分布采集范文（精选7篇）
分布采集 第1篇
矿井的安全问题是我国煤炭安全生产的头等问题, 而有效解决该问题的手段就是实现矿井的信息化[1]。目前, 煤矿井下环境监测主要采取有线传输方式, 该方式存在布线繁琐、成本高、线路依赖性强、移动性差等缺点。特别是矿井出现爆炸、垮塌等危险事故时, 传感器及线缆将会受到严重的损坏, 不能为抢险和搜救工作提供信息。近年来, 基于无线传感网络的煤矿井下环境监测的研究得到了国内外的广泛关注。为了对井下环境、人员健康和安全状况[2]等大量信息进行监测并及时报警, 同时解决大量布线所带来的问题, 本文设计了一种适合煤矿井下无线传感网络通信的分布式无线矿井信息采集系统, 该系统硬件采用以nRF905为核心的采集终端, 软件采用一种轻量型的通信协议, 以确保网络节点间的互联。
1 系统架构
分布式无线矿井信息采集系统用于将传感器采集的矿井中各个不同地点的相关信息, 通过nRF905传输至巷道上的网关, 再用有线方式将网关数据传输至地面上的中央控制计算机。系统中的设备按照通信能力可分为全功能设备 (Full Function Device, FFD) 或称中心节点或网关和精简功能设备 (Reduced Function Device, RFD) 或称终端节点。FFD和FFD之间、FFD和RFD之间都可直接通信, RFD和RFD之间可通过FFD实现通信。RFD主要分为2种:一种用于环境监测, 如瓦斯浓度、CO浓度、空气温度、水位等, 放置于各个巷道;另一种用于矿工生命体征的采集, 如脉博、血压、呼吸、体温等, 佩戴在矿工身上。上述信号由传感器采集后经过放大、A/D转换、信号处理, 最终由nRF905无线传输至矿井巷道壁上的网关。矿工佩戴的RFD均拥有一个64位的IEEE地址 (也可以使用16位短地址来减小数据包) , 只要记录下RFD地址就可以很容易地确定矿工身份, 在发生矿难时即可根据网关最后的记录找到每个矿工的具体位置, 以便于营救。巷道中每隔几十米架设1个固定的网关, 各个网关用线缆相连, 用于收集nRF905的无线信号, 并将收集到的信号通过有线方式传输至地面上的中央控制计算机。由于矿井采掘面不断延伸, 有线设备的框架不便及时跟进, 所以应在采掘面附近采用无线中继设备将信号传输至相关网关。中央控制计算机的主要任务:控制整个系统;处理数据并进行比较以决定是否发出报警信息;矿难发生时记录RFD地址;自动备份整个系统的数据并进行数据处理和图形化显示等。分布式无线矿井信息采集系统结构如图1所示, 其中RFD为井下人员佩戴的终端节点, FFD为网关。
2 RFD设计
RFD按功能主要分为以下几个部分:数据处理模块、数据 (瓦斯浓度、温度、湿度等) 采集模块和数据传输模块, 如图2所示。
数据处理模块采用Microchip公司生产的高性能8位单片机PIC16F876, 其具有24条I/O、8 KB程序储存器以及RISC结构, 抗干扰性和保密性强。
温度采集模块采用美国DALLAS公司生产的数字温度传感器DS18B20芯片。该芯片无需外加A/D即可输出数字量, 适合于恶劣环境的现场温度采集。其温度测量范围为-55～+125 °C, 工作电压范围为3～5.5 V。DS18B20与PIC16F876的连接如图3所示。
数据传输模块选用Nordic公司生产的无线射频芯片nRF905。nRF905可经过软件配置选择工作在433/868/915 MHz的ISM频段;功耗低, 可工作在1.9～3.6 V, 待机模式下仅为2.5 μA;工作在半双工模式, 收发模式切换时间小于650 μs。nRF905通过SPI总线与PIC16F876连接[3,4], 如图4所示。
3 系统软件设计
本系统软件主要包括RFD的传感器数据采集模块、FFD的通信模块和这2类节点的无线通信协议栈。前2个部分软件模块由于篇幅所限, 在此不作介绍, 本文只研究无线通信协议栈的设计。
本系统中, nRF905采用星形拓扑结构互联, 以FFD为核心, 负责收集各RFD的传感器数据并进行转发[5]。要实现高效、公平合理、无差错的节点通信, 需要解决以下3个问题: (1) 信道分配与争用问题。对于无线信道而言, 尤其是对于FFD而言, 如何保证同一时刻只有1个RFD访问FFD, 避免多个RFD同时访问FFD时发生冲突和碰撞现象。 (2) 差错控制问题。接收方 (这里主要是指FFD) 在接收到RFD的数据之后, 如何检出错误并负责出错重传, 同时接收方接收到数据之后要对发送方的数据进行有序重排。 (3) 帧格式问题。合理的帧格式既要包括必要的控制信息, 又要减少控制信息的长度以提高信道利用率。
为了解决上述问题, 参照OSI七层模型, 笔者采用分层设计方法[3,4,5,6]将无线通信协议分为3层: (1) 物理层处于协议栈的最底层, 负责芯片的初始化、发送和接收地址设置、收发状态切换等操作。 (2) 链路层处于协议栈的第二层, 负责帧格式、差错控制、流量控制、信道分配与争用等操作, 采用必要的差错控制规则在不可靠信道的物理层上实现可靠的数据传输。 (3) 应用层处于协议栈的最高层, 依赖其下面的层实现不同节点的应用程序间的分布式通信。
3.1 物理层
物理层通过下面的4个函数实现芯片的初始化、发送和接收地址设置、收发状态切换和简单的数据发送和接收操作。需要注意的是, 物理层发送和接收的数据可能会出错, 也有可能会出现数据失序的问题, 这些问题都依赖于上一层即链路层来解决。
(1) void Initialize (Struct RFConf) 函数
该函数实现对nRF905的初始化操作, 包括设定工作频率、工作模式、收发地址宽度、有效数据长度、本地地址和CRC校验位数等功能。
其中, Struct RFConf结构体定义如下:
(2) void SwitchMode (bool Mode) 函数
该函数负责切换收发模式操作, 输入参数Mode为bool型, true表示发送, false表示接收。
(3) void PhyRecv (unsigned char *PhyData) 函数
该函数实现从SPI接口接收数据并赋值给PhyData。当nRF905检测到同一频段的载波时, 置高载波检测引脚CD, 当接收到相匹配的地址时, 置高地址匹配引脚AM。当接收完1个数据包后, DR引脚被置高, 此时置低TRX_CE引脚, nRF905进入空闲状态。PIC16F876通过接口将nRF905的数据缓冲区的数据读出赋值给PhyData。当所有数据接收完毕, nRF905置低DR和AM引脚。
(4) void PhySend (unsigned char *PhyData, unsigned char *RemoteAddr) 函数
该函数通过SPI接口按时序将目的节点的地址和要传输的数据传输给nRF905, 同时置高TRX_CE和TX_EN引脚, nRF905处于发送模式, 自动完成开启射频寄存器、数据打包、发送数据包等一系列工作。发送完成后, 该函数将nRF905切换为接收态, 以便于接收对方节点的ACK帧。
3.2 链路层
物理层实现了基本的数据发送和接收功能, 但无法进行差错控制和信道分配与争用, 因此, 需要链路层解决这些问题。
3.2.1 信道分配与争用问题
