1引言

　　伴隨著互聯網技術的高速發(fā)展及其在各行業(yè)中的廣泛應用，開發(fā)一種遠程的監(jiān)控系統，對電力設備的運行安全參數進行實時監(jiān)視與控制并對現場的突發(fā)事件自動報警，實現對變電站環(huán)境空間的安全防范及對必要生產設備實現可視化的管理[1]。

　　電力系統迅速發(fā)展以及對智能軟件功能、性能等要求的增加，采用傳統模式C/S模式的管理信息網絡的局限性已逐漸顯現出來，在網絡技術高速發(fā)展的背景下，B/S模式的監(jiān)控系統可以解決C/S系統開發(fā)方法在日益復雜的異構化網絡分布式環(huán)境中所面臨多種問題[2]。

　　2系統的總體結構

　　系統的整體結構如圖1所示，通訊前置機是上位機數據前端。所有來自于下位機的數據信息都按照標準Modbus通訊協議、IEC101協議、IEC103協議及系統自定義協議，以數據幀的形式通過RS485總線傳送到通訊前置機。當然在網絡技術的廣泛應用的大背景下，系統在通訊傳輸方式上支持以太網通訊,采用了基于TCP/IP的Socket技術。數據經解碼后經由分布在不同服務器上的WCF通訊服務傳輸到實時數據庫、歷史數據庫及文件數據庫中，提供給WEB服務器使用。通訊前置機技術上支持多種RTU，智能儀表、智能模塊，甚至支持帶標準協議的PLC，這使得監(jiān)控系統的通用性強、可移植性強。

　　客戶端運行在安裝有Silverlight插件的瀏覽器中，通過向WEB服務器發(fā)出請求，經過服務器響應相應的請求，然后WEB服務器以HTML的形式將數據信息傳給瀏覽器，并在其中以友好的界面形式展現出來。

　　圖1系統總體結構

　　3組態(tài)服務器

　　3.1單元組態(tài)

　　單元組態(tài)在系統中的含義就是模擬RTU裝置實體，下位裝置有多種類型與多種系列，比如線路保護裝置、變壓器保護裝置、發(fā)電機保護裝置等。所組態(tài)出來的單元就與之相對應，其中里面包括了裝置的參數信息、數據信息、通訊地址等。通過組態(tài)建立起監(jiān)控系統與裝置之間的連接。

　　3.2圖片組態(tài)

　　圖片組態(tài)部分是與單元組態(tài)相關聯的，它是根據所組單元給監(jiān)控畫面模塊繪制圖片。不同組態(tài)單元中包涵其自身特定的電氣元件，此模塊包涵了50種圖元。根據IEC61970標準配電網絡的電氣特性的信息模型繪制并保存。提升系統與其他電力行業(yè)監(jiān)控系統的兼容性。

　　4系統設計與功能實現

　　電力監(jiān)控系統對實時性、安全性有著比較高的要求，不僅要求在監(jiān)控界面友好且靈活，而且對通訊要做到實時、穩(wěn)定、安全?；谶@些性能要求，系統主要設計了以下8部分功能：實時數據召喚（通訊前置機上完成）、數據庫、實時數據顯示（監(jiān)控畫面）、網頁報表、故障濾波、事件報警管理、定值修改、通訊報文監(jiān)測等。以上幾種功能主要是圍繞現場數據召喚、實現監(jiān)控與數據分析、遠程遙控三大方面設定。

　　4.1口令及權限管理

　　基于電力監(jiān)控系統對安全性能要求，門禁設計過程中采用把口令、權限與級別相結合的方式，下發(fā)給用戶不同的級別，并授予相應的權限?？蛻暨M入系統需要輸入口令，并通過驗證才能進入系統。在發(fā)送遙控命令、圖片組態(tài)之類的關鍵操作時，必須驗證有正確的口令，達到一定的級別以及具有相應的權限才能進行操作。

