陳奮

（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東惠州 516001）

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)多源數(shù)據(jù)融合應(yīng)用研究

陳奮

（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東惠州 516001）

變電所、自備熱電廠、化工整流等電氣系統(tǒng)所使用的自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同、數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范相異、分布零散，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中管理與分析。因此建設(shè)統(tǒng)一的、可集中管理的自動(dòng)化管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。采用鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)（key，value）對(duì)多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了融合，并應(yīng)用了Memcached技術(shù)提升讀寫效率。融合后的系統(tǒng)便于統(tǒng)一管理，滿足了現(xiàn)階段電氣管理要求，提高了電氣自動(dòng)化管理水平。

電氣自動(dòng)化；數(shù)據(jù)融合；kv數(shù)據(jù)庫(kù)；Memcached

0 引言

隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，新系統(tǒng)、新設(shè)備不斷運(yùn)用，電力公司電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化管理發(fā)展迅速。但是，越來(lái)越多的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)配置了不同的服務(wù)器結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)是分布的，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、查詢方式上都有所差異；數(shù)據(jù)來(lái)源不統(tǒng)一（時(shí)效性、響應(yīng)速度均不統(tǒng)一），網(wǎng)絡(luò)通訊相互隔離，后臺(tái)管理機(jī)較多，且監(jiān)控內(nèi)容各不相同。相同管理系統(tǒng)也存在版本上的差別，相互之間沒(méi)有信息共享，不能進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。電氣信息難以集中管理與控制，故障信息報(bào)警存在時(shí)鐘不同步等等，給電氣管理帶來(lái)了諸多不便。因此，將現(xiàn)有不同電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的信息進(jìn)行整合，集中管理全公司6 kV～110 kV電氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，滿足不同管理層次的生產(chǎn)要求，可以很好地提高公司電氣自動(dòng)化管理水平。

常用的異構(gòu)數(shù)據(jù)源集成的體系結(jié)構(gòu)有以下幾種[1]，中間件結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)、基于本體的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成體系結(jié)構(gòu)[2]。建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)通常需要較高的成本[3]，而中間件結(jié)構(gòu)添加局部數(shù)據(jù)源較簡(jiǎn)單，目前在技術(shù)上主要是采用Warpper/Mediator中間件結(jié)構(gòu)[4]進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。在過(guò)程中需要解決[5-6]：模式集成[4]和查詢分解[6]，最后，還要建立模式映射[7]規(guī)則，以確保不同數(shù)據(jù)庫(kù)模式之間可以對(duì)應(yīng)。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)多源數(shù)據(jù)融合過(guò)程中，重點(diǎn)需要解決數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控平臺(tái)的選擇和通信模式的選擇，前置機(jī)或服務(wù)器數(shù)據(jù)的整理，網(wǎng)絡(luò)的配置，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面、管理報(bào)表的整理等等。

1 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

各個(gè)時(shí)期的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的類型不同，必然存在有的比較先進(jìn)，有的則相對(duì)較為落后。新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理的響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新速度也快，其數(shù)據(jù)管理機(jī)軟件便于管理、更新，后臺(tái)監(jiān)控機(jī)的管理軟件的功能強(qiáng)大，實(shí)時(shí)畫(huà)面和數(shù)據(jù)顯示更符合現(xiàn)行電氣自動(dòng)化信息管理的要求。故此，基于系統(tǒng)功能的需要和日后系統(tǒng)不斷擴(kuò)展的要求，最終選取了最新的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)作為所有其他自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，即將所有其他電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中到最新的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理機(jī)上，因此統(tǒng)一將多源數(shù)據(jù)放入內(nèi)存中，每隔5 min進(jìn)行讀取和計(jì)算。另外由于數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)、字段定義存在差異，可以將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)為鍵-值型（key，value）數(shù)據(jù)庫(kù)，采用NoSQL語(yǔ)句查詢。應(yīng)用Memcached技術(shù)實(shí)現(xiàn)以上需求，服務(wù)端（ms）和客戶端（mc）是Memcached的兩個(gè)主要組成部分，在讀寫過(guò)程中，首先對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)造鍵值對(duì)（簡(jiǎn)稱kv對(duì)），鍵會(huì)通過(guò)哈希算法轉(zhuǎn)化成哈希-鍵。Mem?cached數(shù)據(jù)查詢具體流程和更新流程如圖1、圖2所示。

