（计算机应用技术专业论文）基于gprs的分布式电力监测管理系统设计.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 电力监测是电力行业比较关键的一项工程应用。为进一步提高电力监测系统的稳定 性、安全性及数据传输的可靠性和完整性，在深入研究当前电力监测技术和g p r s 通信 技术的基础上，运用多种程序设计方法设计并实现了基于g p r s 网络的、融合最新的计 算机技术和数据库技术的、具有多种功能的电力监测管理系统。 论文主要包括电力监测管理系统的总体方案的设计、g p r s 数据通信技术的研究、电 力监测终端软硬件的设计与实现和局端控制中心管理系统软件的设计及测试四部分。( 1 ) 在电力监测管理系统的总体方案的设计部分，论述了两种g p r s 网络组网的方式的特点， 阐述了系统总体方案的体系结构、总体的功能描述、软硬件组成。设计了完整的电力监 测管理系统的总体方案，并为进一步具体开发做了方向性的整体把握。( 2 ) 在g p r s 数据 通信技术的研究部分，分析了g p r s 通信技术的特点、功能、业务，网络结构、协议模型、 路由管理及与i p 的关系，介绍了s i m l 0 0g p r s 模块的特点及特征，并对其接口电路进行 简要的设计，实现了s t m l 0 0g p r s 模块数据业务应用的软硬件设计。重点研究s i m l 0 0 g p r s 模块，并通过程序设计具体实现。( 3 ) 在电力监测终端软硬件的设计与实现部分， 从对s o c 嵌入式控制器的分析入手，给出了电力监测终端的硬件电路设计的总体方案， 终端的硬件组成及原理图。通过研究d l t - 6 4 5 通信规约中帧格式和p p p 的工作原理， 给出了电力监测终端的软件框架组成，实现了数据采集、存储及处理等功能。从软硬件 两方面设计了电力监测终端。( 4 ) 在局端控制中心管理系统软件的设计与实现部分，进 行了详细的需求分析说明，构建了开发平台，进行了详细的后台数据库设计。进一步描 述了控制中心管理系统软件的总体设计方案，并从功能的角度分别对系统管理、线路管 理、数据通信和报表处理四个模块进行简明扼要的论述，给出了关键性的代码注释。最 后经过实验和实际试运行，对系统进行了严格测试。根据测试结果，表明系统在功能和 性能方面达到预期效果，同时还指出了系统需要进一步加强的地方。 论文在研究当前传统的电力监测技术的基础上，结合成熟的g p r s 通信技术和计算 机应用技术，设计了电力监测终端，构建了基于g p r s 网络通信的电力数据传输，实现 了融合采集、监测、控制、信息发布为一体的具有智能化的实时远程电力监测管理系统。 关键词：电力监测；片上系统；通用分组无线业务；a c t i o n x 数据对象；d l t 一6 4 5 通信规约 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee l e c t r i cp o w e rm o n i t o ri saq u i t ee s s e n t i a lp r o j e c ta p p l i c a t i o no ft h ee l e c t r i cp o w e r p r o f e s s i o n f o rf u r t h e re n h a n c i n gt h es t a b i l i t y , s e c i 聆o ft h ee l e c t r i cp o w e rm o u i t o rs y s t e m a n dt h er e l i a b i l i t y , i n t e g r i t yo fd a t at r a n s m i s s i o n , i nt h et h o m u g hr e s e a r c h i n gf o rc u r r e n t e l e c t r i cp o w e rm o n i t o rt e c h n o l o g ya n di nt h eg p r sc o m m u n i c a t i o nf o u n d a t i o n , a ne l e c t r i c p o w e rm o n i t o rm a n a g e m e n ts y s t e mo fm a n yk i n d so ff u n c t i o u sh a sb e e nd e s i g n e da n d r e a l i z e db a s e do nt h eg p r sn e t w o r k , f u s e st h en e w e s tc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dt h ed a t ab a n k t e c h n o l o g yb ym a n yk i n d so f p r o g r a m m i n gm e t h o d s t h ep a p e rm a i n l yi n c l u d e st h eo v e r a l lp l a nd e s i g no ft h ee l e c t