　　4.2通訊前置機

　　完成來自遠端采集裝置的數據信息解碼，將數據進行初步處理，根據系統的設計需要提供WCF接口，實現數據源的裝載，傳送到監(jiān)控系統數據中心。通訊前置機將會連接多個RTU，數據的交互量是相當的頻繁而且數據量很大，在以輪循方式讀取串口數據與利用線程池的方式中，根據大量的測試，系統選擇了更穩(wěn)定可靠的線程池技術。

　　4.3監(jiān)控畫面

　　實時數據的顯示部分是呈現給用戶查看，系統必須做到友好、直觀、形象。實現數據顯示就是把現場中的真空接觸器、斷路器、刀閘等實際器件的狀態(tài)顯示給用戶。根據IEC61970配電網絡的電氣特性的信息模型,系統用圖片組態(tài)模塊組態(tài)出特定的電氣元件圖形，連接上實時的數據就完成了對現場的運行狀態(tài)監(jiān)控。

　　4.4故障濾波與通訊報文監(jiān)測

　　故障濾波與通訊報文都是提供工程人員分析數據的依據，前者是對電網出現故障的記錄與分析，而后者是對通訊前置機與RTU裝置通訊狀態(tài)的實時監(jiān)測。

　　4.5事件報警管理

　　自動彈出裝置監(jiān)測出的報警狀態(tài)信息并記錄所有產生的操作信息、提示信息、報警信息等。系統根據不同的事件報警類型播報不同的報警聲音。另外還應用了TTS發(fā)音技術將可以選擇將報警信息語音播報。

　　4.6定值修改

　　遙控命令和裝置參數設定就是通過定值修改，完成對電站的刀閘開閉狀態(tài)下發(fā)，數據信息的召喚等。

　　5數據庫模塊

　　數據庫中監(jiān)控系統的關鍵模塊，也是設計的難點，它處于各功能模塊的樞紐。數據庫的分布如圖2所示，系統綜合應用傳統的文件保存、數據庫保存及內存保存，即文件數據、歷史數據庫（Mysql）、實時數據庫。實時數據庫就是一個類（DataManger），通訊前置機傳送的所有數據都先初始化裝載到這個類中，歷史數據庫與文件保存數據也都通過該類中查詢得到。MySql數據庫為多種編程語言提供了API、優(yōu)化的SQL查詢算法、多線程技術以及開發(fā)源代碼等優(yōu)點，所以系統把其選作數據的存儲介質[3]。

　　監(jiān)控畫面所用的數據都是來自實時數據庫，該類用定時的方式被不斷的刷新。這些數據直接用作實時曲線、實時棒圖、畫面中開關狀態(tài)等的數據源。然而例如故障信息、指定要長期保存的少量數據實時我們采用文件保存的方式，這些數據是非共享的。對于大量的采集數據信息，而且需要共享的數據采用Mysql數據庫中。這樣通過結合以上儲存數據方式，數據庫不但保證了共享性、完整性，也減少系統內存負擔，加快系統的響應速度。

　　數據庫層與交互層中間加入了邏輯層，讓其完全的分離。邏輯層肩負著數據查詢、保存的任務，向下直接操作數據庫，向上則通過WCF服務的方式傳送。采取這樣的方式主要考慮到界面層與底層數據的獨立性，以WCF作為中間介質，只要保證對外公布接口不變，其兩端的變化都不會互相影響，對以后系統升級維護打下良好基礎。

　　圖2數據庫分布

　　5.1歷史數據報表

　　上文已對數據庫的結構、分布等做了介紹。歷史數據報表對Mysql中歷史數據進行提取。根據裝置對電流、電壓、功率、電能量的整點抄表、累計，設備的運行工況、時間統計以及合格率、負荷率等技術統計，可按事故、測量、計量報表，分時報表、班報表、日報表、月報表、年報表等條件相結合動態(tài)設計RDLC報表，最后向邏輯層請求服務。將傳送回來的數據填充到報表中[4]。RDLC報表提供了在豐富的功能，比如鉆取與打印功能，滿足了電力行業(yè)對數據頻繁的打印的需求及鉆取直觀的曲線圖及柱狀圖。