对广播信道而言, 如何为相互竞争的节点之间进行有效、公平、高效的信道分配一般有2种方法, 即静态分配法和动态分配法。静态分配法如TDM或者FDM, 每个用户独占1个时隙或者频带。但是, 如果某节点不传输数据, 那么该节点的时隙或者频带就会被白白浪费掉。因此, 静态分配法不适用于RFD数目可变和通信突发的情况下。动态分配法采用ALOHA或循环式动态分配, 由于ALOHA效率较低, 因此, 本协议栈采用循环式动态分配。所谓循环式动态分配, 就是指每个节点轮流得到发送机会, 所有节点按照一定的顺序轮流获取发送权限。这种发送权限的获得有2种方式:
(1) 分布式令牌环方式。每一个RFD存储下一个节点的地址, 令牌在网络中依次向下传递, 只有获得令牌的节点才能传输数据。因为任何时候只有1个节点持有令牌, 所以不会发生冲突。但是, 令牌环方式属于分布式控制, 最难解决同时也最为重要的问题就是如何维护令牌。尤其是系统运行中极有可能出现无令牌循环或者忙令牌一直循环的故障, 实现较为困难, 协议栈较为复杂。
(2) 集中式查询方式, 如roll-call查询方式。发送权限由FFD集中控制, FFD按照RFD列表逐个发送查询帧, 如果被查询的RFD没有数据发送, 则发回Idle帧给FFD。如果有数据发送, RFD将等待发送的数据全部发送出去。当该RFD发送完数据后, FFD再对下一个RFD进行查询。
本系统对节点发送数据的实时性要求不高, 而且各节点之间发送数据的先后顺序也并不重要, 所以, 采用roll-call查询方式。因此, FFD需要维护1个RFD的完整列表, RFD的二维表如表1所示, 表1包括序号 (No.) 、RFD地址 (TerminalAddress) 和是否具有授权 (Authorized) 这3个字段。
FFD调用void roll-call (unsigned char Terminal-Num) 函数首先从RFD的列表中查询出编号为TerminalNum的RFD地址并发送查询帧, 等待RFD的Idle帧或者数据帧, 当收到Idle帧或者数据帧之后, TerminalNum+1, 并查询下一个RFD。
3.2.2 差错控制及按序重排问题
由于无线信道极易受到外界噪声干扰而出错, 所以, 当RFD发出的帧出错后, FFD应该有一种机制通知RFD重传。本系统采用的方法是连续ARQ方法, 即RFD连续发送多个数据帧, 当FFD收到RFD的数据帧N之后, 如果正确则发ACK (N+1) 帧, 如果出错则发ACK (N) 帧, FFD继续对N帧的后续帧进行重传。
帧具有固定的长度, 由6个部分组成, 如下所示:
其中, L.Address为发送节点的地址, 为4 B;Type为2 bit, 表示帧的类型, 00表示FFD发出的查询帧, 01表示RFD发出的Idle帧, 10表示RFD发送的数据帧, 11表示FFD发出的ACK确认帧;F.No为帧编号, 用于对发送的数据帧编号, 从而使FFD接收到数据帧后按照帧编号的顺序进行重新组装;ACK用于对编号为ACK的数据帧的确认, 数据帧不使用本字段, 确认帧采用累计确认方法, 比如ACK字段为5, 代表第零～四帧均被正确接收, 期待接收第五帧;Data为数据字段, 为42 B, 如果不满42 B, 以ASCII字符DLE填充;Length为帧的总数, FFD将接收到的帧的总数和Length进行比较, 如果一致, 说明帧全部接收完毕, 否则还要继续接收。
链路层实现void LinkTrans (unsigned char *RemoteAddr, unsigned char *Data) 函数。该函数供上层调用, 实现RFD与FFD之间数据的可靠传输。参数Data为应用程序传输的实际数据, 需要根据实际的长度划分为多个Frame, 并对每一个Frame调用物理层的发送函数进行发送, 同时调用物理层的接收函数接收FFD发出的ACK帧。
3.3 应用层
应用层利用下层提供的功能, 将多种应用程序的数据交给链路层进行无差错传输。应用层的包结构如下:
其中, Length为长度字段, 表示Data域的字节数;Type表示应用程序类型, 000表示温度信息, 001表示湿度信息, 其它的可以扩展;PhoneNum表示中央控制计算机所连接的FFD的号码, 为11 B, 在实际应用中, 不同的PhoneNum可能对应中央控制计算机处理不同的应用, 当然也有可能同一个PhoneNum对应不同的应用;Data为实际的数据, 长度可变。
由于PhoneNum在数据包中占据了相当长的长度, 而且极有可能超过实际的传感器数据长度, 导致信道利用率下降。因此, 可以采用在FFD存储PhoneNum二维表的方法解决该问题, 结构如下:
因此, RFD可以采用发送PhoneNum编号的方法, 由FFD查询上述二维表后将其转换成实际的PhoneNum, 再进行发送。采用PhoneNum编号后, 应用层包的结构如下:
应用层实现以下函数:
(1) Void AppTrans (unsigned char *Data, unsigned char phoneID, unsigned char AppType) 函数
该函数用于RFD根据实际应用填写AppType、PhoneID和传感器数据, 组装成应用程序包, 调用链路层的LinkTrans函数, 实现可靠的、有序的透明传输。
(2) Void AppRecv (void) 函数
该函数用于FFD从数据包中解析出PhoneID从而查找到PhoneNum, 并将接收到的数据解析后通过FFD发送函数发送出去。
4 结语
本文介绍了一种基于nRF905的分布式无线矿井信息采集系统, 并依据分层原理, 实现了一个具有差错控制、透明传输等功能的轻量型通信协议, 该协议在分布式无线矿井信息采集系统中运行良好, 值得推广。但是, 由于该协议采用集中控制介质访问权限的roll-call模型, 因此, 对FFD要求较高。
摘要：针对目前井下环境监测采取有线传输方式存在布线繁琐、线路依赖性强、成本高等问题, 文章提出了一种基于nRF905的分布式无线矿井采集系统的设计方案, 简要介绍了无线采集终端的硬件设计, 详细阐述了基于nRF905的无线通信协议栈的设计。实际应用表明, 该系统可及时为抢险和搜救工作提供信息, 具有一定的实用性。
关键词：矿井,信息采集,无线通信,分布式,nRF905,终端节点,协议栈
参考文献
[1]王建, 王汝琳, 王学民, 等.煤矿瓦斯监测无线传感器网络系统的研究[J].工矿自动化, 2007 (1) :4~5.
[2]王晓雷, 吴必瑞, 蒋群, 等.煤矿井下温湿度监测和光纤通信系统的研究[J].工矿自动化, 2008 (6) :63~64.
[3]郝妍娜, 洪志良.基于MCU和nRF905的低功耗远距离无线传输系统[J].电子技术应用, 2007 (8) :44~45.
[4]李海涛, 仪维, 吴筱坚, 等.PIC单片机应用开发典型模块[M].北京:人民邮电出版社, 2007:243~249.
[5]董海涛, 屈玉贵, 赵保华.ZigBee无线传感器网络平台的设计与实现[J].电子技术应用, 2007 (12) :125~126.
