电气自动化系统多源数据融合应用研究

陈奋

（广东电网公司惠州供电局，广东惠州 516001）

电气自动化系统多源数据融合应用研究

陈奋

（广东电网公司惠州供电局，广东惠州 516001）

变电所、自备热电厂、化工整流等电气系统所使用的自动化系统结构不同、数据库规范相异、分布零散，不能进行数据的集中管理与分析。因此建设统一的、可集中管理的自动化管理系统势在必行。采用键值数据库（key，value）对多个异构数据源进行了融合，并应用了Memcached技术提升读写效率。融合后的系统便于统一管理，满足了现阶段电气管理要求，提高了电气自动化管理水平。

电气自动化；数据融合；kv数据库；Memcached

0 引言

随着生产规模的扩大，新系统、新设备不断运用，电力公司电气系统的自动化管理发展迅速。但是，越来越多的电气自动化系统配置了不同的服务器结构，数据库是分布的，在系统结构、数据模型、查询方式上都有所差异；数据来源不统一（时效性、响应速度均不统一），网络通讯相互隔离，后台管理机较多，且监控内容各不相同。相同管理系统也存在版本上的差别，相互之间没有信息共享，不能进行协调工作。电气信息难以集中管理与控制，故障信息报警存在时钟不同步等等，给电气管理带来了诸多不便。因此，将现有不同电气自动化系统的信息进行整合，集中管理全公司6 kV～110 kV电气系统的数据，满足不同管理层次的生产要求，可以很好地提高公司电气自动化管理水平。

常用的异构数据源集成的体系结构有以下几种[1]，中间件结构、数据仓库结构、基于本体的异构数据集成体系结构[2]。建立数据仓库通常需要较高的成本[3]，而中间件结构添加局部数据源较简单，目前在技术上主要是采用Warpper/Mediator中间件结构[4]进行数据融合。在过程中需要解决[5-6]：模式集成[4]和查询分解[6]，最后，还要建立模式映射[7]规则，以确保不同数据库模式之间可以对应。在电气自动化系统多源数据融合过程中，重点需要解决数据数据处理与监控平台的选择和通信模式的选择，前置机或服务器数据的整理，网络的配置，后台监控系统画面、管理报表的整理等等。

1 数据管理平台设计

各个时期的电气自动化系统的类型不同，必然存在有的比较先进，有的则相对较为落后。新系统的数据处理的响应速度快，实时数据刷新速度也快，其数据管理机软件便于管理、更新，后台监控机的管理软件的功能强大，实时画面和数据显示更符合现行电气自动化信息管理的要求。故此，基于系统功能的需要和日后系统不断扩展的要求，最终选取了最新的电气自动化系统平台作为所有其他自动化系统的数据通信平台，即将所有其他电气自动化系统的数据集中到最新的电气自动化系统数据管理机上，因此统一将多源数据放入内存中，每隔5 min进行读取和计算。另外由于数据表结构、字段定义存在差异，可以将关系型数据库统一转为键-值型（key，value）数据库，采用NoSQL语句查询。应用Memcached技术实现以上需求，服务端（ms）和客户端（mc）是Memcached的两个主要组成部分，在读写过程中，首先对每个数据构造键值对（简称kv对），键会通过哈希算法转化成哈希-键。Mem⁃cached数据查询具体流程和更新流程如图1、图2所示。

图1 Memcached数据查询流程

表1 Memcached、MemcachedDB测试结果对比

2 整合后系统的通讯模式的选择

数据处理与监控平台确定之后，主要面对的就是整合后的系统的通讯模式问题。即各自相对独立的电气自动化系统如何与先前确立的中心管理机或前置机进行通讯，数据如何进行交换，采用何种协议，需上送数据的数据表如何制定等等。

在现有的各个电气自动化系统中，因每一个系统均有各自的通讯服务管理机或前置机，它们与其所属范围内所有远方测控装置和智能设备进行数据的交换和管理。然而各自系统的通讯模式各不相同，有的系统采用CAN网通讯，有的系统采用RS485通讯，有的系统则采用Ethernet以太网进行通讯。因此在进行不同系统间的通讯时，首先需解决数据如何进行交换，采用何种协议的问题。

现有的每一台数据管理机或前置机下面挂的测控装置或智能设备均采用各自约定的传输规约进行通讯，如CAN网、RS485、RS232等等，如果以每一个装置为节点，分别向中心管理机发送测控数据，则整合的难度将大大降低，但是涉及到通讯电缆的敷设，耗时相当长且费用很高，因此不能采取这种方法。考虑到现有的通讯管理机均配置有多种通讯协议和通讯接口，如一路或多路网络接口，串口等。可以利用这些不同接口，将整个数据管理机或前置机处理的各自电气自动化系统的数据进行打包，而后统一发送到中心管理机上，再进行数据读取与整理，则相对更为方便可取。

