系統(tǒng)設計為遠程服務端和Web服務器兩部分。為了實時穩(wěn)定的接受和存儲變電站總站傳輸?shù)腎EC104規(guī)約數(shù)據(jù)，采用JAVA多線程連接池和數(shù)據(jù)庫連接池方法設計服務端，將接收到的數(shù)據(jù)解析之后分組存入數(shù)據(jù)庫中。同時將SOE事件通過GPRS設備手機短信報警。在Web端使用JSP動態(tài)頁面技術(shù)實現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)查詢，接線圖狀況，遠程控制設備，以及遠程視頻監(jiān)控功能。

　　引言

　　傳統(tǒng)的監(jiān)控一般構(gòu)建于桌面應用，具有系統(tǒng)跨平臺，客戶端升級等缺點，更重要的是需要人員實時守在電腦旁，不利于工作人員對隨時出現(xiàn)的故障進行判斷。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電力行業(yè)不斷發(fā)展，將互聯(lián)網(wǎng)與電力行業(yè)應用一體化已成趨勢.而萬維網(wǎng)(Web)具有編程簡單，跨平臺，客戶端免安裝、維護等優(yōu)點，結(jié)合GPRS設備，可以給手機發(fā)送報警信息，開發(fā)基于B/S架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)有其廣闊的研究意義[1]。

　　本文結(jié)合IEC104電力行業(yè)規(guī)約，JAVA多線程，數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，動態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)布，Web動態(tài)圖形等分析與研究，從遠程監(jiān)控系統(tǒng)角度出發(fā)，采用TCP連接池，數(shù)據(jù)庫連接池，串口通信，JQuery等技術(shù)，設計Web遠程監(jiān)控系統(tǒng)。一方面研究Web監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)過程中遇到的問題，另一方面能夠?qū)ζ渌愃菩再|(zhì)的遠程監(jiān)控的研究提供一些借鑒和幫助。

　　1.系統(tǒng)總體設計

　　1.1 IEC104簡介

　　IEC104是國際電工委員會制定的一個規(guī)范，標準定義了用于網(wǎng)絡的開放 TCP/IP接口,網(wǎng)絡可以包括例如傳輸IEC60870-5-101的應用服務數(shù)據(jù)單元的遠動設備的局域網(wǎng)。包含不同的廣域網(wǎng)類型的路由器可以通過公共的TCP/IP-局域網(wǎng)連接起來。

　　傳輸接口(用戶對TCP 接口)是面向數(shù)據(jù)量的接口，它并不定義 IEC60870-5-101的應用服務數(shù)據(jù)單元的任何啟動或者停止。為了檢出應用服務數(shù)據(jù)單元的啟動和結(jié)束，定義了啟動字符、應用服務數(shù)據(jù)單元的長度規(guī)范、以及應用規(guī)約控制信息的控制域。可傳輸一個完整的應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元或者為了控制的目的僅僅傳輸應用規(guī)約控制信息域。

圖1 遠動配套標準定的應用服務數(shù)據(jù)單元

　　應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元的長度定義了應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元主體的長度，它由應用規(guī)約控制信息的四個控制域八位位組和應用服務數(shù)據(jù)單元所組成。第一個被計數(shù)的八位位組為控制域的第一個八位位組。最后一個被計數(shù)的八位位組為應用服務數(shù)據(jù)單元的最后一個八位位組。應用服務數(shù)據(jù)單元的最大幀長為249，而控制域的長度是4個八位位組，應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元的最大長度為253 (APDUMAX=255 減掉啟動和長度八位位組)[2]。

　　1.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　Web遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要分為三個部分：服務端，數(shù)據(jù)庫層，web客戶端。

　　服務端：利用IEC104的TCP/IP網(wǎng)絡傳輸特性，采用JAVA的TCP連接池編寫通信鏈路層，和變電站主站連接。通過以太網(wǎng)和變電站主站進行通信，解析工作主站傳輸?shù)腎EC104規(guī)約報文,包括I幀，U幀，S幀等。將其遙測，遙信量，SOE事件信息進行分類，存入數(shù)據(jù)庫中。當其數(shù)據(jù)量達到報警值，或者有SOE事件信息時。通過與服務端相連GPRS模塊，利用JAVA串口通信將報警值和SOE事件信息，發(fā)送短信到指定用戶手機上，及時提醒工作人員設備狀況和信息。系統(tǒng)程序流程如圖2所示。

圖2 服務端程序流程圖

　　數(shù)據(jù)庫：設計為實時數(shù)據(jù)庫，根據(jù)104規(guī)約數(shù)據(jù)，將遙測，遙信，開關(guān)事件等信息分組存入數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫保存所有數(shù)據(jù)信息。

　　Web服務端：采用JSP動態(tài)頁面設計，利用JAVA數(shù)據(jù)庫連接池，可高效的連接數(shù)據(jù)庫層，用戶登錄之后能查詢各設備的運行參數(shù);變電站的SOE事件和開關(guān)事件信息;控制設備開關(guān)變化;瀏覽變電站主接線圖和配電室主接線圖狀況;并可通過視頻監(jiān)控查看遠程設備真實狀況。

