 2 3 4 异构系统的集成模型 根据异构系统的特征以及实际用户对集成系统的要求，提出了一个基于重用接1 3 组件的 异构系统集成模型。该集成模型是基于组件的、标准的、开放平台的，各个子系统的接口模 块以组件形式增加，它们按照集成平台制定的接口定义标准定义自己的接口模块。集成平台 通过这些接口模块与子系统进行通信。其总体框架如图2 3 所示。 系 统 集 成 半 台 接 口 异 构 系 统 图2 3 系统模型总体框架 根据实际应用系统情况不同，集成方案亦不同，接口组件的构成也不同。如图2 4 所示。 1 6 第二章异构系统的集成方案和摸型浙江大学硕士学位论文 一般地，应用系统与集成系统之间的接口组件通常由通信组件、数据分析组件、数据库接口 组件组成。通信组件是可重用的，它可以按照集成平台制定的接口定义标准或子系统对外的 接1 2 1 标准来定义，主要完成数据的正确发送与接收；数据分析组件是根据特定子系统与接口 组件的数据通信协议定制的，主要完成数据打包、解码与分析功能；数据库接口组件在应用 系统侧和集成系统侧实现的功能正好相反，在应用系统侧必须根据实际情况重新定制，主要 功能从数据库中获取待集成的数据：而在集成系统侧它主要是将数据分析组件处理后的数据 送到集成系统的数据库系统中，以便共享，该组件也可重用，其数据结构可以通过定制方式 实现。 数据库接口组件l 数据库接口组件ll 数据库接口组件 集成系统侧千千十 接 j 组件厂1 丽萌蒴硒酮厂趸两弘商蔼丽厂1 两弱鞴藤醑 通信组件 ji 通信组件i 通信组件 应用系统 侧接口组 件 通信组件 jj通信组件 数据分析组件 ll数据分析组件 数据库接口组件 方案一方案二方寰三 图2 4 接口组件示意圈 根据异构系统的集成模型，在进行系统集成时，致力于各种接口组件的实现，以达到 各个应用系统与集成系统之间的通信和数据传递。 本章介绍了异构系统集成的主要内容和集成模型，在下一章将结合水电厂的应用实例， 对于水电厂现有的应用系统的情况进行分析的基础上给出了相应的系统集成各项内容的集 成方案。 1 7 第三章水电厂的系统分析及系统集成设计浙江大学硕士学位论文 第三章水电厂的系统分析及系统集成设计 3 1 水电厂现有应用系统的分析 随着电力技术和计算机技术的发展，电力系统的自动化水平的提高，越来越多的应用 软件来支持电力系统的功能自动化。电力行业的一些信息化相对较高的水电厂结合生产管 理的实际情况，已经先后建立起了这样几个应用系统，主要包括管理信息系统( 集成了计 算机实时监控系统) 、事故处理专家系统以及微机巡检系统等等。 本文以浙江省乌溪江梯级水力发电厂为背景来进行说明。该厂共有两座电站四个厂房， 装机1 l 台，总容量3 5 2 m w 。已经建立了梯调中心和电厂监控系统在内的计算机监控系统， 实现了梯级调度中心对全厂所有主、辅设备的自动监视和控制，并在此基础上建立了管理 信息系统。事故处理专家系统是对计算机监控系统的信息进行再次处理，进行事故的实时 处理和分析，为运行人员提示处理原则。微机巡检系统与计算机监控系统起组成了水电 厂设备运行参数的主要来源。是电力生产安全进行的保证。这螬计算机应用系统的可靠运 行保证了电力生产的安全进行。 3 1 1 管理信息系统( m i s ) 水电企业为了解决传统的信息采集、运输、存储系统与现代办公要求的矛盾，实现减 人增效，提高自动化水平，需要一个现代化的管理信息系统，快速可靠的收集本企业的各 种信息，提高管理水平和决策能力。水电厂m i s 系统就是为满足这样的需求设计的。 以该水电厂为例，该厂的m i s 系统共有综合查询、设备管理、物资管理、运行管理、 水情管理、安全监督、计划统计、生产实时数据接入、财务会计和劳动人事等于系统。其 系统结构图见图3 1 。各个子系统的详细情况如下说明。 综合查询子系统： 采用b s 模式，采用a c t i v e x 控件技术，由系统管理员根据电厂 查询要求，进行信息分类，建立查询系统，各个客户端用i e 浏览器浏览信息。 设备管理子系统：设各管理子系统主要包括设备台账管理、设各缺陷管理和工程管 理三个模块。