電氣自動化系統多源數據融合應用研究

陳奮

（廣東電網公司惠州供電局，廣東惠州 516001）

電氣自動化系統多源數據融合應用研究

陳奮

（廣東電網公司惠州供電局，廣東惠州 516001）

變電所、自備熱電廠、化工整流等電氣系統所使用的自動化系統結構不同、數據庫規范相異、分布零散，不能進行數據的集中管理與分析。因此建設統一的、可集中管理的自動化管理系統勢在必行。采用鍵值數據庫（key，value）對多個異構數據源進行了融合，并應用了Memcached技術提升讀寫效率。融合后的系統便于統一管理，滿足了現階段電氣管理要求，提高了電氣自動化管理水平。

電氣自動化；數據融合；kv數據庫；Memcached

0 引言

隨著生產規模的擴大，新系統、新設備不斷運用，電力公司電氣系統的自動化管理發展迅速。但是，越來越多的電氣自動化系統配置了不同的服務器結構，數據庫是分布的，在系統結構、數據模型、查詢方式上都有所差異；數據來源不統一（時效性、響應速度均不統一），網絡通訊相互隔離，后臺管理機較多，且監控內容各不相同。相同管理系統也存在版本上的差別，相互之間沒有信息共享，不能進行協調工作。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，將現有不同電氣自動化系統的信息進行整合，集中管理全公司6 kV～110 kV電氣系統的數據，滿足不同管理層次的生產要求，可以很好地提高公司電氣自動化管理水平。

常用的異構數據源集成的體系結構有以下幾種[1]，中間件結構、數據倉庫結構、基于本體的異構數據集成體系結構[2]。建立數據倉庫通常需要較高的成本[3]，而中間件結構添加局部數據源較簡單，目前在技術上主要是采用Warpper/Mediator中間件結構[4]進行數據融合。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]規則，以確保不同數據庫模式之間可以對應。在電氣自動化系統多源數據融合過程中，重點需要解決數據數據處理與監控平臺的選擇和通信模式的選擇，前置機或服務器數據的整理，網絡的配置，后臺監控系統畫面、管理報表的整理等等。

1 數據管理平臺設計

各個時期的電氣自動化系統的類型不同，必然存在有的比較先進，有的則相對較為落后。新系統的數據處理的響應速度快，實時數據刷新速度也快，其數據管理機軟件便于管理、更新，后臺監控機的管理軟件的功能強大，實時畫面和數據顯示更符合現行電氣自動化信息管理的要求。故此，基于系統功能的需要和日后系統不斷擴展的要求，最終選取了最新的電氣自動化系統平臺作為所有其他自動化系統的數據通信平臺，即將所有其他電氣自動化系統的數據集中到最新的電氣自動化系統數據管理機上，因此統一將多源數據放入內存中，每隔5 min進行讀取和計算。另外由于數據表結構、字段定義存在差異，可以將關系型數據庫統一轉為鍵-值型（key，value）數據庫，采用NoSQL語句查詢。應用Memcached技術實現以上需求，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，首先對每個數據構造鍵值對（簡稱kv對），鍵會通過哈希算法轉化成哈希-鍵。Mem?cached數據查詢具體流程和更新流程如圖1、圖2所示。

圖1 Memcached數據查詢流程

表1 Memcached、MemcachedDB測試結果對比

2 整合后系統的通訊模式的選擇

數據處理與監控平臺確定之后，主要面對的就是整合后的系統的通訊模式問題。即各自相對獨立的電氣自動化系統如何與先前確立的中心管理機或前置機進行通訊，數據如何進行交換，采用何種協議，需上送數據的數據表如何制定等等。

在現有的各個電氣自動化系統中，因每一個系統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所有遠方測控裝置和智能設備進行數據的交換和管理。然而各自系統的通訊模式各不相同，有的系統采用CAN網通訊，有的系統采用RS485通訊，有的系統則采用Ethernet以太網進行通訊。因此在進行不同系統間的通訊時，首先需解決數據如何進行交換，采用何種協議的問題。