r i cp o w e rm o n i t o r m a n a g e m e n ts y s t e m ，t h er e s e a r c ho ft h eg p r sd a t ac o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h es o f t w a r e a n dh a r d w a r ed e s i g na n dt h er e a l i z a t i o no ft h ee l e c t r i cp o w e rm o n i t o r st e r m i n a la n ds o r w a r e d e s i g na n dt e s t so ft h ec o n t r o lc e n t e rm a n a g e m e n ts y s t e m ( 1 ) mt h ee l e c t r i cp o w e rm o n i t o r m a n a g e m e n ts y s t e mm a n a g e m e n ts y s t e mo v e r a l lp l a nd e s i g np a r t , t h ec h a r a c t e r i s t i co ft w o k i n d so fg p r sn e t w o r kw a yh a sb e e ne l a b o r a t e d t h es y s t e ms t r u c t u r e ，t h eo v e r a l lf u n c t i o n a l d e s c r i p t i o na n dt h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ec o m p o s i t i o no fs y s t e mo v e r a l lp l a nh a sb e e n e l a b o r a t e d t h ei n t e g r i t ye l e c t r i cp o w e rm o n i t o rm a n a g e m e n ts y s t e mo v e r a l lp l a nh a sb e e n d e s i g n e d ，a n d t h ed i r e c t i v eo v e r a l la s s u r a l l o eh a sb e e nf u r t h e rm a d ef o rt h ec o n c r e t e d e v e l o p m e n t ( 2 ) i nt h eg p r sd a t ac o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c hp a r t ，t h ec h a r a c t e r i s t i c ， t h e f u n c t i o n , t h es e r v i c e , t h en e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，t h ea g r e e m e n tm o d e l ，t h er o u t e m a n a g e m e n ta n dt h er e l a t i o n sw i t hi po fg p r sc o m m u n i c a t i o nh a sb e e na n a l y z e d t h e c h a r a c t e r i s t i ca n dt h ec h a r a c t e r i s t i co f s i m l 0 0g p r sm o d u l eh a sb e e ni n t r o d u c e dc a r r y i n go n t h eb r i e fd e s i g nt oi t sc o n n e c t i o ne l e c t r i cc i r c u i t t h es o r w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g no f s 1 m 1 0 0g p r sm o d u l e sd a t as e r v i c ea p p l i c a t i o nh a sb e e nr e a l i z e d t h es i m l 0 0g p r s m o d u l eh a sb e e ns t u d i e di n p o r t a n t l yt h r o u g hp r o g r a m m i n gr e a l i z e dc o n c r e t e l y ( 3 ) i nt h e s o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ee l e c t r i cp o w e rm o n i t o r st e r m i n a lp a r t ， f r o