王慧武，趙明，張闖，鄭安剛，鄒和平，莊磊

(1. 哈爾濱電工儀表研究所有限公司，哈爾濱 150027； 2. 中國電力科學(xué)研究院有限公司，北京 100192； 3. 國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，合肥 230000)

0 引 言

隨著國家堅(jiān)強(qiáng)型智能電網(wǎng)建設(shè)，智能電能表等電能計(jì)量設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性變得越發(fā)重要。智能電能表的的自動化程度很高，更容易受到外界干擾[1-2]。智能電能表的計(jì)量準(zhǔn)確性與電力公司和用戶的切身利益密切相關(guān)，所以針對智能電能表的全性能試驗(yàn)更加重要。

隨著大量新技術(shù)、先進(jìn)自動化檢測設(shè)備在智能電能表全性能試驗(yàn)中的應(yīng)用，系統(tǒng)的常態(tài)化運(yùn)營維護(hù)工作面臨更多、更新的挑戰(zhàn)，全性能試驗(yàn)的自動化和信息化程度還不夠高，比如一些全性能試驗(yàn)仍然采取人工方式，缺乏統(tǒng)一的信息化管控模式，工作流程、檢測方案、試驗(yàn)方法差異較大[3-5]。因此，有必要針對性開展智能電能表全性能試驗(yàn)系統(tǒng)性能優(yōu)化和應(yīng)用評價(jià)等技術(shù)研究，全面提升其自動化、智能化和信息化水平。通過研發(fā)智能電能表全性能試驗(yàn)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動采錄、業(yè)務(wù)流程的自動流轉(zhuǎn)、檢驗(yàn)報(bào)告的自動生成，進(jìn)一步提高智能計(jì)量體系建設(shè)的自動化水平。

1 系統(tǒng)的需求分析

智能電能表全性能試驗(yàn)管理信息系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)委托、工作令、檢測任務(wù)、檢測過程、樣品流轉(zhuǎn)、報(bào)告出具等全過程閉環(huán)管理，以及用戶對試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果的在線查詢。

具體來說，本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)智能電能表全性能試驗(yàn)業(yè)務(wù)流程、檢測方案、試驗(yàn)項(xiàng)目與內(nèi)容、原始記錄與試驗(yàn)報(bào)告格式、試驗(yàn)設(shè)備數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)化；固化智能電能表全性能試驗(yàn)業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動采集和分析處理，實(shí)現(xiàn)原始記錄及檢驗(yàn)報(bào)告的自動生成，提升數(shù)據(jù)采集自動化程度和數(shù)據(jù)錄入準(zhǔn)確度，提升檢測工作效率；實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)上下全貫通和全性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)高度共享。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能電能表全性能試驗(yàn)管理信息系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)傳輸、圖像識別、過程錄像等多元方式，將全性能試驗(yàn)業(yè)務(wù)、流程、數(shù)據(jù)、管理等固化到信息系統(tǒng)中。系統(tǒng)分為兩部分，一部分是系統(tǒng)主站和試驗(yàn)設(shè)備之間的連接，另一部分是系統(tǒng)主站與外部用戶之間的連接。

2.1 通訊結(jié)構(gòu)的選擇

目前，信息系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)主要有C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)。

C/S結(jié)構(gòu)即客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，它建立在專用的網(wǎng)絡(luò)上，充分利用客戶端和服務(wù)器端的配置環(huán)境，合理分配工作任務(wù)，優(yōu)化系統(tǒng)開銷。客戶端和服務(wù)器端之間沒有中間環(huán)節(jié)，具有較強(qiáng)的事務(wù)處理能力和較快的響應(yīng)速度[6-7]。B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，它建立在廣域網(wǎng)上，不需要安裝專門的桌面應(yīng)用軟件，外部用戶擁有一個(gè)瀏覽器即可訪問。軟件的維護(hù)和軟件的升級非常方便，且成本較低；業(yè)務(wù)擴(kuò)展容易、共享性強(qiáng)，可以隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和業(yè)務(wù)瀏覽等操作[8-9]。

系統(tǒng)主站和試驗(yàn)設(shè)備之間的連接部分包括主站服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和檢測設(shè)備。主站服務(wù)器與所有的檢測設(shè)備連接，主站服務(wù)器負(fù)責(zé)與檢測設(shè)備交互、將試驗(yàn)設(shè)備發(fā)送的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫、以及根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果打印試驗(yàn)報(bào)告；數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲上傳的試驗(yàn)記錄；試驗(yàn)設(shè)備根據(jù)主站服務(wù)器的指令，按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行智能電能表全性能試驗(yàn)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果上傳至主站服務(wù)器。這部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理量大、安全性能要求高、交互性能要求強(qiáng)、且使用群體不大，根據(jù)以上特性，選擇C/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)主站與外部用戶之間的連接部分包括瀏覽器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，外部用戶使用瀏覽器通過Web服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)庫的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果。這部分用戶使用面廣、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求較低、安全性能要求不高、且操作簡單，根據(jù)以上特性，選擇B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