圖1 Memcached數(shù)據(jù)查詢流程

表1 Memcached、MemcachedDB測(cè)試結(jié)果對(duì)比

2 整合后系統(tǒng)的通訊模式的選擇

數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控平臺(tái)確定之后，主要面對(duì)的就是整合后的系統(tǒng)的通訊模式問(wèn)題。即各自相對(duì)獨(dú)立的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)如何與先前確立的中心管理機(jī)或前置機(jī)進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)如何進(jìn)行交換，采用何種協(xié)議，需上送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表如何制定等等。

在現(xiàn)有的各個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，因每一個(gè)系統(tǒng)均有各自的通訊服務(wù)管理機(jī)或前置機(jī)，它們與其所屬范圍內(nèi)所有遠(yuǎn)方測(cè)控裝置和智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和管理。然而各自系統(tǒng)的通訊模式各不相同，有的系統(tǒng)采用CAN網(wǎng)通訊，有的系統(tǒng)采用RS485通訊，有的系統(tǒng)則采用Ethernet以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。因此在進(jìn)行不同系統(tǒng)間的通訊時(shí)，首先需解決數(shù)據(jù)如何進(jìn)行交換，采用何種協(xié)議的問(wèn)題。

現(xiàn)有的每一臺(tái)數(shù)據(jù)管理機(jī)或前置機(jī)下面掛的測(cè)控裝置或智能設(shè)備均采用各自約定的傳輸規(guī)約進(jìn)行通訊，如CAN網(wǎng)、RS485、RS232等等，如果以每一個(gè)裝置為節(jié)點(diǎn)，分別向中心管理機(jī)發(fā)送測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，則整合的難度將大大降低，但是涉及到通訊電纜的敷設(shè)，耗時(shí)相當(dāng)長(zhǎng)且費(fèi)用很高，因此不能采取這種方法。考慮到現(xiàn)有的通訊管理機(jī)均配置有多種通訊協(xié)議和通訊接口，如一路或多路網(wǎng)絡(luò)接口，串口等。可以利用這些不同接口，將整個(gè)數(shù)據(jù)管理機(jī)或前置機(jī)處理的各自電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，而后統(tǒng)一發(fā)送到中心管理機(jī)上，再進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與整理，則相對(duì)更為方便可取。

圖2 Memcached數(shù)據(jù)更新流程

3 服務(wù)器數(shù)據(jù)管理

以上工作做好后，根據(jù)統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)要求，對(duì)相對(duì)獨(dú)立的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，列出需要的遙信、遙測(cè)、遙調(diào)與遙控表，即在中心處理機(jī)內(nèi)進(jìn)行不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的分層工作。定制數(shù)據(jù)點(diǎn)表的工作完成后，剩余的工作就主要圍繞中心前置機(jī)和服務(wù)器中進(jìn)行不同電氣自動(dòng)化系統(tǒng)傳送來(lái)的各種測(cè)控?cái)?shù)據(jù)或智能設(shè)備信息的整理。在中心前置機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建不同的廠站，根據(jù)不同電氣自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)點(diǎn)表中數(shù)據(jù)的數(shù)目，相應(yīng)地為一個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)廠站，繼而對(duì)每一個(gè)廠站進(jìn)行分配端口，配置遙信、遙測(cè)、遙調(diào)與遙控量的地址等工作，最后進(jìn)行相應(yīng)廠站數(shù)據(jù)的導(dǎo)入工作。這部分工作相對(duì)繁瑣，工作量大，卻是不容出錯(cuò)的，因?yàn)榈刂贩峙涞腻e(cuò)誤將直接導(dǎo)致后臺(tái)監(jiān)控?zé)o法正確顯示與運(yùn)行。

整個(gè)系統(tǒng)共分為4個(gè)層次，自底向上主要包括源數(shù)據(jù)層、應(yīng)用數(shù)據(jù)層、中間層和訪問(wèn)層，采用kv型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)，應(yīng)用Memcached技術(shù)讀寫數(shù)據(jù)，采用XML格式記錄數(shù)據(jù)。