mt h et h ea n a l y s i so fs o ce n b e d d e d c o n t r o l l e r , t h eo v e r a l lp l a no f h a r d w a r ee l e c t r i cc i r c u i t d e s i g n ，t h e h a r d w a r ec o m p o s i t i o na n dt h es c h e m a t i cd i a g r a mo ft h ee l e c t r i cp o w e rm o n i t o r t e r m i n a lh a sb e e np r o d u c e d t h r o u g hs t u d i e si nt h e 妇n ef o r mt h ed l t - 6 4 5c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o la n dw o r ko f t h ep p pp r i n c i p l e ，t h es o r w a r ef l a m ec o m p o s i t i o no f t h ee l e c t r i cp o w e r 2 江苏大学硕士学位论文 m o n i t o rt e r m i n a lh a sb e e np r o d u c e da n dh a sr e a l i z e dt h ef u n c t i o no f d a t aa c q u i s i t i o n , m e m o r y a n d p r o c e s s i n g t h ee l e c t r i cp o w e rm o m t o r t h et e r m i n a lh a sb e e nd e s i g n e df r o ms o f t w a r ea n d h a r d w a r e ( 4 ) h lt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ec o n t r o lc e n t e rm a n a g e m e n ts y s t e ms o f t w a r e p a r t , t h ed e t a i l e dd e m a n da n a l y s i se x p l a n a t i o nh a sb e e nm a d c t h ep l a t f o r mo fd e v e l o p m e n t h a sb e e ns e tu p t h ed e t a i l e , dd e s i g no f d a t a b a s eh a sb e e nm a d e t h eo v e r a l ld e s i g n p l a no f t l 地 c o n t r o lc e n t e rm a n a g e m e n ts y s t e ms o r w a r eh a sb e e nf u r t h e rd e s c r i b e da n de l a b o r a t e df r o m t h es y s t e ma d m i n i s t r a t i o n , t h el i n em a n a g e m e n t , t h ed a t ac o m m u n i c a t i o na n dt h er e p o r tf o r m p r o t e s t si nt h eb r i e f t h ec r u c i a lc o d ea n n o t a t i o nh a sb e e np r o d u c e d f i n a u y ，t h es t r i c tt e s tt o t h es y s t e mh a sb e e nc a r r i e do nt h r o u g ht h ee x p e r i m e n ta n da c t u a lt r i e s a c c o r d i n gt ot h er e s u l t o ft e s t s ，i ti n d i c a t e dt h a tt h es y s t e mi nt h ef u n c t i o na n dt h ep e r f o r m a n c ea c h i e v e dt h e a n t i c i p a t e de f f e c t t h es y s t e mw h i c hn e c d sf u r t h e rt os t r e n g t h e nh a sb e e np o i n t e do u t i nt h er e s e a r c ho fc u r r e n tt r a d i t i o ne l e c t r i cp o w e rm o m t o rt e c h n o l o g y , t h ep a p e ru n i f i e d