在设备台账管理中可对全厂的设备进行分类，建立设各的分类标准以 及设备的技术规范和备品备件标准，建立设备台账、设备的检修履历，对重要设备进 行设备定级：在设备缺陷管理中根据缺陷处理办法，进行缺陷发现、处理、终结全 第三章水电厂的系统分析及系统集成设计浙江大学硕士学位论文 过程的闭环管理；工程管理将工程按工程项目、作业分类、作业项目和工序分四层组 织成一作业树，对电厂的大小修、基建、技改、维修等项目的计划、实施、验收、总 结过程进行监控，同时对项目所消耗的人工、原材料进行控制、分析。 物资管理子系统：该模块主要对物资生命周期进行跟踪和管理。以便清晰快捷地查 询到物资的采购过程和库存信息。同时又能对物资的存储和使用情况进行管理，以便 达到既降低库存，又保证生产的目的。该系统主要包括系统设定模块采购管理模块， 合同管理模块和仓库管理模块。 运行管理子系统：该系统包括机电值班记录、操作票、定期工作、运行日志等生产 运行信息。有关设备运行的数据可人丁输入或从监控系统采集；操作票管理：首先制 定出各种典型操作票，使用时可根据需要调出相应的典型票，修改并经过操作人、监 护人、审核人共同签字确认后，打印出来作为实际工作中使用的操作票；机电值班记 录管理：由运行值班人员根据需要记录值班期间发电设备的运行方式及与运行相关的 重要事件等，供有关部门查询。 水情子系统：该系统主要对水电厂的水库水位、降雨、泄洪等水情信息进行管理， 其基础数据来自于监控系统、水情测报系统、运行子系统和手工输入，经过计算后获 得有关的水库运行指标。 安全监察子系统： 根据部颁规范建立设备事故、人身事故台账、并提供上报数据的 输出接口。 计划统计子系统：该系统指标参数比较多，大部分来自于其他子系统，但又需要进 行人工修改，输出的报表也经常需要根据实际情况进行修改，所以在系统设计时充分 考虑了上述因素，首先对运行指标、水情指标进行初始化。在此基础上，生成运行、 水情基本指标集；然后录入或从其他子系统生成生产、水情的月基本指标数据，在基 本指标的基础上定义综合计算或统计的指标；最后，根据输出报表的要求，定义好报 表模板、选择包含的数据项、指定其位置；然后生成指定时间的报表。发电设备和输 变电设备可靠性统计是两个单机程序，将他们的一些重要统计数据集成到m i s 系统中 来以供综合查询。 生产实时数据接入子系统： 水电厂主要有监控系统的实时信息年u 水情系统的实时信 息需要接入m 1 s 网。该水电厂监控系统进m i s 网的实时信息主要有；湖黄两站的主 接线图、湖黄两站的厂用电图和i i 台机组的状态图以及湖黄两站的电气、水机运行日 志等历史数据a 由监控方将监控数据送入厂内通信服务器的o r a c l e 数据库中供m i s 1 9 第三章水电厂的系统分析及系统集成设计浙江大学硕士学位论文 调用。水情信息系统主要包括湖黄两库的库水位和流域内各雨量站的雨量资料，将水 情信息按o r a c l e 数据库格式存储在m i s 服务器中供m i s 调用。 财务会计子系统：该水电厂财务会计子系统采用的是益和财务软件，财务人员已使 用多年，基本具备了省局实用化所需的功能要求，使用效果比较好。根据财务子系统 与m i s 主网互连的要求，将财务指标基本集输入m i s 系统，供综合查询使用。 人事子系统：人事管理子系统提供了厂组织机构、人员基本睛况。可通过该系统对 组织机构、人员的变动情况进行维护和统计，并提供给其他子系统调用。劳资、保险 等信息采用专用软件处理。 水电厂管理信息系统 m i s 系 统 办 公 自 动 化 系 统 工 档 图 文 管 理 设 备 管 理 子 系 统 物 资 管 理 子 系 统 行 管 理 子 系 统 水 情 子 系 统 安 全 监 察 子 系 统 计 划 统 计 子 系 统 生 产 实 时 数 据 接 入 务 会 计 子 系 统 入 事 子 系 统 合 查 询 子 系 统 图3 1 水电厂m i s 系统结构图 总之，m 1 s 的应用，使领导层、管理层和作业层之间的信息传递畅通、及时、准确， 部门间的数据交换和共享，提高了协同作业的能力和效率，减少了重复劳动和数据不一致 带来的麻烦，减少了传统管理体制中不必要的中间环节，使企业的管理体制更趋于合理； 减少了管理人员用于处理烦琐的、重复的、事务型工作的时间和精力，使之有充分的时间 和精力去综合分析、解决生产经营活动中出现的重大问题，从而提高了管理质量。m i s 的 应用使厂领导和各部门的领导能及对、准确、全面地了解全厂的生产和经营情况，为领导 做出正确决策、合理规划及组织施工提供第一手基础资料。 