陳奮

（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東惠州 516001）

電氣自動化系統(tǒng)多源數(shù)據(jù)融合應用研究

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)所使用的自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同、數(shù)據(jù)庫規(guī)范相異、分布零散，不能進行數(shù)據(jù)的集中管理與分析。因此建設統(tǒng)一的、可集中管理的自動化管理系統(tǒng)勢在必行。采用鍵值數(shù)據(jù)庫（key，value）對多個異構(gòu)數(shù)據(jù)源進行了融合，并應用了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，提高了電氣自動化管理水平。

電氣自動化；數(shù)據(jù)融合；kv數(shù)據(jù)庫；Memcached

0 引言

隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，新系統(tǒng)、新設備不斷運用，電力公司電氣系統(tǒng)的自動化管理發(fā)展迅速。但是，越來越多的電氣自動化系統(tǒng)配置了不同的服務器結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫是分布的，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)來源不統(tǒng)一（時效性、響應速度均不統(tǒng)一），網(wǎng)絡通訊相互隔離，后臺管理機較多，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，相互之間沒有信息共享，不能進行協(xié)調(diào)工作。電氣信息難以集中管理與控制，故障信息報警存在時鐘不同步等等，給電氣管理帶來了諸多不便。因此，將現(xiàn)有不同電氣自動化系統(tǒng)的信息進行整合，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)倉庫結(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)倉庫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)源較簡單，目前在技術(shù)上主要是采用Warpper/Mediator中間件結(jié)構(gòu)[4]進行數(shù)據(jù)融合。在過程中需要解決[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)庫模式之間可以對應。在電氣自動化系統(tǒng)多源數(shù)據(jù)融合過程中，重點需要解決數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控平臺的選擇和通信模式的選擇，前置機或服務器數(shù)據(jù)的整理，網(wǎng)絡的配置，后臺監(jiān)控系統(tǒng)畫面、管理報表的整理等等。

1 數(shù)據(jù)管理平臺設計

各個時期的電氣自動化系統(tǒng)的類型不同，必然存在有的比較先進，有的則相對較為落后。新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理的響應速度快，實時數(shù)據(jù)刷新速度也快，其數(shù)據(jù)管理機軟件便于管理、更新，后臺監(jiān)控機的管理軟件的功能強大，實時畫面和數(shù)據(jù)顯示更符合現(xiàn)行電氣自動化信息管理的要求。故此，基于系統(tǒng)功能的需要和日后系統(tǒng)不斷擴展的要求，最終選取了最新的電氣自動化系統(tǒng)平臺作為所有其他自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺，即將所有其他電氣自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中到最新的電氣自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理機上，因此統(tǒng)一將多源數(shù)據(jù)放入內(nèi)存中，每隔5 min進行讀取和計算。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)庫統(tǒng)一轉(zhuǎn)為鍵-值型（key，value）數(shù)據(jù)庫，采用NoSQL語句查詢。應用Memcached技術(shù)實現(xiàn)以上需求，服務端（ms）和客戶端（mc）是Memcached的兩個主要組成部分，在讀寫過程中，首先對每個數(shù)據(jù)構(gòu)造鍵值對（簡稱kv對），鍵會通過哈希算法轉(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測試結(jié)果對比

2 整合后系統(tǒng)的通訊模式的選擇

數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控平臺確定之后，主要面對的就是整合后的系統(tǒng)的通訊模式問題。即各自相對獨立的電氣自動化系統(tǒng)如何與先前確立的中心管理機或前置機進行通訊，數(shù)據(jù)如何進行交換，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)有的各個電氣自動化系統(tǒng)中，因每一個系統(tǒng)均有各自的通訊服務管理機或前置機，它們與其所屬范圍內(nèi)所有遠方測控裝置和智能設備進行數(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)進行通訊。因此在進行不同系統(tǒng)間的通訊時，首先需解決數(shù)據(jù)如何進行交換，采用何種協(xié)議的問題。

現(xiàn)有的每一臺數(shù)據(jù)管理機或前置機下面掛的測控裝置或智能設備均采用各自約定的傳輸規(guī)約進行通訊，如CAN網(wǎng)、RS485、RS232等等，如果以每一個裝置為節(jié)點，分別向中心管理機發(fā)送測控數(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，耗時相當長且費用很高，因此不能采取這種方法?？紤]到現(xiàn)有的通訊管理機均配置有多種通訊協(xié)議和通訊接口，如一路或多路網(wǎng)絡接口，串口等?？梢岳眠@些不同接口，將整個數(shù)據(jù)管理機或前置機處理的各自電氣自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行打包，而后統(tǒng)一發(fā)送到中心管理機上，再進行數(shù)據(jù)讀取與整理，則相對更為方便可取。