t h et e c h n o l o g yo ft h em a t u r eg p r sc o m m u n i c a t i o na n dt h ec o m p u t e ra p p l i c a t i o n i td e s i g n e d t h ee l e c t r i cp o w e rm o m t o rt e r m i n a la n dh a sc o n s t m c t e de l e c t r i cp o w e rd a t at r a n s m i s s i o n b a s e do nt h eg p r sn e t w o r k a ni n t e l l i g e n t , r e a l t i m ea n dl o n g - d i s t a n c ee l e c t r i cp o w e r m o n i t o rm a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hi s s y n c r e t i z e dg a t h e r i n g ，m o n i t o r i n g ，c o n t r o l l i n ga n d i n f o r m a t i o ni s s u a n c e ，h a sb e e nr e a l i z e d k e yw o r d ：e l e c t r i cp o w e rm o n i t o r ；s o c ；g p r s ；a d o ；d l 厂r - 6 4 5 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密厂 ，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 ， 不保密臼 学位论文作者签名：乒i 陡 指导教师签名： 2 0 0 7 年1 ；月，垌2 0 0 7 年l ，月t ：日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：多1 舀虹 日期：2 0 0 7 年 月、咱 江苏大擘硕士学位论文 第一章绪言 1 1 研究背景及意义 目前世界各国都在对传统的电力工业生产方式和管理模式进行改革，使垄断的电力 行业向开放式的商业化运营和管理方向发展。在发达国家( 英国、美国、澳大利亚) ，电 力市场降低了电网运营费用，使得工业用电和居民用电的电费都大幅度降低。在发展中 国家( 阿根廷、巴西) ，由于建立了电力市场，吸引了大量的外资投入到电厂建设，基 本解决了缺电问题“1 。 随着全球范围内电力经营市场化的发展，电力等公共事业企业监测管理技术的应用 愈加广泛。监测管理系统不但成为新的产业部门，国外已有不少厂商生产出相关系列的 产品。对它的研究也越来越深入，美国于1 9 8 6 年就建立了监测管理技术协会( 棚r a ) ， 近年欧洲监测管理技术协会( e u r o a m r a ) 和英国监测管理技术协会( u k a m r a ) 也相继成立。 电力技术期刊及互联网上也经常有相关的研究论文发表。目前世界各国电力市场都是建 立在实时电价理论基础上的分时竞价机制以达到资源优化配置的效果，实时电价理论已 为当今学术界及电力工业所接受并普遍应用于电力市场的设计和营运中。我国电力工业 的自动化发展水平也在不断发展，其中高压输电网的自动化程度己经比较高， e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m 能量管理系统) 在我国高压输电网中的应用己经相当普 遍。1 。因此，在我国电力网络的中、低压配电系统加快实行电力自动化工程是一个必然 的趋势。电力系统中推行远方监测管理是电力企业提高服务质量的有效手段，是推行电 力企业市场化运作的关键技术。 二十一世纪是网络化时代，在计算机技术，微电子技术和网络技术等的迅速发展下， 电压监测管理系统设计方案也层出不穷。各种方案都有其特点，有其相适应的应用环境 和存在的条件，不能一概而论，甚至在特殊情况下还需要将其结合在一起，扬长避短， 发挥更大的优势。 随着我国信息化、智能化、网络化的发展，g p r s ( g e n e r a lp a c k e rr a d i os e r v i c e ) 网络已经广泛应用于各类商业和工业的数据传输方式中。近年来，电力远程监测行业得 到了迅速的发展，对数据通信的要求也越来越高，其主要指标是实时性、高效性和稳定 性。 总的来说，数据通信方式可分为有线通信方式和无线通信方式。稍早的无线通信方 式大多采用短消息( s m s ：s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e ) 或集群电台的方式。1 。但这两种方 江苏大学硕士学位论文 式有其固有的缺点：短消息的实时性、数据量及数据传输连续性得不到保证；而集群电 台由于使用公用频率，因而抗干扰能力差，对数据的可靠性影响严重。 g p r s 技术的逐步成熟和i n t e r n e t 技术与应用的普及，为从根本上解决上述问题提 供了充分必要条件。