分布采集 第2篇
数据采集是指从传感器和其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号, 送到上位机中进行分析、处理。传统数据采集系统大部分是基于有线的通用微型计算机数据采集系统。虽然有线数据采集系统采集精度高, 能够实现同步数据采集, 但也存在布线繁琐、耗材多、造价高、功耗大、扩展性能差等不足之处。本设计针对有线数据采集系统的不足, 在保证数据的同步采集和允许误差范围前提下, 提出了以单片机C8051F020微处理器为核心的无线分布式同步数据采集系统。
1 系统方案设计
本分布式无线同步数据采集系统的设计包括通信控制中心与多个无线数据采集单元, 系统总体框图如图1所示。通信控制中心主要由上位机和无线模块组成, 无线模块与上位机之间通过USB接口连接。整个系统由上位机控制, 可以远程实时配置系统参数, 控制无线数据采集单元实现数据的采集、接收、存储和处理。
2 系统硬件设计
由图1可知, 系统硬件电路设计主要包括通信控制电路和无线数据采集单元的设计。
2.1 通信电路控制电路设计
通信控制电路的主要功能是将上位机发出的控制命令转发给各无线数据采集单元, 并接收无线数据采集单元回传的数据, 发送到上位机进行数据后期处理。系统通信电路主要由上位机与无线模块之间的通信电路设计以及无线通信模块与各无线数据采集单元之间的通信电路设计两部分组成。
2.1.1 上位机与无线模块电路设计
上位机与无线模块之间采用USB转串口的通信连接, 通过Silicon Laboratories公司的USB接口与RS232串口转换器CP2102芯片实现[1]。USB转RS-232串口电路设计如图2所示。通过转换电路, 实现了USB端口的数据传输端 (D-和D+) 与RS-232串口的数据通信端 (TXD和RXD) 之间的通信。
无线模块选用美国DIGI公司的XBee-PRO RF模块, 该模块操作在ISM 2.4 GHz, 低功耗, 低成本, 高性能, 而且使用简易。数据输出DOUT接至CP2102的串口接收RXD, 数据输入DIN连接至CP2102的串口发送TXD。电路设计如图3所示。
2.1.2 无线模块与无线模块通信
在数据采集系统中使用无线模块的透明传输模式, 它起到替代串口线的作用。所有通过DIN引脚接收到的UART数据依次由RF模块发送。收到RF数据时, 数据被直接送出到DOUT脚。相邻无线模块之间可以自组网, 以此拓宽无线通信的传输距离[2]。
2.2 无线数据采集单元设计
无线数据采集单元电路设计框图如图4所示, 主控制单元为无线数据采集单元的核心, 它控制采集系统的A/D转换、GPS模块和无线模块。GPS模块为系统提供位置信息、时钟信息和秒脉冲PPS信号, 与主控单元通过异步串行端口进行通信, 实现时钟、位置信息的接收秒脉冲输出PPS引脚接入主控单元的外部中断源INT0, 控制无线数据采集系统同步采集[3]。
3 系统软件设计
为了使程序编写、调试方便以及结构清晰, 软件开发采用模块化设计, 整个数据采集系统主要包括以下几个模块:主程序设计、数据采集程序设计、GPS程序设计和无线通信程序设计[4]。
3.1 主程序设计
系统主程序流程框图如图5所示。系统上电进入初始化后, 处于等待上位机下发命令状态。各数据采集单元收到上位机下发的命令后进行ID号匹配, 只有ID号与上位机下发的ID号匹配才开始解析上位机下发的命令。解析成功之后执行相应的指令。
3.2 数据采集程序设计
系统数据采集部分由地震检波器将地震波信号转换成电信, 经过调理电路放大、滤波等处理后, 经差分输入接入A/D转换, 进行模数转换得到数字信号。A/D采集程序流程图如图6所示。系统通过GPS模块的PPS信号使个数据采集单元进行同步采集。
3.3 GPS程序设计
GPS数据接收程序流程图如图7所示, 图中GPS_RX为GPS接收数据计数器。当无线数据采集单元接收到上传GPS命令时, 主程序中使能GPS数据接收, 串口0中断服务程序中接收GPS数据, 首先检测GPS数据帧头开始“$”, 检测到“$”后, 开始接收串口0的数据, 接收到6个数据时, 判断数据帧头其余数据是否正确, 正确的数据帧头为“GPGGA”。如果数据帧头接收正确, 则其后的数据帧均接收到接收缓存数组;如果数据帧头接收不正确, 则清零GPS接收数据计数器GPS_RX, 重新开始GPS数据接收。NMEA-0183标准语句格式帧结束为CR+LF, 当接收到0x0d和0x0a时, 说明GPS数据已接收完。
3.4 无线通信程序设计
为了保证无线数据采集单元能接收到上位机发送的命令, 串口1一直处于打开状态。命令接收程序流程图如图8所示。上位机下发命令为8 B, 其中前4个字节为数据帧头“$DZD”, 第5个字节为ID号, 第6个字节为命令字, 第7、8个字节为参数。如果数据帧头接收正确, 则其后的数据帧均接收到串口1接收数据数组;如果数据帧头不正确, 则清零命令接收计数器CMD_RX, 重新开始命令接收[5]。
无线数据采集单元上传的数据包括GPS数据、数据采集单元状态数据和有效数据。主控单元通过串口1将要上传的数据发送给无线模块, 无线模块转发给上位机。GPS数据、状态数据和有效数据上传程序设计思想类似。
上传回上位机的有效数据包含触发坐标、起始时刻和有效数据, 3组数据之间通过回车符分开, 3组数据的帧头分别为“$CFZB”、“$QSSK”和“$YXSJ”, 每组数据帧头后增加ID号, 再发送有效数据。
4 系统测试
无线同步数据采集系统的测试分为两个阶段进行。第一个阶段为电路板测试, 测试系统各部分功能是否正常;第二个阶段为现场测试, 测试系统在真实地理环境中数据采集的精确度、稳定性和可靠性。
4.1 电路板测试
系统单个无线数据采集单元调试中, 测试电路ID号为2号, 系统上电后处于待机状态, 调试软件选择COM口, 配置波特率为57 600 b/s, 测试上传GPS和查询状态命令结果如图9所示, 左侧窗口为ASCII码显示, 右侧窗口为16进制显示。通过调试端口发送上传GPS命令, 命令16进制显示为“24 44 5A 44 02 12 00 00”, 收到上传的GPS数据, 包括ID号02、时间信息、经纬度信息等;再发送查询状态命令“24 44 5A 44 02 44 00 00”返回02号单元处于12命令状态。通过测试1说明, 通信控制中心与无线数据采集单元之间的无线通信正常无线数据采集单元上传GPS命令和查询状态命令工作正常。
系统采集数据的测试结果如图10所示。等待GPS模块信号稳定后, 发送启动采集命令“24 44 5A 44 0277 00 00”, 再发送查询状态命令, 返回数据表明02号单元处于采集状态77, 状态正确, 等待震动触发。若没有触发信号, 则发送上传有效数据命令, 返回数据“NO-DATA”。若敲击02号单元产生震动信号, 则发送上传有效数据命令, 返回起始时刻, 触发坐标, 还有200个 (系统默认上传有效数据个数为200) 有效数据。通过测试2说明系统采集部分工作正常。
系统设置参数的测试结果如图11所示。上位机发送有效数据长度设置命令“24 44 5A 44 02 66 00 64”, 命令中66为命令字, 参数为2 B, 修改有效数据长度为100, 十六进制表示为64。接着查询状态, 返回02号单元处于参数设置状态66。然后再进行数据采集, 观察有效数据长度是否已修改, 由返回数据可见, 有效数据长度参数设置成功, 返回有效数据100个。通过测试3说明系统参数设置程序工作正常, 能够实现参数的远程配置。
4.2 现场测试
系统进行了现场实地测试, 测试多个无线数据采集单元能否实现数据的同步采集。将6个无线数据采集单元在1 m范围内排布成圆形, 以保证无线数据采集单元能够采集到震动信号。通信控制中心距离无线数据采集单元5 m的地方。实验开始后, 首先打开电源开关, 上传GPS信号, 配置比较电压值为100, 有效数据长度为200。发送采集数据命令, 查询系统状态, 6个无线数据采集单元处于采集状态, 在圆形中央人工激发震动, 上位机下发上传有效数据命令, 接收有效数据。将接收的有效数据利用上位机测试软件绘制成波形, 如图12所示。
分析采集数据波形图可知, 6个无线数据采集单元的有效数据都接收完整, 大于比较电压的数据为震动触发数据, 在图中为波形起伏部分。波形左侧为单元ID号, 起始时刻和触发坐标。采集单元距离震源远近不同从图中数据可以看出触发坐标相差1~2个点。6个采集单元的起始时刻完全相同, 都为“24907”, 说明起始时刻为2点49分07秒, 07秒6个单元同步采集数据。为了验证系统的可靠性, 现场做了多次触发采集, 结果基本相同。说明系统能够完成数据的无线同步采集, 达到了预期设计目标。
5 结论
实验证明, 该分布式无线同步数据采集系统能够达到数据的同步采集和数据的无线传输。系统工作稳定操作简单, 具有较高的工程使用价值, 给基于分布式的系统设计提供了参考。
参考文献
[1]刘妍, 马艳娥, 陈思.一种基于单片机串口的数据采集系统设计[J].电子测试, 2011, 9 (9) :59-60.
[2]詹新生, 张江伟.基于AT89S51的无线数据采集系统设计[J].实验室研究与探索, 2011, 30 (4) :201-202.
[3]尧鹏, 谢志江, 余中云.一种高精度数据采集无线传输系统硬件设计[J].重庆大学学报 (自然科学版) , 2006, 29 (4) :9-10.
[4]陈湘平, 房莉.基于ZigBee的数据采集系统设计[J].测控自动化, 2009, 25 (4-1) :99-100.