現有的每一臺數據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約進行通訊，如CAN網、RS485、RS232等等，如果以每一個裝置為節點，分別向中心管理機發送測控數據，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。考慮到現有的通訊管理機均配置有多種通訊協議和通訊接口，如一路或多路網絡接口，串口等。可以利用這些不同接口，將整個數據管理機或前置機處理的各自電氣自動化系統的數據進行打包，而后統一發送到中心管理機上，再進行數據讀取與整理，則相對更為方便可取。

圖2 Memcached數據更新流程

3 服務器數據管理

以上工作做好后，根據統一監控平臺要求，對相對獨立的電氣自動化系統的數據進行劃分，列出需要的遙信、遙測、遙調與遙控表，即在中心處理機內進行不同系統數據庫的分層工作。定制數據點表的工作完成后，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傳送來的各種測控數據或智能設備信息的整理。在中心前置機數據庫中創建不同的廠站，根據不同電氣自動化系統數據點表中數據的數目，相應地為一個電氣自動化系統創建一個或多個廠站，繼而對每一個廠站進行分配端口，配置遙信、遙測、遙調與遙控量的地址等工作，最后進行相應廠站數據的導入工作。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控無法正確顯示與運行。

整個系統共分為4個層次，自底向上主要包括源數據層、應用數據層、中間層和訪問層，采用kv型數據庫存儲所有數據，應用Memcached技術讀寫數據，采用XML格式記錄數據。

圖3 多源數據融合層次模型

4 網絡通訊配置管理

數據整合工作完成后，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絡的通訊配置后，系統才能夠協調工作，考慮到新整合系統運行的可靠性，在系統整合過程中，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，所有獨立系統發送數據到中心管理機，作為統一的數據處理、通訊和轉發單元，中心管理機同時向所有后臺發數據，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據發送；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的運行。

在中心管理機中設置網絡通訊時，必須正確選用通訊口類型、填寫相應的規約和通訊方向等屬性，這些規則需根據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。在中心管理機的統一調度與管理下，所有分散的后臺監控機需根據中心管理機的要求進行相應的計算機網絡名和IP地址的設置，至于IP地址的設置則依據網關的設置進行，保證不重復即可。

出于生產系統的安排，不能將所有系統全部停運，故此在系統整合過程中，必須根據各自企業生產的要求，采取分布到整體，停運與在線相結合的方式進行系統的整合工作。在系統的整合過程中，還需要根據各個相對獨立的電氣自動化系統的地理位置，原有的監控模式和運行人員的監控習慣等問題進行具體的分析，充分利用現有軟硬件資源，以節約投資成本。

5 展望

整合后的系統能夠集中實時顯示公司最大范圍內的電氣運行狀態數據，對于各級技術和管理人員而言，便于進行全系統分析和數據統計工作。不同來源、不同結構、分散于各級用戶之間的數據，集中于中心統一的數據庫，便于維護、計算和查詢。采用kv型數據庫，提升了系統的開放性和先進性，提高了對數據源的適應度，統一了數據接口標準，為今后能充分利用各種信息資源做數據挖掘打好系統基礎。

［1］王杰勛.醫療保險信息系統異構數據集成的研究與實現［D］.南京：南京航空航天大學，2007.

［2］向紅.基于本體的異構數據集成系統的研究與實現［D］.西安：西安電子科技大學，2007.

［3］張靖，程希來.多源異構數據整合應用研究［J］.成都信息工程學報，2009，24（3）：254-257.

［4］張桂香.異構信息源集成系統的模式集成研究［J］.微計算機信息，2007，24：233-234.

［5］俞紅齊，頂寶康.多數據環境下的模式集成及查詢分解［J］.計算機工程，2006，26（10）：124-126.

［6］李瑞軒，霍曉麗，盧正鼎.多數據庫系統中的全局查詢轉換方法研究［J］.計算機工程，2005，31（16）：4-6.

［7］楊雪梅，董逸生，王永利.異構數據源集成中的模式映射技術［J］.計算機科學，2006，33（7）：87-91.

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