　　5.2變量組數據報表

　　變量組數據報表的數據源是文件數據庫?？筛鶕远x時間間隔、最大值、最小值、實時值、平均值等條件查詢。這種形式的報表是展現到監(jiān)控畫面中的屏幕報表模塊，以變量、變量組、變量曲線、變量棒圖四種方式顯現數據。

　　6關鍵技術實現

　　6.1關鍵技術介紹

　　采用B/S模式的監(jiān)控系統中，實時更新監(jiān)控畫面中的圖元狀態(tài)及報警信息需要客戶端通過向服務器發(fā)送請求，響應并發(fā)送通過靜態(tài)文本的方式回傳到客戶端。系統自動報警信息，在傳統的C/S模式中是很容易實現的。為提供給用戶友好、形象的人機交互的體驗，系統采用Microsoft的Silverlight技術，它是一個跨瀏覽器、跨平臺的技術，能夠設計、開發(fā)和發(fā)布有多媒體體驗與富交互(RIA,RichInterfaceApplication)的網絡交互程序[5]。

　　系統中各模塊的數據連接采用WCF技術，它是基于Windows平臺下開發(fā)和部署服務的SDK，為服務提供了運行時環(huán)境，使得開發(fā)者能夠將CLR類型公開為服務，又能夠以CLR類型的方式使用服務[6]。在系統里各個模塊的數據通訊都以WCF連接，這使得模塊之間分布變得獨立。監(jiān)控畫面中利用Silverlight與WCF技術相結合，把服務器數據推送至網頁中，實現了數據的動態(tài)顯示，并且在數據刷新與界面顯示部分采用了多線程技術，大大的減小了CPU使用率。

　　6.2關鍵技術應用

　　6.2.1實時數據連接

　　實時數據連接到監(jiān)控畫面就是上文中多線程與WCF技術結合應用的實例。實時數據包括SOE量、操作量、模擬量、數字量及累加量，這五種數據來自于通訊前置機。對于數據的連接這里有兩種方式通過服務獲得。一種采用網頁主動詢問的方式，即在Silverlight客戶端通過定時器向通訊服務主動請求數據從更新實時數據庫(DataManger)。方式二采用通訊服務器推送，客戶端被動接收數據，即服務器接收到RTU傳上的數據，就通過WCF回調將數據推送到客戶商。以上兩種方式各有優(yōu)勢，前者客戶端負擔減小而通訊服務器則加重了，后者反之。就系統自身而言，方式二是首選，因為大量的數據連接會使人機交互界面響應速度受到影響。然而就電力行業(yè)的發(fā)展來看，通訊前置機功能要盡量弱化，因為有時監(jiān)控的環(huán)境是比較惡劣，不能允許部署一臺計算機到現場，結合實際的情況系統選擇了后者。

　　為了解決上面出現的刷新數據而界面受影響的問題，多線程技術應用到系統中，Silverlight中的多線程與其它的線程技術基本是一致的。在Silverlight中調用WCF是異步的，新建一個工程專門來處理查詢服務。監(jiān)控畫面模塊訂閱查詢完成事件后調用此工程，工程將開啟一個新的線程，首先從組態(tài)服務器獲取需要查詢的數據類型，接著按循環(huán)的方式逐個查詢，由于WCF服務采用異步方式，不能采用常規(guī)的循環(huán)方式，而要利用異步完成事件后，再觸發(fā)下一查詢這樣的環(huán)狀的形式。在監(jiān)控界面邏輯里，采用定時器定時查詢的方式，系統設置定時周期為1秒，根據圖片組態(tài)的圖元及連接數據的信息，從實時數據庫中獲取相應的數據信息。