分布采集 第3篇
关键词：一体化电网运行智能系统,地县一体化,分布式采集,运行策略
0 引言
“十二五”期间, 南方电网将持续快速发展, 电网运行特性更加复杂, 对电网调度二次系统的技术支撑能力提出了很高的要求。在电网运行监控系统的建设方面, 传统模式下独立建设的地、县级电网运行监控系统已不能满足要求。
地县一体化将地区电网运行监控系统与所辖内各县调电网运行监控系统通过广域网进行远程互联, 使之逻辑上成为一体, 实现数据资源共享、技术和设备资源共享, 节约系统维护及建设成本, 在更大范围内实现了调度系统的整合与集成。地县一体化电网运行监控系统由于地调、县调系统之间是相互联系相互影响的, 所以较之于传统模式下系统在运行策略上有较大区别。为此, 针对分布式采集方式下的地县一体化电网运行监控系统运行策略提出解决方案。
1 地县一体化电网运行监控系统建设模式
1.1 远程工作站方式
远程工作站方式的系统配置如图1所示。
1.2 分布式采集方式
分布采集方式的系统配置如图2所示。
1.3 混合方式
混合方式的系统配置如图3所示。
2 存在问题
对于远程工作站方式来说, 县调工作站只作为地调主系统的节点, 在系统运行上与传统模式的系统无很大区别, 但这种模式下地调与县调之间通信中断将导致县调失去监控;对于分布式采集方式来说, 在正常运行情况下地、县调子系统数据是统一处理、统一存储, 而地调与县调之间通信中断后县调子系统仍能独立运行。所以应充分考虑分布式采集方式下地调与各县调子系统网络中断与恢复过程的应用切换、数据存储、数据维护等工作内容。
为了确保分布式采集方式地县一体化电网运行监控系统正常运行, 需要解决以下几个问题:
(1) 地县一体化电网运行监控系统如何实现数据的统一处理、统一存储。
(2) 地、县系统解列后, 县调子系统如何保持正常运行。
(3) 地、县系统之间恢复通信后如何实现数据同步。
3 解决方案
在地县一体化电网运行监控系统上部署一种运行策略, 系统正常运行时, 地调主系统和县调子系统之间实现数据分散采集、统一处理、统一存储;系统解列运行时, 解列县调系统升为应用主系统, 地调系统和县调系统各自独立正常运行;系统恢复后, 地调主系统和县调子系统之间能实现数据自动同步。
3.1 应用部署与运行策略
3.1.1 应用部署
地调主系统需要部署SCADA、FE、HIS、ALARM、RDB应用, 县调子系统需要部署SCADA、FE、HIS、ALARM应用。县调子系统各应用均部署为备选值班节点, 且地调主系统节点的应用优先级高于其他县调子系统的应用优先级。
3.1.2 运行策略
系统正常运行时, 地调主系统各应用值班, 县调子系统FE将采集数据送往地调主系统SCADA进行处理, 然后转发给县调子系统, 实现地、县调系统监控功能。历史数据由地调主系统HIS应用统一存储。
系统解列运行时, 县调子系统SCADA、FE、HIS、ALARM自动转为值班。县调子系统FE将数据送往本地SCADA进行数据处理, HIS将本地SCADA数据存储在历史日志文件中。此时, 地调主系统HIS应用也在存储历史, 但不存储通信中断的县调子系统需存储的厂站。
系统恢复正常运行时, RDB应用需找寻县调子系统存储的历史日志, 然后回写历史数据库。系统恢复时, 县调子系统前置与地调主系统SCADA进行正常数据交互。
3.1.3 系统维护
各维护应用只部署在地调主系统节点。地县通信中断系统解列时, 县调子系统不进行SCADA、ALARM维护, 但可以在实时库中修改前置通道参数。
3.2 数据缓存与恢复
当地、县调之间通信中断后, 地县一体化电网运行监控系统出现分区解列运行, 必将导致地调主系统与解列县调子系统间的数据不同步。为了避免解列期间县调子系统数据丢失, 保证系统恢复正常运行后能够保持全系统数据的完整性, 需要将县调子系统在解列期间的数据进行有效缓存, 并且能够在县调子系统由解列运行恢复到正常运行后各数据同步到地调主系统, 以保证地县一体化电网运行监控系统数据的实时性和完整性。
3.2.1 数据缓存
(1) 历史采样数据。
缓存策略:当县调子系统处于解列运行状态后, 需要过滤出解列县调所管辖厂站的历史采样数据点进行采样, 同时, 为了进一步保证采集到的数据的准确性, 对采集数据的通道质量进行判定, 只有当采集数据通道状态正常时, 所采集的数据才认为是有效的, 否则将采集的数据丢弃。
缓存方法:当系统处于解列运行状态时, 无法获取相关的数据库服务, 系统采用写文件队列的方法, 将提交给商用库服务的SQL语句缓存到本地系统文件中, 当解列系统恢复并列运行后再将这些文件重新提交。
(2) 历史告警记录。
缓存策略:为了保证地县一体化系统恢复正常运行后系统数据的完整性, 系统出现分区解列运行后必须将解列县调子系统的历史告警信息完整保存, 并且为了能区分哪些告警属于解列县调子系统运行期间的告警记录, 在保存解列系统告警记录时, 在告警内容中追加“解列”标记。这样既有利于监控值班人员知道当前系统处于解列运行状态, 也为后期正确分析事故原因提供有效帮助信息。
缓存方法:将历史告警记录形成SQL语句后以文件缓存方式缓存到本地系统, 当解列系统恢复并列运行后再将这些文件重新提交。
(3) 人工操作信息。
缓存策略:只缓存部分重要操作信息。重要操作信息是指能够改变系统运行方式的操作信息, 其中包括量测封锁操作信息、告警抑制操作信息、置牌操作信息。
缓存方法:将人工操作信息缓存到本地实时库中。利用本地实时库可以以表格的形式提供比较详细的信息记录方法, 例如:人工封锁操作, 可以详细记录人工封锁值、操作时间、操作人等信息;标志牌操作, 不仅需要记录操作的设备, 还需要记录标志牌本身的属性信息 (告警抑制、遥控闭锁、量测封锁等属性) 。
3.2.2 数据同步
(1) 历史采样数据、告警记录。
历史采样数据、告警记录是以文件方式进行缓存的, 并且在数据缓存机制中已经对历史采样数据和告警记录分别进行了数据可靠性处理。系统中设计了一个历史采样数据、告警记录同步的模块。该模块在系统由解列运行恢复到正常运行后, 立刻搜索解列县调子系统本地缓存的历史采样、历史告警数据文件, 然后解析数据文件, 获取解列期间的历史采样和告警数据, 重新将这些数据提交给地调主系统数据库服务。地调主系统数据库服务接收到相关请求后, 将相关历史采样、历史告警数据存储到商用库中, 保证解列期间历史采样数据和告警数据不丢失。
(2) 人工操作数据。
人工操作数据以记录的方式缓存在本地实时库系统中, 因此, 当系统恢复正常运行后, 需要在解列县调子系统上启动人工操作数据同步模块, 该模块负责提取解列期间保存的人工操作数据, 并根据不同的操作采取不同的恢复方法来完成数据的同步。其中操作类型主要分为以下3类:
1) 量测封锁操作同步:同步地调主系统中对应设备的状态, 对该状态增加封锁状态, 修改对应设备量测值为封锁记录中的封锁值;还需要在系统中增加对应设备的封锁记录。
2) 设备告警抑制操作同步:同步修改系统中对应设备的状态, 对该状态增加告警抑制状态;还需要在系统中增加对应设备的告警抑制操作记录信息。
3) 设备挂牌操作同步:从地调主系统实时库中获取标志牌定义表中该类型标志牌属性信息, 根据标志牌属性信息同步地调主系统中对应设备挂牌后的设备或量测状态;还需要在系统中增加对应设备的挂牌记录。
考虑到地县一体化电网运行监控系统的多机、多应用冗余配置, 以上所有人工操作信息不仅应在系统应用主机上同步, 还需在系统应用备机上同步, 从而保证全系统各应用节点数据的一致性和准确性。
4 结语
结合兴义电网实际运行情况, 就地县一体化系统运行过程中的数据同步、数据缓存等问题提出解决方案, 可为其它地区电网运行监控系统建设提供参考。
参考文献