g p r s 网络是在g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 网络的基础上增加了业务支持节点、网关支持节点和点对多点业务中心等功能实体后发 展起来的，它采用了信道复用技术，使每一个g p r s 用户都能够实现永远在线。由于中国 移动在g p r s 网络上增加了接入i n t e r n e t 的网关，所以嵌入式设备就可以通过g p r s 网 络与i n t e r n e t 上的设备相互通信旧。 目前，我国正处于i n t e r n e t 的初级阶段，即p e r s o n a lt op e r s o n a l 时代，并逐步 向p e r s o n a lt od e v i c e ，d e v i c et od e v i c e 时代过渡，随着该时代的到来，智能将下 移到设备，大量的嵌入式设备将通过各种网络连接到i n t e r n e t 上。将嵌入式系统与 i n t e r n e t 连接的主要困难在于，i n t e r n e t 上运行的各种通信协议对存储器容量、m c u 的运算速度等的要求比较高，支持t c p i p 协议将占用大量的系统资源。过去的嵌入式 设备与i n t e r n e t 的连接时，有的仅仅实现了u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) 协议，或 者仅实现了t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 协议的部分功能。随着制造工艺的 进步，控制芯片成本越来越低，功能越来越强大，高性能的嵌入式微处理器不断涌现， 如i n t e l8 0 9 6 0 、m o t o l o r a 6 8 k 、m i p s 、a 跏等，这使得嵌入式系统通过i n t e r n e t 进行 数据通信变得更加可靠。 本文正是以电力监测为切入点，并结合g p r s 无线通信技术及嵌入式技术，对电力 系统的远程监测和控制进行探索和研究。并具体说明了一个基于g p r s 分布式电压监测 管理系统的应用实例。考虑到所开发电压监测管理系统的应用环境、数据特点和生命周 期，我们在现有技术的基础上。设计实现这套方案，选用g p r s 通信方式来实现数据的 传输。其优点在于：实时性强；可靠性高；覆盖面广；无线上网，适用于可移动目标： 安装简便，维护方便。它可广泛推广到水利，交通，银行，电力，海关等领域，实现实 时信息的采集与发布、监测、远程控制等。 1 1 1 移动通信的飞速发展 在全球数字化浪潮的推动下，c d p t ( 欧洲邮电管理部门) 于1 9 8 2 年成立一个g s m 移动特别小组，开始制定适用于欧洲各国的一种数字移动通信系统的技术规范。经过六 年的研究、实践与比较，于1 9 8 8 年确定了主要技术规范并指定出实施计划，采用t d m a 2 江苏大学硕士学位论文 多址方式的数字通信系统，大大提高了频率利用率。在1 9 9 0 年g s m 开始在德国、法国、 英国和北欧许多国家投入商用运用，而我国于9 0 年代中期引入g s m 技术嗍。 随着移动通信技术、互连网技术和计算机技术的飞速发展，移动通信已经不在局限 于单纯的话音通信，把移动和i p 结合起来已经成为不可阻挡的趋势，于是提出了第三 代移动通信系统的概念，其核心是宽带、高速率、多媒体，静止状态下数据速率可以达 到2 m b p s ，并且移动通信和因特网在移动环境下提供服务是其主要业务特征，它将使人 们的生活方式发生巨大变化，生活的自由度将会空前增加。 现有的第二代移动通信系统到目前为止已经相当成熟，在1 9 9 9 年末，我国已经有 移动用户4 0 0 0 多万，8 9 0 万互联网用户。用户需求带动着网络的发展，运营商在不断扩 展满足需要的同时，也不得不考虑向第三代过渡的问题，同时第三代网络也必须做到与 至少一种第二代网络兼容。于是对现有的第二代移动通信系统进行升级改造，增加各种 新业务，开展数据业务，以变向第三代平滑过渡。例如g s m 网络上增加一些软硬件设备， 实现g p r s 、w a p 等新业务，为用户提供越来越高的数据传输速率，这就是所谓的2 5 代 技术，也就是二代产品向三代的平滑过渡所采用的一种过渡技术。 2 5 代技术中比较有代表的g p r s 使用户能在端到端分组传输模式下发送和接受数 据，在g s m 由窄带向宽带演进过程中起到桥梁作用。 1 1 2 远程数据采集系统的发展 要实现对工业现场环境的监测及控制，首要的前提就是获得工业现场实时的、准确 的原始数据，所以接下来，我们简单的将远程数据采集系统的发展历史回顾一下。 远程数据采集系统发展到今天已经经历了三代邮： 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的数据采集系统，如电力自动化研究院为 华北电网开发的s d l 7 6 系统，这一阶段从计算机运用到数据采集系统开始于7 0 年代。 第二代是8 0 年代基于通用计算机的远程数据采集系统，广泛采用计算机以及其它 通用工作站，操作系统一般是通用的u n i x 操作系统。第一代和第二代数据采集系统的 共同点是基于集中式计算机系统，并且系统不具备有开放性。 第三代是9 0 年代基于分布式计算机以及相关数据库技术实现大范围联网的远程数 据采集系统。