基于SVG和FASTDB的配网WEB-SCADA系统设计与应用

基于SVG和FASTDB的配网WEB-SCADA系统设计与应用

薛玉龙1黄海龙2胡新春2徐文2

（1.国网宁夏电力公司宁夏银川750001；

2.南京新联电力自动化有限公司江苏南京211106）

摘要：SCADA广泛应用于电力、城铁、供水、煤炭、石油等多个领域，主要实现对一次设备的数据采集和监控。在电力领域，SCADA系统具有核心应用的地位，而图形则是SCADA系统的重要基础。随着电力企业对开放性要求的提高以及移动办公的需求，在不影响安全的前提下，如何实现不同部门、不同单位甚至不同地域之间的数据共享、分析以及设备监控等，已成为迫切的需求。本文论述了如何设计基于SVG和FASTDB实时库的配网WEB-SCADA系统并在现场予以实际应用，从而达到解决上述需求的目的。

关键词：SVG；FASTDB；AJAX；WEB-SCADA

0引言

SCADA是监控与数据采集系统（SupervisoryControlAndDataAcquisition）的简称，它是以计算机技术为核心，综合利用计算机技术、通信技术和控制技术等来完成生产监视和控制等功能的一种自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA系统的应用领域很广，包括电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

随着电力系统信息化建设的发展以及用户对移动办公越来越强烈的需求，传统的配网SCADA系统已不能完全满足用户需要。传统的配网SCADA一般采用的都是C/S架构，客户端需要安装大量的软件，系统升级难、维护难，用户只能从单点访问，数据共享比较困难。而且各个厂家开发的图形和实时库接口等，都是自成一家，很难进行新功能的扩展，也限制了和第三方系统的数据共享或集成。而在当前全球信息化建设与移动办公的浪潮中，电力企业如何继续保持自己的核心竞争力，在将来基于互联网服务的激烈竞争中立于不败之地，已是一个需要迫切解决的问题。鉴于此，实现采用B/S架构的基于web服务的配网SCADA系统，是满足上述需求的一个有效途径和方法。

1WEB-SCADA系统的优点

随着现代计算机网络技术、通信技术、实时库存储技术的飞速发展，以及IEC61970标准的推出，从技术上而言，实现基于B/S架构的WEB-SCADA系统已完全成为可能，WEB-SCADA系统和传统形式的SCADA系统比较，具有以下优势：

（1）可以随时远程访问，不受时间、地点等空间限制，非常方便，真正实现了移动办公，即使人员远离现场或调度控制中心，也可以随时对设备进行监控；

（2）采用WEB浏览器形式，无需安装任何客户端工具，利于系统维护、升级以及远程诊断，节省了大量的系统维护资源；

（3）支持多种客户端访问硬件平台，用户可以采用PC、智能手机、iPAD等进行远程访问操作，非常方便；

（4）采用符合国际标准的SVG图形格式，图形维护简单。

（5）实时库存取快速、便捷，提供可以并发访问的多种接口，利于数据共享。

总之，B/S结构的SCADA系统能适应多种服务器和客户端平台，便于维护管理，安全可靠，不受地理位置限制。构建基于Web的SCADA主站系统，运用Internet/Intranet技术增强系统开放性，实现与其他系统之间信息共享，也是符合当前电力企业信息整合的发展趋势的。

2基于SVG和FASTDB实时库的配网WEB-SCADA系统设计与应用

以广东某个供电局为例，目前需要对城区的配电站和环网柜的设备进行监控，实现SCADA系统的主要功能，包括遥信、遥测、遥控、实时曲线、报警、图形浏览、记录查询、参数维护和报表等。经过业务分析，主要包括以下几个方面的工作：

（1）前置机与站端设备如FTU等进行实时通信，将采集到的模拟量进行处理后，存入实时库；

（2）浏览器端的监控画面定时读取实时数据（遥信、遥测、报警信息等），然后在监控画面

实时显示；

（3）从监控画面下发控制信息（遥控）和参数设定、告警信息（遥信锁定、遥测值锁定、挂牌、摘牌）；

（4）从关系数据库中取出历史数据信息以各种形式（曲线、记录、报表）显示。

通过以上业务分析，决定系统主要由以下几个核心子模块构成：

（1）前置机模块：负责接收站端设备上传的模拟量，将其处理后存入实时库；同时也接收SCADA子模块转来的控制信息，并将其下发给站端设备，成功后刷新实时库；

（2）SCADA模块：接收WEB服务端传来的控制信息如遥测、遥信等并转发给前置机，成功后再刷新实时库；

（3）实时库及其接口：负责对实时库进行存储、读取，维护等；

（4）WEB服务端模块：负责接收客户端请求，通过对请求进行处理或转发后，将请求结果（也可能是转发后，由SCADA模块返回的结果）返回客户端；

（5）客户端框架及业务操作模块：负责客户端的各种操作与画面显示、数据显示等；

（6）SVG图形绘制与维护模块：供用户绘制、维护SVG图形，并将图元与模拟量进行关联等；

（7）权限管理模块：包括人员与密码的维护、管理等。

系统的业务流程如下图所示：

根据以上所述，几个子模块的具体设计如下：

（1）前置机模块：前置子系统完成的主要功能就是前置功能，实现对厂站的各类信息进行采集和各类控制命令的下传。前置机与站端设备的通信，支持多种规约，包括电力IEC104/101、MODBUS、CDT等多种规约，这样也方便了系统与其它厂家设备的接入，不至于临时再去修改通信规约；