[1]李红蕾, 戚伟, 陈昌伟.智能电网模式下的配网调控一体化研究[J].陕两电力, 2010, (5) :91-93
分布采集 第4篇
随着电网不断扩大, 城乡一体化进程加快, 地县调自动化系统集约化、扁平化、专业化管理的发展趋势成为主流, 建设地县调控一体化系统势在必行。地县调控一体化系统拟采用广域分布式技术, 充分利用电力通信资源把地区调度自动化系统和各县的县调自动化系统广域远程互联, 使之逻辑上成为一套调度自动化系统, 实现数据资源、技术资源、设备资源的共享, 实现冗灾与备用, 适应国网公司提出的“大运行”管理模式, 为电网一次系统的管理变革提供技术支持。
1 分布式数据采集系统的建设思路
温州地县调控一体化系统采用南瑞OPEN3000系统, 由地调主系统、8个县调分布式子系统 (乐清、瑞安、平阳、苍南、永嘉、泰顺、文成、洞头) 和220千伏监控中心系统 (备用系统) 组成。地县调控一体化采用广域分布式采集模式。地调集中建设地区调控一体化主系统, 即在温州地调建设自动化主系统, 实现主网调控一体化的各项功能;各县调保留前置数据采集能力和应急系统独立运行功能, 在县调配置独立的前置采集设备和应用服务器, 采集当地所辖变电站信息, 并考虑实现配网自动化的基本功能。系统的数据采集功能由分布在地调及县调的多个广域节点共同完成。
分布式数据采集系统需具备以下几个功能: (1) 统一建模与数据共享。各县调可在当地进行厂站建模, 数据统一存储至主系统, 同一个厂站只需一次建模, 即可实现全网共享。同时, 也支持在任一节点访问系统数据库的所有数据。 (2) 广域分布式数据采集。正常情况下, 地、县调按就近采集的原则负责所辖变电站的采集, 再将分布采集的数据汇总至地调主系统后台进行统一处理;系统解裂运行模式下, 解裂的县调子系统仍按就近采集原则负责该县所辖变电站信息采集, 保证系统监控基本功能不受影响, 地调主系统通过及时启动相应网络通道实现对解裂县调厂站的数据采集。 (3) 分区解裂运行和解裂恢复处理功能。正常情况下, 地县调主干网相连, 各县调通过网络远程获取地调主系统服务来实现本县的调度自动化功能。若县调出现无法获取地调主系统服务的故障情况, 如地调主系统异常或地县联网中断, 则一体化系统处于分区解裂运行状态。在解裂情况下, 县局子系统仍可保证SCADA实时监控功能、分布式数据采集及短期历史数据存储的正常运行。在地调主系统恢复正常或地县联网恢复, 县调可获取地调主系统服务的情况下, 可自动恢复子系统与主系统一体化运行, 在解裂运行期间县调采集的数据可自动同步恢复到主系统中, 历史数据和模型可手动或自动同步到主系统中。
2 分布式数据采集系统实施过程
2.1 分布式数据采集系统主站实施过程
(1) 做好服务器资源调配调查工作。 (考虑到县局规模适中, 两台前置服务器可以兼顾SCADA功能, 因此决定隔离出一台SCADA服务器作为升级服务器, 同时考虑到系统建设初期县局PAS高级应用模块未投入使用, 且系统升级后县局子系统的高级应用由地县调主系统统一实行, 因此可以将PAS服务器作为升级服务器) 。 (2) 对服务器进行相应的应用冗余配置 (尽可能的在各服务器上配置冷备应用节点) , 确保隔离出两台服务器后, 系统应用仍能实现主备互补, 避免出现某应用单一运行的情况, 并观察服务器运行情况是否正常。人为的退出某个应用进行测试, 冷热备应用节点是否能够接替成为运行应用节点, 测试成功后方可进行升级。 (3) 对隔离出的服务器进行程序升级配置成地县调控一体化系统的子系统前置服务器节点。观察两台前置服务器在地县调控一体化系统整体的运行情况。 (4) 在主站侧配置该县局子系统的各项服务, 例如区域设置, 告警区域确认, 链路连接状态告警等, 配置完成后观察其运行状态并做断开县局子系统网络的测试, 确认主站端是否能够收到正确的告警, 县局子站系统的两台服务器是否能独立运行。 (5) 导出县局运行系统的数据图形模型, 并做相应的基础数据整治处理, 使其符合规范要求。 (6) 按照地县调控一体化系统主系统的总体划分原则, 将县局子系统的区域, 厂站编号, 厂站区域, 厂站通道命名等进行设置, 确保没有与系统内其他区域冲突。 (7) 导入新升级的县局子系统, 并通过模型拼接将其与地县调控一体化系统的主系统进行连接, 使模型维护到主系统侧。同时观察主系统侧的数据图形是否更新了子系统的图形, 图库是否一致。 (8) 安排县局子系统的厂站接入, 同时进行厂站通道规划。县局110千伏变电所应至少具备两路不同通道一路到县局前置交换机, 另一路到地区主站的前置交换机。县局子系统管辖的35千伏变电站则只需连接县局子系统, 主站则不接通道, 但是数据入地县一体化数据库。 (9) 在厂站通道接入后做广域网分布采集数据测试, 分别断开县局子系统厂站通道或者主站系统通道, 查看主站或子站系统能否各自正常采集。 (10) 同时断开县局子站系统与主站系统的前置网络, 观察县局子系统能否完成数据的采集监视和存储, 短期内能否独立承担县局的业务, 而不影响县局调度业务的正常运转。
2.2 分布式数据采集系统厂站接入实施过程
县局所辖35千伏及110千伏变电站接入县调主站系统并实现无人值班遥控功能。数字通道已具备条件的变电站形成至调控一体化系统县调前置2路网络104通道主用及1路模拟101通道;至调控一体化系统地调前置2路网络104通道主用及1路模拟CDT通道备用;至监控中心 (备调) 系统2路网络104通道的接入方式, 暂时未具备数字通道接入要求的变电站需形成至调控一体化系统县调前置及地调前置分别配置完全独立的1路模拟通道。具体接入实施过程如下:
(1) 新增至调控一体化系统县调前置、调控一体化系统地调前置及监控中心 (备调) 系统网络104通道, 即每台远动机各增加6个主站前置IP地址。网络通道具备遥控功能。对于远动设备不具备104接入条件的站暂不接入网络通道。 (2) 保留原有县调模拟通道接入调控一体化系统县调前置, 至调控一体化系统地调前置模拟CDT通道从OPEN2000系统并接并新增下行通道 (部分站若原OPEN2000系统通道与县调通道并接则需新增一路通道) 。 (3) 接入信息表与以县调信息表为准, 县局数据库及画面需在调控一体化系统上重新制作。 (4) 安排信息核对工作。104网络通道及CDT模拟通道分别核对。
3 结束语
目前, 温州地县一体化调控系统已成功通过实用化验收并顺利运行, 为温州电网“大运行”体系的完善提升提供了重要的技术支撑手段, 并为下一步全面建设温州电网智能调度技术支持系统打下了坚实的基础。分布式采集系统的应用实现了数据资源、技术资源、设备资源的共享, 节约系统维护成本及建设成本, 提高调度自动化系统的可靠性, 节约了大量人力资源、系统建设与运行维护成本, 提高了调度自动化系统的可靠性, 符合国家电网公司提出的“三集五大”的目标, 对于新型电力建设开拓了一条崭新的道路。
摘要：为适应电力体制改革逐步深入和“三集五大”逐步完善的需要, 满足地县两级调度机构在正常运行和应急状态下对信息的需求, 文章以温州电网调度自动化系统分布式采集技术为研究对象, 研究地调和县调自动化主站系统分布式采集方式的实施方案。该方案在温州电网地县调控一体化自动化系统改造工程中得到实际应用, 取得了显著效果, 证明了其可行性和有效性。
关键词：地县两级,调度自动化,一体化,分布式
参考文献
[1]国家电网公司.Q/GDW Z 461-2010.地区智能电网调度技术支持系统应用功能规范[S].
[2]国家电网公司.关于加强地县级备用调度建设工作的意见[Z].2011.
[3]黄邵远.地县级调度自动化一体化主站系统建设思路[J].电力系统自动化, 2009 (20) .