这一阶段是我国远程数据采集系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技 术都汇集进数据采集系统中。 下一代远程数据采集系统的基础条件已经具备。该系统的主要特征是采用移动通信 3 江苏大学硕士学位论文 技术、i n t e r n e t 技术、面向对象技术、神经网络技术等技术继续扩大数据采集系统与 其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。 远程数据采集系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没停止过。当今，随 着各行业对远程数据采集系统需求的提高以及计算机技术的发展，为数据采集系统提出 新的要求，远程数据采集系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它 可以对现场的运行设备实现数据采集、设备控制、测量以及参数调节等各项功能0 1 。 远程数据采集系统自诞生之日起就与计算机软件、通信、自动化、数据库、网络等 技术的发展紧密相关。远程数据采集系统的通信技术是制约其应用范围的最主要的因 素，在很多情况下，通信条件的好坏直接决定数据采集系统的功能，而g p r s 技术发展 成熟到能够应用为远程数据采集系统提供了一种新的通信方式。 1 2 研究的现状及发展方向 目前，对g p r s 的应用研究主要有两个方向，一是对t c p 协议在g p r s 环境下的性能 进行研究；二是对嵌入式系统中应用g p r s 网络进行数据通信的研究慨”1 。面对管理系统 的研究则在各行各业根据本行业的特点如火如荼的进行着，统一规范及通用性的系统软 件不多，这是由于各行业间共同点很难抽取，所以只能在行业内部进行规范性及通用性 的系统研究及具体的应用设计。 豳卜1g p r s 嘲内魔用方案图l - 2g p 船与i n t e r n e t 的列同应用方篥 从组网的角度柬说，在电力监测管理系统中应用g p r s 网络进行数据通信主要有两 种方式：第一种是g p r s 网内应用( 图1 - 1 ) 。通信双方都是运用嵌入式技术构成的系统 时一般采用这种方式。由于通信双方申请到的一般都是移动骨干网内动态i p 地址，无 法被公网服务器直接解析，所以需要采用某种中转方式才能在两个具有动态i p 地址的 嵌入式系统问实现通信；第二种是g p r s 网与i n t e r n e t 的网问应用，运用嵌入式技术的 系统与控制中心之间的无线通信一般都采用这种方式。由于控制中心一般具有固定的i p 4 江苏大学硕士学位论文 地址，所以一般是下位机终端系统作为客户机，控制中心作为服务器( 图卜2 ) 。 g p r s 技术在国外的诸多工业和商业领域已有了很成熟的应用，比如工业远程自动化 控制、无线医疗救护、全球定位系统等。而国内在这方面的发展与国外并不相差多长时 间，因此，在这方面的应用也要快速地与国外同步。 目前国内生产的电压监测终端只能对某一个测试点进行监测，实时采集的数据保存 在e p r o i i 中，因其容量较小，因而所统计的数据有限。另外，在局端控制中心的管理软 件上也没有一个标准的实例。虽然，电力监测管理系统在不同地区，不同需求下，各自 有局端控制中心软件，但是没有一个统一的设计规范及设计方案。本系统采用第二种方 案。 1 3 研究内容 本课题主要研究了以下几个问题： 首先，根据具体的需求分析和课题研究的侧重点，给出这个系统完整的设计总方案， 在本文第二章进行概述性描述，明确本课题具体要做哪些方面的工作。 其次，随着通讯事业的发展，我国已建成了覆盖全国的g s m 数字蜂窝移动通信网， g g m 网络中重要发展的g p r s 网络也已经投入使用，而且技术已经发展到比较成熟的情 况，所以，本课题提出并设计了基于g p r s 网络的监测管理系统。采用g p r s 无线通信方 式，实现远程数据采集系统，使得系统应用更灵活、并且大大降低了成本。本课题的完 成对帮助解决利用先进的技术实现数据采集、处理、存储、发布和共享，对工业测控、 环境监测以及国防技术均有相当重要的价值。本文在第三章介绍g p r s 技术及本系统中 监测终端仪中g p r s 模块的设计与应用。 再次，数据采集系统是本系统中终端设计的基础，用于获取现场的各种测量数摄 在监测管理系统中，需要采集各种信息并将其送入计算机内进行处理。因此作为获取信 息的重要工具，数据采集系统目前正广泛地用于生产、科研的各个领域。数据采集系统 由信息转换、数据通信和信息处理三部分组成，其中数据通信模块是其中最重要的组成 部分，本文对这一部分进行了部分讨论。本文在第四章重点论述嵌入式电压监测仪终端 的设计。 最后，本系统设计由控制中心管理系统、嵌入式电力监测终端和数字电压检测仪构 成。通过g p r s 网络数据通信，控制中心通过i n t e r n e t 网络组成分布式电力监测管理系 统。借助于多种软件开发工具，实现电力数据的采集、处理、存储、发布和共享的网络 江苏大学硕士学位论文 化集中管理。本文安排第五章对该系统软件方面的具体设计实现做简明扼要的概述。 本系统设计最终以一个实例实现作为验证，并通过实践测试，投入实际的运行当中， 并为社会、企业、单位创造了一定的效益。