基于Android的電力分界開關監控系統設計與分析

李冰 朱巖

摘 要：應用目前普及率較高的Android系統作為電力分界開關監控軟件的移動端系統，該軟件能夠與各種平臺服務端之間進行通信，實現對柱上開關數據的遠程監控。本文著重介紹了系統的通信模塊的設計和實現，其中主要利用Socket通信實現服務端的實時“推送”，并進行了相關的優化。

關鍵詞：Android；分界開關監控；Socket

近年來，電力分界開關在電網中的應用逐漸普及，極大的增強了各支網的智能化管理，相應的監控系統也為電力監管部門提供了遠程了解電力現場工況、故障排查、減小故障范圍等諸多功能[1]。但目前大部分監控軟件都運行在PC機上，監控人員需要固定在監控室中進行查看操作，極為不便[2]。而移動端恰好解決以上難題，通過相對較小的硬件開銷，獲得更為便捷的體驗。

本文設計的Android軟件通過與轉發中心服務器通信來獲取遠程開關RTU（Remote Terminal Unit）的實時數據并動態顯示在界面上，本文將就通信方式的設計和實現重點分析。

1 系統總體結構

1.1 系統架構

整個分界開關監控系統由轉發中心、遠程控制單元、監控平臺組成。架構圖如圖1所示。

由系統架構圖來看，RTU將采集到的數據通過GPRS發送到轉發中心，轉發中心將接收到的數據解析、存儲，并分發到各監控終端。與此同時，轉發中心還需要將監控端發來的控制數據經過同樣步驟分發給各RTU。依次完成相應的控制分合閘及參數設定。

1.2 Android監控端的設計

監控端主要由以下核心功能：

⑴實時狀態監控。能準確、即時的查看RTU的實時數據，如：電壓、電流數據。

⑵設置工作參數。可以按需設置諸如過流電流、零序電流流及重合閘時間等參數。

⑶控制分合閘。通過監控端遠程控制各RTU的分合閘。

⑷故障報警。由轉發中心推送報警信息，及時更新在UI上通知監控人員。

⑸查詢歷史數據。可以從Android自帶的SQLite數據庫中查詢RTU在某段時間內的運行數據，當數據庫中沒有時，再利用WebService向轉發中心請求獲取。

根據以上功能分析，Android監控端的模塊大體可以分為數據顯示模塊，網絡通信模塊，數據處理模塊，數據存儲模塊。

2 網絡通信模塊設計

2.1 通信方式選擇

目前，在基于C/S的軟件結構中，客戶端進行網絡請求主要通過Http協議的“拉”[3]，即客戶端按照一定時間周期性的向服務器發送http請求，但是通常如果這個周期很短，會增加客戶端開銷；而太長，則會造成數據延遲，這對于本系統也是致命性的，本系統由于對RTU數據實時性要求較高，實時性、準確性也是該系統的最重要的功能性要求，所以客戶端與轉發中心做到要“數據同步”—即轉發中心接收RTU實時數據第一時間推送到Android客戶端，所以采用了Socket長連接來實現[4][5]。需要開通一個信道保持Android端和轉發中心的的持久連接，雙方可在此連接上發送多個數據包。一旦連接建立，Android端會即時收到轉發中心發送的數據包。

Socket描述了服務端地址和端口，有無連接（UDP）和面向連接（TCP）兩種通信方式[6]。考慮到UDP協議傳輸的不可靠性，在傳輸過程中易于丟失數據，雖然 TCP相對于UDP的時間開銷大，但由于本系統單次傳輸數據量不大，只有幾十K，所以時間上的開銷并不會影響數據的實時性。所以基于傳輸數據的可靠性、時效性的綜合考慮，選擇TCP協議來建立一個Socket長連接。

2.2 加入多線程

如果把讀取數據，接收數據等所有操作都放在UI主線程中進行，會造成UI無法響應或者ANR（Application Not Respond），造成線程堵塞，所以需要開啟多個線程，并且線程間要通過Handler來完成數據傳遞[7]，實時的將數據更新到UI上。

Android Socket通信流程圖如圖2所示：

2.3 通信類圖設計

Socket通信連接建立后，力求在Activity切換或者程序進入后臺時候都能保持持續性的連接。而Activity是有生命周期的，當被其他Activity覆蓋或者程序進入后臺時，當前Activity進入OnStopped停止狀態，當前Activity中的Socket通信也隨之關閉。而本文中我們引入Application類來解決以上問題。

Application類也是Android框架的一個組件，當Android程序啟動時會創建一個Application對象且只創建一個，所以Application生命周期是等同于程序的生命周期的，所以把Socket連接操作類和IO數據讀寫類封裝到MyApplication類下，MyApplication繼承Application類即可，這樣Socket連接就可以貫穿整個程序，解決了一個socket在多個界面切換時不能保持鏈接的問題。MyApplication類代碼如下：

public class MyApplication extends Application{

//SocketUtils類封裝了程序Socket連接和異步讀寫數據類；

private RTU rtu；

@override

Public void onCreate（）{

//將SocketUtils實例化并調用構造函數，傳入建立Socket連接的IP地址和端口；

socketUtils =new SocketUtils（“SERVER_IP”；”SERVER_PORT”）；

super.onCreate（）；

}

//只需要在別的Activity通過下面代碼將MyApplication實例化即可；MyApplication myApplication=

（MyApplication）this.getApplicationContext（）；

解決以上幾個問題之后，充分考慮到軟件可擴展和可復用的原則，我們簡單的把Socket通信模塊部分類圖設計如下[8]：

3 客戶端通信功能測試

通過Socket傳過來的二進制流實時數據存在系統內存中，執行相應的操作就會將進行數據解析，通過適配器類SimpleAdapter與前臺控件ListView進行數據綁定，開啟Service，通過BroadCastReceiver進行監聽并實時刷新到界面顯示。下面我們以獲取所有RTU概覽實時狀態數據為例，序列圖如下圖所示：

經過測試，該軟件通信模塊較好的完成了RTU實時數據展示，數據推送等功能，10個節點的大約40K的RTU數據能夠在0.5s內刷新，且數據準確，達到了實時性的要求。

4 結束語

本文介紹一種基于Android平臺的遠程單元數據監控通信模塊的設計，隨著智能電網的大力普及和無線網絡的飛速發展，該移動端軟件相對于傳統的PC監控軟件有著更大的發展前景，符合未來監控便攜化、移動化的需求。

[參考文獻]

[1]陳什.基于.NET的電力分界開關監控系統的設計和實現.南京理工大學碩士論文.2012.

[2]彭鑫，黃文君，譚彰，等.基于Android的工業控制軟件設計[J].計算機工程.2013，39（7）：87-89.

[3]邵維忠，麻志毅，馬浩海，劉輝.UML用戶指南（第二版）[M].北京：人民郵電出版.2006.

[4]李芝興，主編.Java程序設計之網絡編程[M].清華大學出版社.2006.

[5]李新良，羅戈夕.用Socket的編程機制實現網上交談[J].電腦知識與技術.2006（29）.

[6]何進，謝松巍.基于Socket的TCP/IP網絡通訊模式研究[J].計算機應用研究.2001，08：134-135.

[7]駱斌，費翔林.多線程技術的研究與應用[J].計算機研究與發展.2000，04：407-412.

[8]陳娟.基于UML的面向對象的系統分析與設計[D].武漢理工大學.2005.