分布采集 第5篇
关键词：广播发射机,人机界面,数据采集,windows环境,图形窗口,BITBUS通信网
0引言
广播发射机应用windows环境下的测控技术是一个比较新的领域。由于发射机现场情况各异, 发射机型号多样, 功能要求差异大, 干扰信号强, 使得广播发射机测控技术的应用推广遇到了困难。我国广播发射机设备大部分比较落后, 操作以手工为主, 执行人员劳动强度大, 播出质量受到人为因素的限制。为了改变这种状况, 对原有设备进行现代化技术改造势在必行。系统根据广播发射机的特点结合山西广播电视局328台的实际情况而设计。系统使用PC机和STD5000系列工业控制机, 用BITBUS总线进行联网通信, 在windows操作环境下实现了对多台广播发射机进行分布测控, 集中管理。这对目前提高广播发射机测控管理水平具有重要的意义。
1系统的工作原理
整个系统由上位机、下位机、BITBUS通信网及UPS组成, 系统结构如图1所示。
1.1上位机
上位机由通用PC机加BITBUS网络卡STD5P67构成。由于上位机放置在监控室内, 其温度、湿度和粉尘等指标接近普通办公室环境, 但电磁干扰强。根据这一特点, 决定增加相应抗电磁干扰措施, 这样即可达到系统设计要求, 又降低了系统成本。PC机主要完成人机接口, 数据处理, 系统管理等功能。
BITBUS网络卡是BITBUS通信网的通信接口卡。它用来完成与下位机进行的通信, 完成数据 (命令) 的交换。
1.2下位机
下位机采用工控机以适应恶劣的工作环境。所采用的下位机是STD总线工控机, 它支持模块多, 体积小, 抗干扰能力强, 且性能价格比高, 非常适合于工业现场。通过选择所需的模板, 装配成目标系统和国内流行的PC系列联机使用, 利用PC系列机丰富的软硬件资源开发STD系统应用程序。开发过程简单实用, 可缩短开发周期。
系统所用STD5000工控机主要模板及功能如下:
(1) STD5081CPU板, 是一种高性能的准16位STD总线CPU模板, 它完成对工控机的控制和管理。
(2) STD53725373板, 是32路光隔离开关量输入输出板, 用于采集发射机的开关量, 并完成对发射机开机、关机等控制。
(3) STD5488高速光隔离32路12位AD板, 用来完成对发射机模拟量的采集。
(4) STD5123模板是带后备电池64 kB存储器板, 它的作用一是保存重要的标志, 当下位机程序由于某种原因出现故障, 并恢复重新工作后, 能从存储器中读出发射机当时工作状态, 使系统恢复到故障前的状态;二是用于下位机采集数据的备份区和缓冲区。以防止系统通信时采集数据的丢失。
(5) STD5P67STD5657模板, 是BITBUS通信接口卡模板, 其中STD5P67用在上位机, STD557用在下位机。
某台有四套发射机:900 kHz新闻台和107 kHz经济台均为主机50 kW, 备机10 kW;1 386 kHz生活台和567 kHz交通台为主机, 备机都是10 kW并机播出 (互为主备) 。
根据发射台现场的情况, 每台下位机控制一套节目的主、备机, 分别完成对发射机的控制和工作参数的采集。下位机配置如图2所示。
1.3通信接口
由于发射机体积大, 分布放置间隔远, 因而通信距离较长, 同时由于现场电磁干扰强, 因而通信方式的选择很重要。选用抗干扰强的通信接口卡STD5P67和STD5657, 通过三芯屏蔽电缆用RS485异步通信方式, 通信连接如图1。
系统工作中, 上位机要监控4台下位机, 在上位机与下位机通信过程中, BITBUS通信网通过在发送报文的报文头中填入下位机站号来解决机号 (站号) 识别问题。下位机的站号由STD5657通信接口卡上的跳线来设置。上位机在通信时, 各站下位机通信在发现网上有报文传送时, 便同时接收报文。如果报文站号与本机号相同, 则接收报文, 否则废弃本次接收的报文, 等待下一次接收操作。
整个系统工作于“主从”方式, 每次通信由上位机发送一个命令 (报文) 启动, 这时下位机产生一个中断, 完成命令或数据的接收和发送。上位机使命令分为通信命令和动作命令。通信命令启动一个数据交换过程。它包括: (1) 上位机发送数据, 下位机接收数据, 如上位机向下位机传送动作命令用来指挥下位机完成对发射机的控制, 如开机、关机。 (2) 下位机发送数据, 上位机接收数据, 如上位机读取下位机采集的发射机工作参数。UPS用在供电系统故障时, 为测控系统供电。
2软件设计与主要功能
整个软件由汇编语言和C语言模块组合而成的。其中上位机程序分为前台程序和后台程序两部分:前台程序在windows下利用Borland C++集成开发环境开发完成;后台程序是一个内存驻留程序, 用汇编语言编写而成。四台下位机程序全部由汇编语言编写。
2.1上位机前台程序
整个测控系统由上位机前台程序模块统一控制和管理。将占机时较多的数据采集和初步处理工作, 让各台下位机完成。前台程序是用C语言编写的, 前台主控程序由菜单驱动, 采用国际流行的windows图形窗口界面形式, 用中文显示和提示, 便于操作和掌握。
上位机主要完成的功能为:
(1) 模拟发射机面板显示:动态显示发射机系统的工作状态。
(2) 数据实时显示:实时显示发射机关键监测点的工作电压、电流。
(3) 报警提示:开关机过程或巡回监测过程中如果发现工作电流和电压等状态异常, 用中文提示和声音报警。
(4) 校时插播功能:利用上位机系统时间校正下位机现场时间;除固定时间播出外, 提供随时插播功能。
(5) 键控功能:特殊情况下, 值班人员可利用这一功能控制发射机, 实现人工键控开关机。
(6) 检索功能:利用此功能操作人员可以查阅日记录, 故障统计表等信息。
(7) 存档功能:定时记录巡检数据, 发现故障报警, 同时记录故障信息。
(8) 打印功能:打印值班报表, 故障点参数值, 故障时间。
(9) 通信状态监测:监测通信网是否工作正常。
当主控程序运行时。它要求下位机报告下位机当前的工作状态。上位机主控模块根据下位机当前的工作状态进入不同的处理过程, 即开关机 (包括倒机) 过程, 巡检处理过程。
在开关机处理过程中, 上位机根据下位机开关机的进程将发射机各种开关指示灯的状态实时显示在屏幕上。同时将开关机过程的各种信息存入当天的开关机日志中。故障倒机处理与开关机处理基本相同。
在巡检状态中, 上位机将下位机采集到的经过初步处理的数据提取上来。经过格式转换, 标度转换之后, 将主要模拟参数实时显示在屏幕上。并根据开关量数据, 更新屏幕的发射机开关状态。如果发现下位机倒机条件成立, 则进入倒机处理状态。同时上位机将下位机送上的几个指定时刻发射机所有监测点的工作参数存档, 并记录巡检过程中发生的各种事件。
2.2上位机后台程序
后台程序主要完成与上位机前台程序和下位机程序的通信。其中上位机前台windows程序与后台程序的通信利用一个特殊的指针来完成。这个指针利用windows程序段选择符标号创建, 它与DOS下C语言中的长指针类似, 只不过它被允许在windows环境下读取指定的内存区域。前台程序通过这一指针来读取和填写后台程序数据区, 以完成前后台程序之间的数据交换。后台程序与下位机程序的通信是在BITBUS网络卡之间报文传输协议之上, 新建一层高层协议来完成命令、数据的传送。这样可使上位机和下位机之间通信处理过程简化。其中下位机站址的识别是在报文传输协议层上由BITBUS网络卡完成的。系统通信原理如图3所示。
2.3下位机程序
下位机程序是4台下位机程序的总称。每台下位机程序完成的功能基本相同, 可分为两部分:通信模抉和下位机测控模块。通信模块用来根据通信协议完成与上位机的数据和命令交换。当上位机发出一个命令 (报文) , 下位机接口卡产生一个中断, 中断服务程序处理通信卡接收到的命令, 之后进行分析。如果是数据交换命令, 则作好接收发送数据的准备, 接下来进行数据接收发送。如果是动作命令则执行相应的操作。下位机测控模块一方面完成对发射机进行控制及开关量和模拟量的采集;另一方面对采集的结果进行预处理 (对模拟量进行滤波处理等) , 最后将结果存入特定的缓冲区, 等待上位机的读取。
3结束语
该系统已在该台试运行。由于采用了抗强干扰的通信方式, 以及对关键电路和传输线的屏蔽、去耦滤波等措施, 系统在强电磁干扰下, 运行情况良好, 对发生事件反应迅速, 界面友好, 操作简单, 减轻了操作人员的劳动强度和缩短了培训时间, 提高了管理水平和播出质量, 满足了电台和发射台管理要求。系统设计可靠, 结构简单, 成本低, 适用于广播发射机的技术改造。
参考文献
[1]STD BUS Data book, Win system[S].1990.