全文按照软件开发与设计的工程要求模式来 撰写，大致分为硬件设计与软件设计两大部分，并对每个部分在具体的开发实践中遇到 的问题做了扼要的说明。 6 江苏大学硕士学位论文 第二章电力监测系统总体方案设计 2 1 电力监测系统的体系结构 监测管理系统是指利用微电子和计算机网络、传感等技术自动读取和处理现场采集 器获得的大量工程数据，将各种反映用电数量和状态的数据加以综合处理( 采集、处理、 存储、发布和共享等) 的系统。监测管理技术使各供电管理部门从根本上解决了因各类 因素给原始人工操作带来的诸多麻烦，并避免了许多不必要的纠纷。准确而便捷的监测 管理系统，不但能提高管理部门的工作效率，也适应现代行业发展的需求1 。 根据建设部的要求和设计标准，具备高效便捷的监测管理系统是智能化地区的必备 条件之一。但是在具体的实施操作过程中因为市场上的产品五花八门，由于没有统一的 标准平台可供使用，品种繁多而且互不兼容。因此各个厂商的产品必须是成套安装，这 样就使集成商只能根据所选的产品进行针对性的工程方案设计，一旦设计定型所选用的 产品很难更改，如果要更改必须进行重新设计、施工，这样导致了集成变成了几套系统 的堆砌而无法实现其中某些设备、线路以及软件的整合“”。因此这个行业到现在为止一 直是一个举步维艰的行业，总的来看，这个行业还不是一个成熟的行业，对于开发商来 说这无疑是最需要斟酌。 图2 - i 电力监测管理系统总体方案 现在最常见的远程监测管理系统是采用分线制集中抄表方式，即由采集器定时顺序 采集来自多路分线连接的电表信号并进行数据处理、存储，各采集器之间采用总线制连 接，最后连接至计算机。其典型特点是各户表通过分户线连接至采集器位置。系统一般 7 江苏大学硕士学位论文 分为三层次结构；嵌入式电压监测终端( 由现场采集器和通信控制器构成) 、局端控制 中心( 包含控制中心服务器、数据库服务器和w e b 服务器) 和用户区( 包括用户终端、 单位部门终端) 。另外还会附带一个手持终端移动装置“”。整个系统结构如图2 一l 所示。 ( 1 ) 嵌入式电压监测终端；完成对现场各类电表数据的采集，一般一个嵌入式电压 监测终端可以对多个基表进行数据采集。但是目前支持一个采集器对几种不同种类的基 表同时进行采集的产品不是很多。该终端由现场采集器和通信控制器组成。现场采集器 主要完成对各类数据的采集及临时存储，主动或被动地响应控制中心的数据传输请求， 同时借助内部的小容量存储器，临时保存一定时间端符合一定条件的原始数据；通信控 制器主要是实现数据的通信，无论是主动还是被动方式，一旦数据传送请求发出，通信 控制器的主要人物就是安全而高效的建立通信链接，同时负责数据通信的流畅。 ( 2 ) 局端控制中心：以g p r s 或i n t e r n e t 的方式实现数据的传输，然后进行处理、 存储，并通过通信总线与局端控制中心的计算机相连。根据实际的应用规模，控制中心 服务器的配置要求也有所不同，同时可以连接多个嵌入式电压监测终端( 视系统通信方 式定) 。主要由控制中心服务器、数据库服务器及w e b 服务器“”。控制中心服务器主要 实现对系统终端的实时控制( 采集数据、设置参数、命令控制等) ，由多媒体计算机和 系统管理软件组成；数据库服务器，主要是用来存储大量的数据，根据数据量的不同， 数据库服务器所选用的d b m s 也有所不同；w e b 服务器以数据库服务器为基础，用于对外 显示和发布相关信息“”。 ( 3 ) 用户端；通过i n t e r n e t 连接w e b 服务器或管理中心的计算机，根据不同的权限 分百己提供对相关数据进行操作的权利。它主要是有个人的入网电脑或单位提供的服务平 台来组成终端，实现信息多媒体化、传播高效化及自动化。 整个系统的运作的过程简单描述如下：嵌入式电压监测终端存在于电力各线路或分 布在各个地区的电力装置中，可通过时间控制或控制中心的命令控制来定时或实时的进 行数据的采集，并将一段时间内各类特征参数保存在终端的存储器内“；通过g p r s 方 式或i n t e r n e t 方式将数据传到控制中心的服务器上，数据库服务器将根据数据的类别 进行分门别类的存储大量数据，并为后续的工程计算，分析及信息发布做底层支持1 ； w e b 服务器是作为一个信息发布的平台，除了提供各类数据以供不同性质的单位和个人 查看以外，也方便各类人员获得他们所需要的数据提供客观的依据。在图2 - i 中，各个 部分的链接用不同颜色不同类型的连接线来表示，以区别说明这个系统组成的内部关 8 江苏大学硕士学位论文 系。 2 2 电力监测系统总体功能 从宏观上来讲，这个系统的总体功能为通过现代先进的通信技术和计算机技术为各 个不同的客户群提供所需的各类数据“”。就局端控制中心的软件系统来说，根据实际 的需求，主要实现下列的几大功能： ( 1 ) 数据采集功能：通过现有的网络条件，对经过采集终端的数据进行定时或实时 的汇总，而后以批量的方式，将数据通过网络传送到局端控制中心数据库服务器。 ( 2 ) 提交数据功能：可以定时发送或控制中心指定查询，也可为主机轮询方式。 ( 3 ) 数据库维护功能：记录每个终端情况并对数据进行必要的处理( 报表生成) ，为 信息发布提供基础。 ( 4 ) 远程控制功能：控制中心可以通过命令的方式对终端发送方式、数据格式、主 机号码等进行设置，并实现开关量的输入及控制开关量的输出。 ( 5 ) 系统权限管理功能：采用经典的权限组用户分配模式，对操作该系统的各 类不同性质的客户进行权限管理。 2 3 电力监测系统硬件组成 对于电力系统，它是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消 费系统2 ”。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置( 主要包括锅炉、汽轮 机、发电机及电厂辅助生产系统等) 转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能 供应到各负荷中 1 3 。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能 生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供 应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能， 就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程 进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。 电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了 社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模 和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。 电力监测系统是电力系统中很重要的子系统。它的整个硬件组成可以由图2 一l 所示， 分别为局端控制中心、采集现场和用户区。 在局端控制中心，它是一个行业部门的网络控制中心，不仅要对各她区各部分下位 9 江苏大学硕士学位论文 机的数据传输，网络控制外，还要做到数据的处理及信息的发布。在局端存在的各类服 务器及工作终端都承担的自己的责任。譬如图2 - 1 中，w e b 服务器的作用，就是把通过 网络采集来的下位机数据，根据实际的行业需求，处理成各类能说明问题的信息，然后 发布到网络上的各个单位或个人2 1 。 在采集现场，除了特定的电压监测终端外，其实，图2 一l 中未画出的还有各式各类 的数据采集终端( 图2 - 2 ) 及通过不同渠道链接的各类介质载体。电压监测终端把数据 采集终端采集来的数据，暂存在电压监测终端的存储器内，然后通过定时上报或接受命 令的方式，通过网络将数据打包后批量的传到上位机局端控制中心的主服务器，然 后存放在数据库服务器中。有的时候，由于一些客观的问题，可能还需要工作人员携带 手持设备，直接到现场去获得数据嘲。所以，作为附加的补充设备是必不可少的( 不作 为本文说明的重点) 。 图2 2 数据采榘终端的外围连接 用户区，包含有个人及单位。对于个人来说，可以通过网络查找到实时的用电情况， 再通过便利的网络操作，完成所有个人开销的烦琐流程；对于单位，尤其是企业，通过 网络可以将大量数据传到单位，给单位的管理提供真实的依据m 1 。 2 4 电力监测系统软件结构 电力监测系统软件主要包括位于现场的电力监测终端的软件和局端控制中心管理 软件两部分组成哺“。在完成整个系统的设计与实现中，我们采用了多种程序设计语言， 来完成各个部门的设计。在电力监测终端，为了能更加直接的对终端内部的各硬件部分 1 0 江苏大学硕士擘位论文 进行直接的访问操作，提高数据处理的效率，我们采用汇编语言编程；在数据通信部分， 由于设计到协议和服务的实现，而且涉及到上下位机两个部分，所以我们采用了较为灵 活的c + + 编程；而在局端管理系统软件部分，为了满足需求，我们采用了j a v a 编程。一 方面直接调用采集来存放在数据库中的数据，进行必要的工程处理；另一方面为了提供 信息发布的服务器端，利用它的平台无关性特点和服务器端的设计优势。控制中心管理 系统的软件结构图如图2 3 所示。 圈2 3 控制中心管理系统软件结构 控制中心主程序由传输通信和数据处理量大模块组成，其中传输控制模块主要解决 多种数据传输方式的设计和选择问题，数据处理模块主要处理各类数据，包括远程控制 的命令及各类参数数据，采集到的各类数据及对各类数据的工程处理。所有的数据都存 放在数据库服务器上，由数据库管理程序来统一管理。这样的好处是为后续数据信息发 布，提供了统一的数据源啪“。 江苏大擘硕士学位论文 第三章g p r s 数据传输技术 3 1g p r s 通信技术 g p r s ( g e n e r a lp a c k e rr a d i os e r v i c e ) 是通用分组无线业务的简称，含义为整合 封包无线服务，它是利用“分封交换”( p a c k e t - - s w i t c h e d ) 的概念所发展出的一套无 线传输方式，是在现有的g s m 系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务，被称为2 5 代移动通信技术，它将无线通信与i n t e r n e t 紧密结合。我们可以将g p r s 理解为g s m 的一个更高层次。所谓的分封交换就是将数据分装成许多独立的封包，再将这些封包一 个一个传送出去，形式上有