图2 Memcached数据更新流程

3 服务器数据管理

以上工作做好后，根据统一监控平台要求，对相对独立的电气自动化系统的数据进行划分，列出需要的遥信、遥测、遥调与遥控表，即在中心处理机内进行不同系统数据库的分层工作。定制数据点表的工作完成后，剩余的工作就主要围绕中心前置机和服务器中进行不同电气自动化系统传送来的各种测控数据或智能设备信息的整理。在中心前置机数据库中创建不同的厂站，根据不同电气自动化系统数据点表中数据的数目，相应地为一个电气自动化系统创建一个或多个厂站，继而对每一个厂站进行分配端口，配置遥信、遥测、遥调与遥控量的地址等工作，最后进行相应厂站数据的导入工作。这部分工作相对繁琐，工作量大，却是不容出错的，因为地址分配的错误将直接导致后台监控无法正确显示与运行。

整个系统共分为4个层次，自底向上主要包括源数据层、应用数据层、中间层和访问层，采用kv型数据库存储所有数据，应用Memcached技术读写数据，采用XML格式记录数据。

图3 多源数据融合层次模型

4 网络通讯配置管理

数据整合工作完成后，对中心管理机和其他分布在各地的通讯管理机或前置机进行网络的通讯配置后，系统才能够协调工作，考虑到新整合系统运行的可靠性，在系统整合过程中，对所有独立通讯管理机或前置机采取了既相互统一又相互独立的配置方式。一方面，正常运行时，所有独立系统发送数据到中心管理机，作为统一的数据处理、通讯和转发单元，中心管理机同时向所有后台发数据，期间其中任意一个通讯管理机或前置机故障时，不影响其他通讯管理机或前置机的数据发送；另一方面，如果中心管理机故障，则还可以断开所有连接，恢复原有独立运行方式，从而不影响相应系统的运行。

在中心管理机中设置网络通讯时，必须正确选用通讯口类型、填写相应的规约和通讯方向等属性，这些规则需根据中心管理机与各个独立的通讯管理机或前置机的通讯方式定。在中心管理机的统一调度与管理下，所有分散的后台监控机需根据中心管理机的要求进行相应的计算机网络名和IP地址的设置，至于IP地址的设置则依据网关的设置进行，保证不重复即可。

出于生产系统的安排，不能将所有系统全部停运，故此在系统整合过程中，必须根据各自企业生产的要求，采取分布到整体，停运与在线相结合的方式进行系统的整合工作。在系统的整合过程中，还需要根据各个相对独立的电气自动化系统的地理位置，原有的监控模式和运行人员的监控习惯等问题进行具体的分析，充分利用现有软硬件资源，以节约投资成本。

5 展望

整合后的系统能够集中实时显示公司最大范围内的电气运行状态数据，对于各级技术和管理人员而言，便于进行全系统分析和数据统计工作。不同来源、不同结构、分散于各级用户之间的数据，集中于中心统一的数据库，便于维护、计算和查询。采用kv型数据库，提升了系统的开放性和先进性，提高了对数据源的适应度，统一了数据接口标准，为今后能充分利用各种信息资源做数据挖掘打好系统基础。

［1］王杰勋.医疗保险信息系统异构数据集成的研究与实现［D］.南京：南京航空航天大学，2007.

［2］向红.基于本体的异构数据集成系统的研究与实现［D］.西安：西安电子科技大学，2007.

［3］张靖，程希来.多源异构数据整合应用研究［J］.成都信息工程学报，2009，24（3）：254-257.

［4］张桂香.异构信息源集成系统的模式集成研究［J］.微计算机信息，2007，24：233-234.

［5］俞红齐，顶宝康.多数据环境下的模式集成及查询分解［J］.计算机工程，2006，26（10）：124-126.

［6］李瑞轩，霍晓丽，卢正鼎.多数据库系统中的全局查询转换方法研究［J］.计算机工程，2005，31（16）：4-6.

［7］杨雪梅，董逸生，王永利.异构数据源集成中的模式映射技术［J］.计算机科学，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

陈 奋，男，1982年生，广东高州人，硕士，工程师。研究领域：高压试验、电气设备故障诊断。

(编辑：向 飞)

2013－11－18