除了m i s 系统之外，得到应用的还有办公自动化系统，工程囝档管理系统。以上系统 主要是协调日常的企业管理，在m i s 系统中还集成了计算机监控系统，可以将水电企业的 生产实时数据引入m i s 系统进行分析和查询。 2 0 第三章水电厂的系统分析及系统集成设计浙江大学硕士学位论文 3 1 2 事故处理专家系统 3 1 2 1 事故处理专家系统的意义 水电厂担负着电网的调峰、调频及事故备用等任务保证电厂设备的安全、可靠、经济 地运行对国民经济来说具有重要的意义。但是电力设备在运行中囚为种种原因，故障的发生 儿乎是不可避免的，如果能及时发现故障并能采用相应舶措施则可避免重大事故的发生。尽 管不少水电厂已经建立起的计算机监控系统能够对设备的状态进行监测，但是为了快速、准 确地识别故障并采取有效措旅及时排除故障，仍然需要一个后台的故障处理和分析系统来实 现对监控信号的处理，充分实现对系统的智能化监控，提高监控系统的利用率。事故处理专 家系统就是满足这样的要求设计的。该系统不仅能够及时的分析故障信号，同时能够针对历 史数据进行系统的分析，反映整个系统的运行情况，这样有利于运行人员能够系统、及时、 全面的了解系统的运行情况，利用专家的经验给出处理措施，辅助运行人员进行事故处理， 提高电厂的安全经济运行水平。 3 1 2 2 监控系统与事故专家系统 计算机监控系统与事故专家系统密切相关，事故专家系统的所需的信息来源于监控系 统，而监控系统的正确运行是保证事故专家系统的准确判断和操作的前提。计算机监控系统 的功能包括对实时数据的采集，进行必要的数据预处理并以一定的格式存入实时数据库。实 对数据通常按照信号性质的不同把它们分为模拟量、开关量及脉冲数字量其采集及处理方 法也各不相同。实时的模拟量包括如电压、电流以及功率等电气模拟量和压力、流量、水位、 油位等信号量和摆度、振动、脉冲量、温度等非电模拟量。开关量分为中断型开关量( 事故 信号、断路器分台及重要继电保护的动作信号) 和t ；e q b 断型开关量( 各类故障信号、断路器 及隔离开关的位置信号、机组设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等) 两种。 脉冲量主要指有功及无功电度量、机组过水流量、冷却水流量的累加。数字量信号指水位、 转速及频率等输入量。开关量输出特指各类操作控制指令。这些实时数据正是事故处理系统 土要处理的对象。 由于计算机监控系统的硬软件性能在各个方面能保证数据的正确性、实时性，在监控 系统已经建立并提供了数据接口和安全运行的基础上，将事故处理系统嵌入到监控系统中， 对监控系统采集的数据进行二次分析和判断，实现实时的事故处理和事故分析。 事故处理专家系统根据厂调服务器中实时数据库的四张表t 0 0 l o ( 电气部分模拟量) 、 2 i 第三章水电厂的系统分析及系统集成设计浙江大学硕十学位论文 t 0 0 2 0 ( 扫查量即光字牌信号) 、t 0 0 3 0 ( 水轮机部分模拟量) 和t 0 0 4 0 ( 监控系统的开关量) 来提取数据。在实时数据库中，所需的实时数据通过在数据库中建立对照表，将监控系统中 的数据点和后台数据库中的数据点对应起来，这样系统在经过实时显示和后台事故实时处理 后，可将历史数据保存在后台数据库。这样，事故处理系统将经过分析后的数据保存到日志 中，为后面离线分析提供了条件。其结构如图3 2 所示： 钙姗务瓣 t ； t 0 0 2 。j 卜，。 t 嗍j ill l l 监控点与日志数据点对照表 历史散据库 电站 电站 电站 电站 事故 实时 水轮 电气 值记 监控 机运 运行 数据行日日志 录表 表 志表 袁 圈3 。2 实时数据与历史数据关联结构 3 1 2 3 水电厂事故处理专家系统 所谓专家系统是指一个具有大量的专门知识和经验的程序系统，它应用人工智能技术 和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人 类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂的实际问题。 水电厂事故处理专家系统是利用计算机系统( 离线) ，或与监控系统接口( 在线) ，在