（2）SCADA子模块：以后台守护进程的形式运行，没有界面操作；其与WEB服务端的数据交互，根据部署模式，可以分别采用不同的方式：如果两者部署在一台服务器上，则直接通过动态库接口进行数据交互；如果部署在不同的服务器上，则采用WEBSERVICE的方式进行数据交互；

（3）实时库：决定采用FASTDB实时库，FastDB是一个高效率的内存数据库系统，通过扩展，本系统中实时库提供JAVA和C++两类接口，方便不同开发语言的调用；

（4）：WEB服务端模块：主要采用JAVA开发，负责接收、处理客户端的各种请求，也负责处理与SCADA子模块的数据交互；WEB服务器采用当前流行的开源HTTP容器tomcat6.x+Apache2.x搭建；

（5）客户端框架：由于客户端监控的实时数据需要较高频率的定期刷新，但如果采用常规技术进行客户端和服务端的数据交互，将会造成资源的浪费，甚至会造成系统阻塞，因此决定采用AJAX技术来实现数据的交互。AJAX指异步JavaScript及XML（AsynchronousJavaScriptAndXML）。AJAX不是一种新的编程语言，而是一种用于创建更好更快以及交互性更强的Web应用程序的技术。通过AJAX，可使用JavaScript的XMLHttpRequest对象来直接与服务器进行通信。通过这个对象，JavaScript可在不重载页面的情况下与Web服务器交换数据。AJAX在浏览器与Web服务器之间使用异步数据传输（HTTP请求），这样就可使网页从服务器请求少量的信息，而不是整个页面。通过采用AJAX技术，监控画面刷新及时，且无闪烁现象。

（6）SVG图形维护模块：SVG是由W3C组织推出的最新一代矢量图形标准，是一种开放标准的文本式矢量图形描述语言，主要面向网络应用。SVG允许矢量图形、点阵图像和文本3种形式的图像对象存在。各种图像对象能够组合、变换，并且能修改其样式，也能够定义成预处理对象。SVG的功能包括嵌套变换、路径剪裁、透明度处理、滤镜效果以及其他扩展，同时，SVG支持动画和交互，也支持完整的XML的DOM接口。任何一种SVG图像元素都能使用脚本来处理类似于鼠标单击、双击以及键盘输入等事件。因为与Web标准兼容，SVG还能够在同一个Web页面内凭着继承自XML的名字空间等特性来完成一系列交互操作。SVG的优点有：①基于XML标准；②可以形成高质量的图像；③图形小，保存和显示方便；④文件格式灵活易用；⑤支持互动和动画等。SVG建立在纯文字格式的XML之上，直接继承了XML的特性，简化异质系统间的信息交流，方便数据库的存取。SVG从根本上说就是基于XML的图形技术的应用，所以可扩展性很强，能够描述任意复杂的图像，并且可充分利用XML作为数据载体的优点和许多成熟的技术。

在本模块中，利用开源的Inkscape程序，对其进行了优化和功能扩展，使得在绘制和维护SVG图形时更为方便。可以在图形上关联定制遥测、遥信等实时信息，同时也可以方便的进行Javascript脚本的编写和维护。

（7）权限管理模块：实现对登录人员的增删、权限维护和密码管理等。人员登录时，对口令采用MD5算法进行加密；当进行遥控、挂牌、摘牌等操作时，系统会再一次验证密码，该密码采用RC4算法进行加密，该密码和登录密码是不同的，——虽然为了方便记忆，你可以设成相同的。

以上系统设计在开发完成后，在现场得到了初步应用，基本达到了用户的使用要求，以下是现场的几个典型应用场景：

（1）实时数据监控。监控画面如下：

（4）摘牌操作

用户利用手机、PC、iPad等设备登录后，选定某个设备旁边的工作标示牌，通过密码验证后即可对设备进行摘牌操作。

（5）遥信锁定

用户利用手机、PC、iPad等设备登录后，选定某个设备，通过密码验证后即可对设备进行人工置数，以锁定该设备的状态不变。

3结语

综上所述，通过本系统在实际现场的应用，使得用户不受时间和地点的限制，即可实现对设备的实时监控；系统也支持多种客户端访问硬件平台，用户可以采用PC、智能手机、iPAD等进行远程访问操作，而不需要安装任何其它软件，非常方便；图形采用符合国际标准的SVG图形格式，占用流量小，交互方便，功能扩展容易，维护简单；实时库存取快速、便捷，提供可以并发访问的多种接口，利于数据共享；采用了AJAX技术，监控画面刷新及时，无闪烁现象，达到了应用要求。

总之，B/S结构的SCADA系统访问不受地理位置限制，便于应用和维护，能适应当前配网的监控要求。在保证安全的前提下，构建基于Web的配网SCADA主站系统，是将来电力企业信息化办公和数据整合的一个很好的趋势。

参考文献：

[1]秦友伦基于silverlight的webscada系统研究与应用.西南交通大学论文，2009（5）

[2]孙晓野，刘太华，王海玲基于WEBSCADA系统的设计与实现.中国化工装备，2005（2）

[3]蒋年德，王耀南，魏育成基于B/S的SCADA系统关键技术及其实现.计算机工程与应用，2003（14）