綜上所述，本系統(tǒng)基于C/S和B/S混合結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。C/S結(jié)構(gòu)模式下主要由電能表檢測工程師進(jìn)行操作，B/S結(jié)構(gòu)模式下主要由外部用戶通過瀏覽器來獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)庫的選擇

本系統(tǒng)的所有功能都是建立在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)的，采用SQL Server關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫功能全面、效率高、界面友好，可以與Windows操作系統(tǒng)緊密集成，提升應(yīng)用程序開發(fā)速度和系統(tǒng)事物處理運(yùn)行速度[10-11]。

數(shù)據(jù)庫采用結(jié)構(gòu)分析方法, 在兼顧子模塊之間數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上建立不同的數(shù)據(jù)庫文件。數(shù)據(jù)庫按照功能進(jìn)行分類，包括試驗(yàn)設(shè)備部分、試驗(yàn)數(shù)據(jù)部分、用戶權(quán)限部分、修正記錄部分。為了避免數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，建立了對應(yīng)的視圖，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫視圖結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫有幾個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)表：試驗(yàn)設(shè)備表、試驗(yàn)數(shù)據(jù)表、用戶權(quán)限表、修正記錄表。試驗(yàn)設(shè)備表用來存儲試驗(yàn)設(shè)備的信息和對應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，包括設(shè)備編號、用戶編號和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)編號。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表用來存儲檢測的智能電能表的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果，包括設(shè)備編號、用戶編號、電能表編號、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)編號、試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果。用戶權(quán)限表用來存儲不同用戶的權(quán)限和重要記錄，包括用戶編號、權(quán)限等級、記錄時(shí)間與操作。修正記錄表用來記錄數(shù)據(jù)庫的修正記錄，包括用戶編號、設(shè)備編號、電能表編號、記錄時(shí)間與操作。

3 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

按照系統(tǒng)的需求分析和設(shè)計(jì)，軟件開發(fā)部分主要包括主站服務(wù)器模塊、Web服務(wù)器模塊和數(shù)據(jù)庫維護(hù)模塊三部分。系統(tǒng)開發(fā)中采用的關(guān)鍵技術(shù)，包括C#編程語言、基于Visual Studio的WinForm開發(fā)環(huán)境和SQL Server數(shù)據(jù)庫等。

3.1 主站服務(wù)器

主站服務(wù)器如圖3所示，服務(wù)器的IP地址默認(rèn)為192.168.0.10，端口號默認(rèn)為502，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改?，F(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備包括單項(xiàng)智能電能表校驗(yàn)裝置、三相智能電能表校驗(yàn)裝置、交流磁場影響試驗(yàn)裝置、恒定磁場試驗(yàn)裝置、沖擊電流試驗(yàn)裝置、過電流試驗(yàn)裝置、灼熱絲試驗(yàn)裝置和脈沖電壓試驗(yàn)裝置，當(dāng)試驗(yàn)設(shè)備成功連接主站服務(wù)器之后，試驗(yàn)設(shè)備對應(yīng)的checkbox選項(xiàng)會自動被選中。試驗(yàn)完成后，主站服務(wù)器會自動生成試驗(yàn)報(bào)告的電子版，并顯示待打印的份數(shù)，等待工程師進(jìn)行操作。同時(shí)，工程師可以按照試驗(yàn)時(shí)間或者檢測編號對歷史試驗(yàn)記錄進(jìn)行查詢。主站服務(wù)器和試驗(yàn)設(shè)備的交互過程以及打印和查詢等其他操作都會顯示在主站服務(wù)器日志中，并和試驗(yàn)報(bào)告一起自動存儲在數(shù)據(jù)庫中。

圖3 主站服務(wù)器

主站服務(wù)器軟件由應(yīng)用層、程序控制層、數(shù)據(jù)存儲層、操作系統(tǒng)層和網(wǎng)絡(luò)層五部分組成。軟件基于桌面應(yīng)用程序集成思想，采用OLE(對象連接與嵌入)技術(shù)和DCOM(分布式組件對象模型)技術(shù)，通過數(shù)據(jù)集合和操作數(shù)據(jù)的函數(shù)連接機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)應(yīng)用程序間互操作的可重用即插即用對象；OPC(過程控制對象連接與嵌入)技術(shù)作為針對各個(gè)試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用程序的通信標(biāo)準(zhǔn)，所有試驗(yàn)設(shè)備采用統(tǒng)一的DLL(動態(tài)鏈路數(shù)據(jù)庫)和DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信協(xié)議和驅(qū)動接口的統(tǒng)一。

原始記錄及試驗(yàn)報(bào)告自動生成的原理如圖4所示，由計(jì)算機(jī)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、按照規(guī)定的格式和提供的數(shù)據(jù)編排處理得到符合要求的電子文檔。首先，通過模板文檔自定義技術(shù)，按試驗(yàn)項(xiàng)目定制模板；然后，從數(shù)據(jù)庫中提取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)定義的判定規(guī)則或計(jì)算公式自動得出試驗(yàn)結(jié)論，結(jié)合試驗(yàn)委托信息、樣品信息、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)條件等信息，生成格式化文檔；最后，按照預(yù)定義的生成規(guī)則，合并處理格式化文檔，生成原始記錄及檢驗(yàn)報(bào)告。