[2]魏庆福.STD总线工业控制机的设计与应用[M].北京:科学出版社, 1991.
[3]麦科德 (美) .BorlandC++3.1开发windows应用程序[M].钟向群, 等译.北京:清华大学出版社, 1992.
[4]周明德.微型计算机IBMPC (0520) 系统原理与应用[M].北京:清华大学出版社, 1985.
[5]张怀莲.IBMPC (INTEL80868088) 宏汇编语言程序设计[M].北京:电子工业出版社, 1987.
[6]STD总线控制机模板使用说明书.航空航天部502所康拓电脑公司, 1994.
分布采集 第6篇
NET安全信息管理系统是DSIMS4.0工程安全信息管理软件中最为核心的信息采集技术,NET平台优势众多,其中包括数据访问、分层以及通信等方面,正因为拥有这些优秀的技术,才能使ENT平台成为一个界面大方美观、功能齐全、伸缩方便、扩展性强、信息量大、维护方便的信息管理系统。目前,ENT在各个领域中得到了良好的推广,如 :大坝单项工程安全监测信息系统、大坝多项工程监测信息管理、流域大坝工程信息监测等,是目前我国应用最为广泛的分布工程安全监测采集通信软件。
1 DSIMS4.0 数据系统特点及目标分析
工程安全监测分析,需要对工程电测量和工程物理量进行数据分,DSIMS4.0数据采集通信软件能将南瑞智数据采集单元(也就是NDA),和计算机之间进行对接,并对其进行控制,达到通信目的,从而为工程安全监测提供准确可靠的资料数据。
一般情况而言,DSIMS4.0数据采集软件需多台计算机相互协作,才能完成数据信息采集任务,再与现场DNA之间进行连接,通过端口,将数据信息以无线。有线、卫星、光纤等多种方式进行传输,由于DSIMS4.0数据采集软件伸缩性好、扩展性大,目前,该软件已成为国内外最受欢迎的工程安全监测信息采集软件,如 :我国著名的三线工程,就是利用该软件进行安全监测数据采集。
2 DSIMS4.0 数据系统功能介绍
DSIMS4.0数据采集软件功能强大,其中主要包括以下几个方面 :
2.1 NDA 信息设置功能
如 :NDA时间设置、信息数据采集周期设置、自保通信路径设置、定时测量设置、通道信息设置等,模块功能设置、清除设置等,还能对NDA信息进行查询,
2.2 NDA 信息查询功能
如 :查询NDA时间是否准确,查询通道集合是否有定时进行测量,电源、电池以及电压等模块运行是否正常,查询自报通信路径内的信息是否准确,查询某一时间中,定时启动和非定时时间储存的次数和时间,查询定时和非定时软件测量观测值等等。
2.3 NDA 选点测量功能
NDA选点测量功能主要是通过NDA对用户计算机进行控制,从而对计算机用户选择的单点或多点进行依次测量,并对测量结果进行实时反馈,一般来说 ,NDA可对计算机用户中的单个通道进行多次测量,最高测量次数可达到99次。
2.4 NDA 数据储存功能
NDA数据储存分为定时储存测量数据和非定时储存测量数据两种,定时储存测量数据能在NDA获得观察数据值后,迅速进行自动保存,而非定时储存测量数据则需要在NDA数据观测结果后,选择“保存”人为的将数据保存到信息数据库,否则,则会造成数据丢失的情况。
2.5 数据输出及数据越限报警功能
越限报警功能在数据提取时,能自动识别观测故障,并给予用户报警信号,而数据输出功能,又分为表格输出和图形输出两种形式,用户可根据自身需要,选择观测数据展示方式,更清楚、更直观的了解数据观测结果。
3 DSIMS4.0 数据整体系统实现
DSIMS4.0数据系统在基于C语言开发基础上,为NDA专门定制了一种程序语言,程序员能够通过该语言在NDA平台上开发各种丰富的应用程序,从而实现数据信息的传输,而DSIM4.0数据整体系统的信息传输实现方法也非常多,如多通信路径、多类型端口、多通信协议、多个客户端以及多台采集计算机等,通过这些实现方式,数据采集计算机与NDA之间可通过一条主通信路径和多条备用路径进行通信,当主通信路径出现问题时,NDA通信可自行选择合适的备用路径进行信息传输工作,在选择采集计算机通信端口时,计算机用户需注意,不同类型的通信端口管理和服务对象也不一样,计算机用户需选择对象统一的端口进行信息传输,才能有效的保证信息传输的安全性。
4 结束语
分布采集 第7篇
随着信息与网络技术,并结合考虑Internet和Intranet的发展,应用程序体系结构已由传统C/S向B/S转变,直到目前的多层分布式结构[1]。通过提高信息化程度可以促进规范管理,提高工作效率和考试公信度等目标的实现进程,同时通过实施区、地、县和学校四级信息化,网络化管理,实现相关单位工作管理流程的统一,学生基本信息的统一和考务管理信息的共享。网络教育需求也在快速增长,这就需要建设符合21世纪的教学资源库[2]。由于目前教育资源库建设缺乏统一的标准[3],加上其种类繁多且数据数量巨大,管理起来很不方便,因而需要我们开发出一个网络教育资源管理平台,对教育资源进行统一有效的管理,实现资源共享。
目前,我区高中阶段对学生学籍、考籍等环节的信息化管理水平普通不高,尤其是学籍管理是薄弱环节,反映考生信息不够全面,考籍管理等环节不够科学,现有信息采集量已无法适应国家级考试的需要。之前我区使用的是2003年开发的区级和地州级两个版本的考籍管理系统。该系统为单机版,许多环节还停留在纸介质阶段[4]。现有的管理手段除了上述对工作的制约外,从某种程度上还浪费了许多人力和物力,各环节的衔接也不够完善,最让人深思的是无法解决多民族,多文种,多地区统考的问题。为做到规范各环节的管理以及让系统为多文种化,逐步按照国家级考试的要求规范信息采集工作,必须将各种信息采集和管理功能向下延伸和扩展,扩大信息采集量,建立科学规范的高中学生电子档案非常关键。
本文设计了基于J2EE框架(JSF+SPRING+HIBERNATE)的考绩信息采集和发布子系统,研究了相应的数据采集和发布算法,并用Java语言实现了具体流程,实验结果表明了其有效性。
1考籍信息采集和发布子系统设计
传统的学业水平考试考籍信息管理子系统一般采用读卡方式或单机版系统进行报名,不便于试题的统一组织管理试卷及时评阅及分析,因而不能适应现代教学中根据考试情况及时调整教学进度要求[5]。为此本文研究了一种方法,当本系统开发后将被运用到管理全疆高中学生的报名、报考等信息的采集。同时,将提供较全的信息查询,信息统计,各种报表打印等功能。其各项功能应根据各地,州、县、校等多级管理实际需求的不同,以不同的权限等级分配给不同的职能组或用户群。上、下级管理员所拥有的权限的不同而管理的操作也有限制,明确地分明了上、下级管理员的操作管辖以及分为四个等级,从而实现了规范化管理和提高工作效率的目标。
考籍信息管理子系统建立在系统管理模块基础之上,是其他模块数据处理中必用模块。本子系统的总体应用架构如图1所示。
1) 资源层
又称数据层,该层次为系统提供数据存储服务。数据范围包括学生建档信息、报考信息、成绩、综合评价、考务和其他相关辅助信息。数据可以在文件采集系统进行备份。系统使用SQL Server 2005作为数据库。
2) 服务层
为系统的业务层提供数据访问和文件系统访问服务。其中数据访问部分使用成熟的O/R Mapping框架进行数据访问。本系统使用Hibernate和JDBC实现数据访问。
3) 业务逻辑层
选用Spring,它能很好地整合Hibernate并提供有效安全的Hibernate session操作,Spring在应用上下文中处理Hibernate Session Factory的配置以及处理JDBC数据源,Spring还使应用程序很容易测试。
4) 展现层
使用JSF,其功能主要用于收集用户的输入,控制页面导航将用户输入委托给业务逻辑层等。表示层也能够验证用户输入和维护应用会话状态。