圖3系統(tǒng)總體框圖

　　2.系統(tǒng)軟件設計

　　2.1 IEC104的I幀U幀S幀簡介

　　控制域的這些類型被用于完成計數(shù)的信息傳輸?shù)?I格式)、計數(shù)的監(jiān)視功能(S格式)和不計數(shù)的控制功能(U格式)。控制域的第一個八位位組的第1位比特=0定義了I格式。I格式應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元常常包含應用服務數(shù)據(jù)單元。I格式的控制信息如圖4所示。

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　　圖4 信息傳輸格式類型(I格式)控制域

　　控制域的第一個八位位組的第 1 位比特=1，第 2 位比特=0 定義了 S 格式。S格式應用規(guī)約數(shù)據(jù)單元由控制信息所組成。S格式的控制信息如圖5所以。

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　　圖5 計數(shù)的監(jiān)視功能類型(S格式)控制域

　　控制域的第一個八位位組的第1位比特=1，第2為比特=1定義了U格式。U格式應用數(shù)據(jù)規(guī)約數(shù)據(jù)單元僅有應用規(guī)約控制信息所組成。U格式的控制信息如圖6所示。在同一時刻僅TESTFR，STOPDT，STARTDT功能之一被激活[2]。

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　　圖6 信息傳輸格式類型(U格式)控制域

　　2.2 服務端連接

　　在服務端采用JAVA的TCP連接池和數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)，使用EchoServer的server()方法。

　　public void service(){

　　While(!isShutdown){

　　…

　　try{

　　Thread workThread=new (new Handler(socket));

　　…

　　}

　　…

　　}

　　以上工作線程workThread執(zhí)行Handler的run()方法。Handler類實現(xiàn)了Runnable接口，它的run()方法負責與單個客戶通信，與客戶通信結(jié)束后，就會斷開連接，執(zhí)行Handler的 run()方法的工作線程也會自然終止[3]。

　　使用總召喚命令(0x68,0x04,0x07,0x00,0x00,0x00);召喚變電站總站向服端發(fā)送數(shù)據(jù)，服務端解析之后按照遙測，遙信，開關(guān)事件等存入數(shù)據(jù)庫。在后續(xù)開發(fā)的Android和IOS客戶端，只要執(zhí)行標準的104協(xié)議規(guī)約數(shù)據(jù)，即可與服務端建立通信。這樣簡化二次開發(fā)難度，并且在與JAVA串口通信的連接中多線程的調(diào)度執(zhí)行效率更高。

　　2.3 數(shù)據(jù)庫連接

　　數(shù)據(jù)庫采用SQL server2005，采用C3P0連接池，它是一個開源的JDBC連接池，它實現(xiàn)了數(shù)據(jù)源和JNDI綁定，支持JDBC3規(guī)范和JDBC2的標準擴展。與普通JDBC相比，效率更高，穩(wěn)定性更強[4]。設置C3P0基本配置：

　　ds = new ComboPooledDataSource();

　　ds.setDriverClass(className);

　　ds.setJdbcUrl(url);

　　ds.setUser(user);

　　ds.setPassword(password);

　　//設置連接池的最大最小初始化連接數(shù)

　　ds.setInitialPoolSize(30);

　　ds.setMaxPoolSize(100);

　　ds.setMinPoolSize(10);

　　創(chuàng)建一個一個數(shù)據(jù)庫接口：private Connection newConnection()。以供數(shù)據(jù)存儲使用。

　　2.4 網(wǎng)頁端訪問

　　網(wǎng)頁端主要建立與數(shù)據(jù)庫連接，主要查詢變電站遙測，遙信，開關(guān)，SOE事件信息。另外通過建立TCP套接字與服務端建立連接，Socket socket = new Socket("localhost",8082);實現(xiàn)變電站遠程控制事件。

　　變電站主接線圖部分為采用Java Applet的多線程和繪圖功能來實現(xiàn)，接線圖的主要功能是用來監(jiān)視變電站運行狀態(tài)的直觀反映，在本文監(jiān)控設計中，需要將實時數(shù)據(jù)與接線圖緊密結(jié)合，通過線程每次運行，查詢數(shù)據(jù)庫中的新數(shù)據(jù)，并更具新數(shù)據(jù)使用repaint(); getImage();和drawImage();等函數(shù)對圖像重繪制，通過顏色和狀態(tài)的區(qū)別可直觀的查詢到變電站的運行狀態(tài)[5]。驗證圖如7所示。

圖7 變電站運行部分狀態(tài)

　　3.總結(jié)

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展以及云計算的到來，加快了信息的交流和信息的共享，工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)由Web的跨平臺和隨時使用的特點替代傳統(tǒng)的桌面軟件風格是一種潮流和必然。借助于手機和電腦瀏覽器，用戶可隨時遠程監(jiān)控變電站的實時運行情況和控制變電站開關(guān)狀態(tài)，對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行起到了促進作用。并且本文所設計的服務端104鏈路層，可和任意標準104協(xié)議通信，這樣在以后開發(fā)的Android和IOS移動客戶端，直接通過TCP發(fā)送標準的104協(xié)議數(shù)據(jù)，可與服務端建立連接。減少了了后續(xù)開發(fā)難度。但在網(wǎng)絡傳輸過程中，時延是基于Web監(jiān)控的關(guān)鍵問題，影響這系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的高效性，怎樣減小這種影響成為了日后改進和研究的重點之一。

　　基金項目：物聯(lián)網(wǎng)科普系列叢書(cstc2012gg-kplB40006)

　　物聯(lián)網(wǎng)互動體驗館科普展品及教具研發(fā)(cstc2012gg-kplB40005)