　　6.2.2監(jiān)控畫面繪制

　　Silverlight能夠開發(fā)出具有專業(yè)圖形、音頻和視頻的Web應用程序，增強了用戶體驗，系統主要用到了圖形的基本功能，它是一種輕量級的客戶端矢量繪圖。系統繪制圖形分為兩部分：首先是圖片組態(tài)，運用Silverlight中的自定義控件，其中包涵圖元的尺寸、位置、顏色、狀態(tài)等信息。這樣就把每種圖元的控件組合成一個元件庫，在組態(tài)時傳入相應的數據信息就能繪制。其次是監(jiān)控畫面，比如運用動畫特效功能，模擬狀態(tài)燈閃爍效果。制作動畫效果結合ExpressionStudio工具，會使制作變得簡單并且效果會更好。

　　圖元是通過多重Canvas畫布嵌入到圖片的，整張圖片是一個大的畫布，每當繪制一個圖元就用一個小的畫布，然后嵌入到大畫布里。數據刷新過程中，可以根據每個圖元自己的屬性選擇性的刷新，而不會影響到其他圖元的刷新。

　　7系統必備環(huán)境與部署

　　系統必備環(huán)境：

　　操作系統：Windowsxpsp3.NETFramework3.5

　　Web服務器：IIS5.1

　　數據庫：mysql5.9

　　開發(fā)環(huán)境及工具：MicrosoftVisualStudio2010，Silverlight4，WCF，ASP.NET。

　　客戶端：IE6.0以上，火狐等主流瀏覽器，Silverlight4網頁插件。

　　系統部署：

　　Web服務器：在網頁的承載方式上，系統選擇了IIS，IIS是Web服務器中比較常用的軟件，使用方便，操作簡單，性能穩(wěn)定。部署IIS是一個非常關鍵并且復雜的過程，網站涉及到虛擬目錄，創(chuàng)建網站等操作，直接制作web安裝程序，中間有大量的配置是靈活改變的，就變的相當的煩瑣了。制作一個自動安裝IIS的程序，包括以下幾個主要步驟，軟件環(huán)境檢測（不同系統采用不同IIS版本）、Webconfig修改、新建網站(文件解壓->創(chuàng)建網站->瀏覽網站)、IIS附加功能(查看站點、開啟站點，停止站點、重啟IIS、停止IIS、啟動IIS）。

　　考慮數據庫的安全性，必須將其獨立的部署到一臺計算機，通訊前置機與WCF服務器部署在一起，WEB服務器獨立運行。運行上文介紹的部署安裝包，系統就可以正常運行起來。

　　8總結

　　系統在.NET平臺下完成了基于WEB的電力監(jiān)控系統，系統采用了Microsoft公司大力推廣WCF、Silverlight等前沿技術。系統能通過局域網甚至廣域網實時的、有效的、直觀的對電力系統的運行質量進行監(jiān)測、分析與遙控。在客戶端只要求安裝Silverlight插件。服務器維護簡單，工作性能安全可靠等優(yōu)點。系統現已通過發(fā)布前的測試階段，正式應用于變電站工程中，為變電站的工作人員提供了分析電力系統故障及遠程遙控提供了有效的保障。由于網絡技術等限制，使得系統相比于C/S模式略有滯后，希望大家共同努力改進，提高系統性能。

　　參考文獻

　　[1]陳文升，林勇鋒，等.變電站遠程數字視頻監(jiān)控技術的應用[J].華東電力，200432（5）39－41.

　　[2]王曉明，馬旭東.基于B/S模式的智能樓宇信息集成管理系統[J]，微機發(fā)展，2005，15（1）；79－80.

　　[3]GeorgeReese,RandyJayYarger,TimKing&HugbE.Williams.林琪朱濤江譯.MySQL權威指南[M].中國電力出版社2003.5

　　[4]尚德彬，劉桂蘭110kV變電站綜合自動化系統[J].電氣時代2004年第8期

　　[5]丁士鋒.精通Silverlight-RIA開發(fā)技術詳解[M].人民郵電出版社2008.6

　　[6]JuvalLowy著；張逸徐寧譯[M].北京－機械工業(yè)出版社，2009.10