圖2 Memcached數(shù)據(jù)更新流程

3 服務器數(shù)據(jù)管理

以上工作做好后，根據(jù)統(tǒng)一監(jiān)控平臺要求，對相對獨立的電氣自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行劃分，列出需要的遙信、遙測、遙調(diào)與遙控表，即在中心處理機內(nèi)進行不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的分層工作。定制數(shù)據(jù)點表的工作完成后，剩余的工作就主要圍繞中心前置機和服務器中進行不同電氣自動化系統(tǒng)傳送來的各種測控數(shù)據(jù)或智能設備信息的整理。在中心前置機數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建不同的廠站，根據(jù)不同電氣自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)點表中數(shù)據(jù)的數(shù)目，相應地為一個電氣自動化系統(tǒng)創(chuàng)建一個或多個廠站，繼而對每一個廠站進行分配端口，配置遙信、遙測、遙調(diào)與遙控量的地址等工作，最后進行相應廠站數(shù)據(jù)的導入工作。這部分工作相對繁瑣，工作量大，卻是不容出錯的，因為地址分配的錯誤將直接導致后臺監(jiān)控無法正確顯示與運行。

整個系統(tǒng)共分為4個層次，自底向上主要包括源數(shù)據(jù)層、應用數(shù)據(jù)層、中間層和訪問層，采用kv型數(shù)據(jù)庫存儲所有數(shù)據(jù)，應用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)絡通訊配置管理

數(shù)據(jù)整合工作完成后，對中心管理機和其他分布在各地的通訊管理機或前置機進行網(wǎng)絡的通訊配置后，系統(tǒng)才能夠協(xié)調(diào)工作，考慮到新整合系統(tǒng)運行的可靠性，在系統(tǒng)整合過程中，對所有獨立通訊管理機或前置機采取了既相互統(tǒng)一又相互獨立的配置方式。一方面，正常運行時，所有獨立系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)到中心管理機，作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理、通訊和轉(zhuǎn)發(fā)單元，中心管理機同時向所有后臺發(fā)數(shù)據(jù)，期間其中任意一個通訊管理機或前置機故障時，不影響其他通訊管理機或前置機的數(shù)據(jù)發(fā)送；另一方面，如果中心管理機故障，則還可以斷開所有連接，恢復原有獨立運行方式，從而不影響相應系統(tǒng)的運行。

在中心管理機中設置網(wǎng)絡通訊時，必須正確選用通訊口類型、填寫相應的規(guī)約和通訊方向等屬性，這些規(guī)則需根據(jù)中心管理機與各個獨立的通訊管理機或前置機的通訊方式定。在中心管理機的統(tǒng)一調(diào)度與管理下，所有分散的后臺監(jiān)控機需根據(jù)中心管理機的要求進行相應的計算機網(wǎng)絡名和IP地址的設置，至于IP地址的設置則依據(jù)網(wǎng)關(guān)的設置進行，保證不重復即可。

出于生產(chǎn)系統(tǒng)的安排，不能將所有系統(tǒng)全部停運，故此在系統(tǒng)整合過程中，必須根據(jù)各自企業(yè)生產(chǎn)的要求，采取分布到整體，停運與在線相結(jié)合的方式進行系統(tǒng)的整合工作。在系統(tǒng)的整合過程中，還需要根據(jù)各個相對獨立的電氣自動化系統(tǒng)的地理位置，原有的監(jiān)控模式和運行人員的監(jiān)控習慣等問題進行具體的分析，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)能夠集中實時顯示公司最大范圍內(nèi)的電氣運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對于各級技術(shù)和管理人員而言，便于進行全系統(tǒng)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。不同來源、不同結(jié)構(gòu)、分散于各級用戶之間的數(shù)據(jù)，集中于中心統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，便于維護、計算和查詢。采用kv型數(shù)據(jù)庫，提升了系統(tǒng)的開放性和先進性，提高了對數(shù)據(jù)源的適應度，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)接口標準，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。

［1］王杰勛.醫(yī)療保險信息系統(tǒng)異構(gòu)數(shù)據(jù)集成的研究與實現(xiàn)［D］.南京：南京航空航天大學，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。研究領域：高壓試驗、電氣設備故障診斷。

(編輯：向 飛)

2013－11－18