圖3 多源數(shù)據(jù)融合層次模型

4 網(wǎng)絡(luò)通訊配置管理

數(shù)據(jù)整合工作完成后，對(duì)中心管理機(jī)和其他分布在各地的通訊管理機(jī)或前置機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的通訊配置后，系統(tǒng)才能夠協(xié)調(diào)工作，考慮到新整合系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在系統(tǒng)整合過(guò)程中，對(duì)所有獨(dú)立通訊管理機(jī)或前置機(jī)采取了既相互統(tǒng)一又相互獨(dú)立的配置方式。一方面，正常運(yùn)行時(shí)，所有獨(dú)立系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)到中心管理機(jī)，作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理、通訊和轉(zhuǎn)發(fā)單元，中心管理機(jī)同時(shí)向所有后臺(tái)發(fā)數(shù)據(jù)，期間其中任意一個(gè)通訊管理機(jī)或前置機(jī)故障時(shí)，不影響其他通訊管理機(jī)或前置機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送；另一方面，如果中心管理機(jī)故障，則還可以斷開(kāi)所有連接，恢復(fù)原有獨(dú)立運(yùn)行方式，從而不影響相應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行。

在中心管理機(jī)中設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)，必須正確選用通訊口類型、填寫相應(yīng)的規(guī)約和通訊方向等屬性，這些規(guī)則需根據(jù)中心管理機(jī)與各個(gè)獨(dú)立的通訊管理機(jī)或前置機(jī)的通訊方式定。在中心管理機(jī)的統(tǒng)一調(diào)度與管理下，所有分散的后臺(tái)監(jiān)控機(jī)需根據(jù)中心管理機(jī)的要求進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)名和IP地址的設(shè)置，至于IP地址的設(shè)置則依據(jù)網(wǎng)關(guān)的設(shè)置進(jìn)行，保證不重復(fù)即可。

出于生產(chǎn)系統(tǒng)的安排，不能將所有系統(tǒng)全部停運(yùn)，故此在系統(tǒng)整合過(guò)程中，必須根據(jù)各自企業(yè)生產(chǎn)的要求，采取分布到整體，停運(yùn)與在線相結(jié)合的方式進(jìn)行系統(tǒng)的整合工作。在系統(tǒng)的整合過(guò)程中，還需要根據(jù)各個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的地理位置，原有的監(jiān)控模式和運(yùn)行人員的監(jiān)控習(xí)慣等問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，充分利用現(xiàn)有軟硬件資源，以節(jié)約投資成本。

5 展望

整合后的系統(tǒng)能夠集中實(shí)時(shí)顯示公司最大范圍內(nèi)的電氣運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)于各級(jí)技術(shù)和管理人員而言，便于進(jìn)行全系統(tǒng)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。不同來(lái)源、不同結(jié)構(gòu)、分散于各級(jí)用戶之間的數(shù)據(jù)，集中于中心統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，便于維護(hù)、計(jì)算和查詢。采用kv型數(shù)據(jù)庫(kù)，提升了系統(tǒng)的開(kāi)放性和先進(jìn)性，提高了對(duì)數(shù)據(jù)源的適應(yīng)度，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，為今后能充分利用各種信息資源做數(shù)據(jù)挖掘打好系統(tǒng)基礎(chǔ)。

［1］王杰勛.醫(yī)療保險(xiǎn)信息系統(tǒng)異構(gòu)數(shù)據(jù)集成的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

［2］向紅.基于本體的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2007.

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Research on the Method of Integrating Data Based on Several Different Electric Automation Systems

CHEN Fen
（Huizhou Power Supply Bureau，Huizhou516001，China）

Substation，owned thermal power plant，chemical rectifier and other electrical systems which use different automation system architecture with different database norm and scattered distribution，cannot centralized data management and analysis.Therefore，a unified，centralized management can be automated management system has become a necessity.According to the management needs，we have made the various systems integrated.The integrated system effectively facilitate our unified management， and meet regulatory requirements，improved electrical automation management，reduces operating costs and increase efficiency.

electric automation；data integrating；kv database；memcached

TM76

A

1009－9492(2014)01－0070－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.01.018

陳 奮，男，1982年生，廣東高州人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：高壓試驗(yàn)、電氣設(shè)備故障診斷。

(編輯：向 飛)

2013－11－18