面向?qū)ο蠼K端軟件設(shè)計(jì)

曹宏宇 胡恒

摘 要：采集終端是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，其穩(wěn)定運(yùn)行是用電信息采集系統(tǒng)的重要保障。采集終端主要實(shí)現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)雙向傳輸以及轉(zhuǎn)發(fā)或者執(zhí)行相關(guān)控制命令。之前電能表信息采集規(guī)約主要是面向業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)型協(xié)議，隨著智能電網(wǎng)的深入建設(shè)，其拓展性、復(fù)用性以及靈活性逐漸顯示出不足。因此研究面向?qū)ο蠡ゲ僮骷夹g(shù)的用電信息采集協(xié)議，貫穿主站、采集終端、電能表，實(shí)現(xiàn)協(xié)議的統(tǒng)一性、靈活性以及規(guī)范性，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，成為當(dāng)前熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；采集終端；電能表

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）19-0100-02

Abstract： The collection terminal is an important link of the strong smart grid， and its stable operation is an important guarantee of the power consumption information collection system. The acquisition terminal mainly realizes the watt-hour meter data acquisition， data management， data two-way transmission and forwarding or execution of relevant control commands. Before the watt-hour meter information collection protocol is mainly business-oriented data protocol， with the in-depth construction of smart grid， its expansion， reusability and flexibility gradually show deficiencies. Therefore， it has become a hotspot to study the power information collection protocol of object-oriented interoperation technology， which runs through the main station， collection terminal and watt-hour meter， realizes the unity， flexibility and standardization of the protocol， and improves the reliability of system operation.

Keywords： smart grid； acquisition terminal； watt-hour meter

1 概要

針對(duì)用電采集系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，本文主要討論了基于面向?qū)ο髤f(xié)議的采集終端，其軟件設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)方法，著重完成各種不同層次的模塊設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)策略

2.1 功能與規(guī)約相分離設(shè)計(jì)

鑒于終端使用的規(guī)約不統(tǒng)一，而且同一種規(guī)約在不同地域也會(huì)有細(xì)微的甚至是較大的差別，如果內(nèi)部通訊模塊與規(guī)約相關(guān)，修改規(guī)約導(dǎo)致需要修改所有實(shí)現(xiàn)與規(guī)約對(duì)應(yīng)的功能的所有的功能模塊。則導(dǎo)致：

（1）版本過(guò)多，無(wú)法形成統(tǒng)一的應(yīng)用軟件平臺(tái)。

（2）開(kāi)發(fā)重復(fù)工作過(guò)多，不利于穩(wěn)定代碼和測(cè)試。

（3）開(kāi)發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)，不利于新產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)。

考慮到上述的因素，需要建立一個(gè)與通訊規(guī)約相獨(dú)立的應(yīng)用軟件平臺(tái)，具體就是：功能與通訊規(guī)約相分離。為了實(shí)現(xiàn)功能與規(guī)約相分離，對(duì)整個(gè)終端的模塊相關(guān)部分必須做到與規(guī)約相獨(dú)立。按照規(guī)約與功能相獨(dú)立的設(shè)計(jì)思想，終端與規(guī)約相關(guān)的功能模塊只有規(guī)約解析模塊，其他功能模塊均與規(guī)約無(wú)關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的在設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)參數(shù)，數(shù)據(jù)和異常處理進(jìn)行通用化（內(nèi)部規(guī)約）規(guī)定。通過(guò)制定統(tǒng)一的終端內(nèi)部使用的內(nèi)部通用數(shù)據(jù)，終端內(nèi)部的功能模塊均可在統(tǒng)一的基礎(chǔ)上執(zhí)行功能。內(nèi)部通用的數(shù)據(jù)規(guī)定包括：通用內(nèi)部數(shù)據(jù)格式，通用的內(nèi)部參數(shù)格式（管理），通用的異常事件格式。

2.2 模塊化設(shè)計(jì)

實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以把各功能作為獨(dú)立的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同模塊間最大程度上解耦合。基礎(chǔ)功能實(shí)現(xiàn)的模塊可以被上層模塊調(diào)用，因此需要實(shí)現(xiàn)為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)；上層功能不僅可以是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，也可以是可執(zhí)行文件。

可執(zhí)行文件不需要鏈接所有的動(dòng)態(tài)庫(kù)，可以通過(guò)配置文件加載需要的動(dòng)態(tài)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)為不同功能的程序，并且適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

需要注意的是，為了后續(xù)需求變更時(shí)修改方便，每個(gè)模塊最好只實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能。另外，為了達(dá)到模塊重用的目的，還需要建立一個(gè)基礎(chǔ)公用動(dòng)態(tài)庫(kù)，以達(dá)到行業(yè)應(yīng)用的目的。

2.3 層次化設(shè)計(jì)

不同用戶對(duì)終端的使用可能會(huì)有不同需求，因此有必要對(duì)其功能進(jìn)行個(gè)性化定制，即使需求會(huì)隨著時(shí)間進(jìn)行而不斷出現(xiàn)變化。對(duì)于那些核心的基礎(chǔ)性功能而言，它們不易受到需求變化的影響。因此，可以根據(jù)終端軟件功能的穩(wěn)定性以及業(yè)務(wù)相關(guān)性把各種功能分成不同的層次，以便達(dá)到設(shè)計(jì)目的：核心及穩(wěn)定的功能可以在后續(xù)開(kāi)發(fā)中復(fù)用，普通而且不穩(wěn)定的功能可以隨著需求的變化而變更。