圖4 原始記錄及報(bào)告自動生成原理

3.2 Web服務(wù)器

Web服務(wù)器由服務(wù)器初始化部分、接收用戶請求部分、解析客戶請求部分和發(fā)送響應(yīng)信息部分組成，它的功能包括頁面請求響應(yīng)、HTML文件解析和數(shù)據(jù)發(fā)送。Web服務(wù)器的核心是HTTP，它是一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，瀏覽器和Web服務(wù)器之間的通信都是采用HTTP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的。用戶通過瀏覽器輸入網(wǎng)址來訪問Web服務(wù)器，而Web服務(wù)器就要求對其發(fā)送的請求進(jìn)行相應(yīng)的分析，Web服務(wù)器采用多線程技術(shù)接受外部客戶發(fā)送的請求。

3.3 數(shù)據(jù)庫維護(hù)

為了保障數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全性，本系統(tǒng)從日志備份入手，在設(shè)計(jì)備份頻率和設(shè)計(jì)命名規(guī)范方面進(jìn)行數(shù)據(jù)庫維護(hù)。

(1)每周星期五的20：00執(zhí)行一次數(shù)據(jù)庫完整備份；

(2)每天(除星期五)的20：00執(zhí)行一次數(shù)據(jù)庫差異備份；

(3)工作日的8：00到17：00之間，每隔一個(gè)小時(shí)執(zhí)行一次日志備份；

(4)每個(gè)月最后一個(gè)星期五的18：00執(zhí)行一次數(shù)據(jù)庫完整備份。

根據(jù)上述備份文件的差異性、數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的安全級別、和電能表全性能試驗(yàn)的業(yè)務(wù)特性，設(shè)計(jì)了四種文件夾。

(1)完整備份文件存放于SSQQLL_FULL文件夾，保存時(shí)間為4周；

(2)差異備份文件存放于SSQQLL_DIFF文件夾，保存時(shí)間為2周；

(3)日志備份文件存放于SQQLL_LOG文件夾，保存時(shí)間為1周；

(4)保留備份文件存放于SSQQLL_SAVE文件夾，保留時(shí)間為1年。

4 系統(tǒng)的測試

為了檢驗(yàn)所開發(fā)的智能電能表全性能試驗(yàn)管理信息系統(tǒng)，搭建了系統(tǒng)的測試環(huán)境。主站服務(wù)器通過交換機(jī)與內(nèi)部局域網(wǎng)連接，與試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行交互；Web服務(wù)器與以太網(wǎng)連接，外部用戶通過瀏覽器獲取歷史試驗(yàn)記錄，系統(tǒng)測試環(huán)境部署如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)測試環(huán)境

穩(wěn)定性和安全性是系統(tǒng)測試的兩個(gè)主要方面，穩(wěn)定性測試包括主站服務(wù)器與試驗(yàn)設(shè)備的交互測試、主站服務(wù)器數(shù)據(jù)處理測試、試驗(yàn)報(bào)告打印測試和用戶以太網(wǎng)訪問是否流暢測試，安全性測試包括外部用戶賬號、工程師賬號的操作權(quán)限是否對應(yīng)模塊功能和數(shù)據(jù)庫的存儲過程是否安全。系統(tǒng)帳號登錄對各功能模塊的權(quán)限操作是否安全。本部分給出系統(tǒng)測試流程圖、系統(tǒng)關(guān)鍵部分測試項(xiàng)目表和以太網(wǎng)訪問流暢性測試表，分別如圖6、表1和表2所示。

通過測試，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果良好、安全、可靠、穩(wěn)定，各方面的性能完全達(dá)到了系統(tǒng)需求分析預(yù)計(jì)的要求。

系統(tǒng)可以極大的提高試驗(yàn)人員的工作效率、降低人力成本；以50人編制的實(shí)驗(yàn)室為例，可以節(jié)約至少10人，根據(jù)每人每年可以生產(chǎn)20萬元經(jīng)濟(jì)效益來估算，每年間接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益200萬元。

圖6 系統(tǒng)測試流程圖

序號測試內(nèi)容測試次數(shù)成功次數(shù)成功率1連接/斷開服務(wù)器1 0001 000100%2打印報(bào)告100100100%3查詢記錄1 0001 000100%4讀取日志1 000 1000100%5賬號操作權(quán)限1 0001 000100%6數(shù)據(jù)庫存儲2 0002 000100%

表2 以太網(wǎng)訪問流暢性測試表

5 結(jié)束語

本文針對智能電能表全性能試驗(yàn)的自動化和信息化程度不高的問題設(shè)計(jì)了智能電能表全性能試驗(yàn)管理信息系統(tǒng)，將C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)綜合起來，合理利用SQL Server數(shù)據(jù)庫資源，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和主要軟件操作界面。最后，對開發(fā)的系統(tǒng)搭建測試環(huán)境，進(jìn)行穩(wěn)定性能和安全性能測試，測試結(jié)果滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。