2.4 可動(dòng)態(tài)配置的設(shè)計(jì)

所有的功能需求都體現(xiàn)在終端的每個(gè)功能模塊中。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免可能變化的需求帶來(lái)的設(shè)計(jì)變更，可以把和業(yè)務(wù)聯(lián)系密切并且容易變化的部分實(shí)現(xiàn)為可配置的方式，變化最頻繁的內(nèi)容也可以以參數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)；那些基本不變化的需求部分都體現(xiàn)在程序代碼中。

這種配置文件以及參數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式能夠提高程序的通用性，即使相關(guān)的需求目標(biāo)值發(fā)生變化，只要需求根本邏輯沒(méi)有改變，就可以通過(guò)修改配置文件或參數(shù)的方式動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)，大大降低了修改終端程序的可能性。

3 程序架構(gòu)

3.1 層次結(jié)構(gòu)

可以根據(jù)軟件和用戶的關(guān)系進(jìn)行層次劃分，按照用戶參與程度分成由下到上的4層：支撐層、數(shù)據(jù)源層、業(yè)務(wù)處理層以及數(shù)據(jù)表示層。除了支撐層之外，只有相鄰的兩層間才存在通訊交互關(guān)系。由于支撐層起到其他業(yè)務(wù)相關(guān)功能的支撐作用，因此能夠被其他模塊調(diào)用。圖1表示了這種層次劃分。

從圖1可以看出，支撐層是終端的基礎(chǔ)層，可以為其他功能模塊提供參數(shù)、通訊等的支持，其功能模塊有運(yùn)行監(jiān)控模塊、鏈路通訊模塊以及參數(shù)管理模塊。在設(shè)計(jì)支撐層各模塊的時(shí)候，要保證功能模塊和業(yè)務(wù)邏輯相分離。

數(shù)據(jù)源層的功能模塊包括設(shè)備監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)模塊以及存儲(chǔ)管理模塊。數(shù)據(jù)源層可以為所有上層模塊提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)的管理及存儲(chǔ)。由于數(shù)據(jù)源層的主要目的是采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)不需要考慮規(guī)約因素，可以以配置化的思想進(jìn)行。

業(yè)務(wù)處理層包含功能模塊：事件處理，數(shù)據(jù)處理功能：業(yè)務(wù)處理層體現(xiàn)著終端的管理功能，事件處理，主動(dòng)上報(bào)等都在這一層中體現(xiàn)。為了體現(xiàn)終端的功能，在設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)處理層時(shí)需要嚴(yán)格遵循實(shí)際需求，并且區(qū)分是普通需求還是核心需求，以便后續(xù)擴(kuò)展。

作為終端和用戶的交互接口，數(shù)據(jù)表示層的模塊主要是界面展示以及規(guī)約解析，以完成本地和遠(yuǎn)程交互功能。界面展示功能實(shí)現(xiàn)時(shí)需要考慮不同的硬件，并且顯示內(nèi)容要能夠根據(jù)需求及實(shí)際硬件環(huán)境進(jìn)行配置。規(guī)約解析指的是把主站內(nèi)規(guī)約變成終端內(nèi)部的數(shù)據(jù)形式，或反過(guò)來(lái)將終端內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為主站的規(guī)約，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要可以體現(xiàn)其屏蔽作用。

3.2 功能關(guān)系

應(yīng)用軟件的模塊間的關(guān)系見(jiàn)圖2，其中可執(zhí)行程序是：數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)備監(jiān)控，存儲(chǔ)管理運(yùn)行監(jiān)控負(fù)控處理，報(bào)警處理，數(shù)據(jù)處理，規(guī)約解析，界面顯示，鏈路通訊。

其它的功能模塊均為動(dòng)態(tài)庫(kù)方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要討論了符合面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議的新一代采集終端的軟件設(shè)計(jì)，與面向業(yè)務(wù)相比，該設(shè)計(jì)方法兼顧穩(wěn)定性與靈活性、擴(kuò)展性的要求，同時(shí)降低了嵌入式軟硬件的耦合性，完全滿足國(guó)家電網(wǎng)對(duì)于面向?qū)ο笮乱淮K端的技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭寶，項(xiàng)薇，羅黎明，等.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端安全接入防護(hù)研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2018，35（12）：320-324.

[2]翟術(shù)然，盧靜雅，呂偉嘉，等.用電信息采集系統(tǒng)運(yùn)維體系的探索與實(shí)踐[J].通信電源技術(shù)，2018，35（11）：169-170.

[3]劉靜，劉瑞敏，沈鑫，等.用電信息采集系統(tǒng)的研究與測(cè)試[J].數(shù)據(jù)通信，2018（06）：22-25.

[4]張利花，伍祥，陳旭，等.電量采集終端及電能表遠(yuǎn)程對(duì)時(shí)研究及應(yīng)用[J].寧夏電力，2018（05）：48-52.

[5]陳宇鋒.電能量數(shù)據(jù)采集終端的應(yīng)用探究[J].通訊世界，2017（24）：212-213.