JSF+Spring+Hibernate体系结构是一个多层的非分布式的体系结构.它由客户端、表示层、业务逻辑层、数据资源层系统组成,它将应用程序细分成功能组件并划分到各自所属的层次中,且体系结构的设计独立于采用的技术。这样,就保证了系统清晰的责任划分以及高可维护性和可扩展性。
2数据采集和发布算法的设计
2.1数据采集算法的设计
在内地,实现这些功能的采集和分发算法已经比较成熟,但由于新疆具有:多民族语种,多科目的种类,并且不同学校以语种、民族不同所分布的学生很不均匀。信息采集系统导出来的数据包,是以压缩包文件名格式存放,在新疆27个地州市采用统一的ID号。
从信息采集系统导出来的上报数据包括全部学生的报名信息、报考信息和所有报名学生的照片。采集后的数据包括报名数据、报考数据、实验成绩数据和考试成绩数据,为了区分各种采集的数据,在本系统中设计如下:
依据上述分析,基于B/S上已给出数据的准确性检查流程图,如图2所示。
当采集学生信息前,必须首先地、州、市教育局用户对要转校的所有学生进行考籍变更,从而地、州、市用户基于B/S系统中发布各学校的报名、报考数据,将该数据包发布到采集系统对要转校学生的信息进行修改,保证数据无误,核对所有学生照片完整后发布数据压缩包,该压缩包的文件名格式:ShangBao_20101_010223该文件名的编码方式如下:
表中,① 20101:2010年第一批;② 01:乌鲁木齐市;③ 02:沙依巴克区;④ 23:第二十三中学。
信息采集完毕后,数据被存放到网络数据库中。首先新建数据批次,在数据批次管理内进行操作。批次管理的作用是可以批量地给所要考试的学生进行报考。数据包上传工作结束,随后进行数据采集。采集过程中系统在内部进行学生信息的校对操作。如果该学生的信息已存在,系统显示“考籍号为X的学生信息已存在”的温馨提示,否则采集成功。
采集完上报数据后就是对数据进行审批,仔细研究本系统需求和结合实际情况,本系统中设计了ENUM_BATCH_STATE类,定义如下:
2.2考籍信息发布算法设计
考籍信息发布算法是在考籍信息采集的基础上所建立,指各级用户按照其权限将学生考籍信息发布到该系统的过程,是一个重要的环节。在此系统中使用的数据采集流程图如图3所示。
报考数据的采集是由地州市用户或学校用户完成,地州市用户上传数据包到系统,系统对该数据进行分析并判断该数据包是否是报考数据,如果是报考数据,程序从文件Applies.txt中一行一行地读取数据,在此txt文件中一行数据对应一个学生报考信息,采集的过程中根据要采集的学生考籍号、科目代码,在数据库表Exam_apply中查询该学生,如果在数据库中存在该学生报考科目次数超过系统制定的次数,提示错误信息。
如果数据包采集的是学校用户,那么采集数据后根据数据批次提交数据,然后县市区用户初审该数据包,最后地州市用户审批完成报名数据采集工作。
本数据发布功能保证了全区数据的一致性和完整性。如果采集系统中的数据不小心删掉了或者被病毒感染而损坏,可以从本系统中下载该学校的考籍数据包。
为了区分上传文件的类型,本系统设计了ENUM_APP_FILE_TYPE类,定义如下:
在发布数据包的过程中,发布程序从数据库表EXAM_APPLY和STUDENT_INFO里提取某学校的全部报名信息,报考信息和所有学生的照片,报名信息保存在Students.txt文件中,而报考信息保存在Applies.txt文件中,最终生成像XiaChuan_20102_010563.zip类似的压缩文件,此文件名中XiaChuan:表示该文件是从网络版系统导出的文件,20102:表示考试批次,010563:代表该学校的机构代码。
2.3用户角色及其权限设置
信息发布基于B/S模式上进行,通过分发算法来处理多地区的大量数据[6]。上,下级用户的不断建立以及管辖的不同成功地体现了系统的多层性。
不同角色的设置:①根据用户需求不同为不同角色的用户定制符合其需求的权限;②通过角色控制不同用户对系统数据的访问;③通过不同角色修改不同层次的参数。本系统主要设置以下角色:
1) 报考信息管理员
按实际需求,分为如下四类:
(1) 校级报考信息管理员 录入考生报考信息,打印校对单,确认信息无误后,提交上级审批。
(2) 县级报考信息管理员 汇总、审批考生报考信息。
(3) 地州级报考信息管理员 汇总、审批、修改考生报考信息。
(4) 自治区级报考信息管理员 审批考生报考信息。
2) 考务管理员
按实际需求,分为如下二类:
(1) 地州市级考务管理员 根据县内学校报考情况,进行考区、考点设置、考场编排,并打印相关考务信息。
(2) 自治区级考务管理员 学考报名开始前,发布采集后的信息,编排后生成准考证、生成条形码。
3) 技术人员
进行学校信息管理、用户管理、权限管理、菜单管理、参数设置。
2.4数据库逻辑结构与物理结构的设计
本系统对于语种、民族以及地理不同的问题采取了非常巧妙的方法,给每个地、州、市、县市区,每个语种和民族分别分配了代码。在考籍没有变更的情况下,学校对学生入学到毕业只进行一次报名记录,每个学生的考籍号是随机、唯一的。EXAMINEE_ID(考籍号)的编码方式如下:
表中,① 10:2010年;② 01:乌鲁木齐市;③ 01:天山区;④ 08:乌鲁木齐市第八中学;⑤ 1:汉语;⑥ 0001:第一个学生。
本系统共有48个数据库表,信息较多,限于篇幅,以下仅给出本系统所涉及到的几个数据库表的表结构如表1至表4所示。
2.5信息采集文件结构设计
上级部门采集完的数据在采集系统中已保存于Students.txt,Applies.txt以及Classes.txt三个文本文件中。多文种、多科目,分布式考籍信息的采集是本系统的创新点。该系统基本信息采集时,严格遵循以下原则:
① 易用性原则 系统具有超强的易用性(安装程序规范,完善,界面友好,安装一次性完成),采用图形化、多文种(汉文和维文)操作界面,只要具有一定计算机操作水平和系统管理专业基础的人即可使用本系统。
② 可靠性原则 信息采集时要保证信息的安全性、准确性、可靠性、确保考生实际信息和报考信息的一致性,应提供实现由于意外或人为因素造成丢失数据的可恢复操作途径[1]。密码以密文形式存入数据库,防止密码泄露。
③ 通用性原则 系统设计要体现各上,下级管理员和学校的实际工作需求,做到各级管理部门的通用,通过各类参数的不同设置,执行有关报名、报考政策,按照统一的标准完成相关工作目标。
④ 便捷的帮助机制 对某些重要操作以及与系统不符而出现数据丢失的操作会有提示与警告。
Students.txt,Applies.txt以及Classes.txt 里面所存放的信息是互相之间同步的,系统对考生进行信息采集之后,发布报名信息,报考信息以及班级信息,从而得到考生完整的基本信息。表5-表7所示三个信息采集文件的结构及其实例部分字段。
3数据采集和发布算法的实现
3.1系统运行环境
本系统将使用Java技术进行开发,开发平台选用Eclipse,其主要工具是MyEclipse企业级开发平台插件,后台数据库选用SQL SERVER 2005,数据库服务器系统Windows 2003企业版,应用服务器是著名的开源项目Tomcat5.0,应用程序服务器是RedHat Enterprise Linux AS 4.0,版本控制系统使用的是CVS。
3.2考籍信息采集的实现
该采集系统一次性解决了多文种问题。登录界面由图4～图6所示,分别以汉文、维文、哈文、柯文形式,管理员根据自己的需要选择登录界面,方便用户理解,避免无意中进行错误操作。
考生根据自己的处境选择报科目和语言,如图7 和图8所示填写学生的基本信息。
对学校级用户,数据成功地采集到系统之后,地、州、市用户有权限对已上传的数据进行查看、操作,从而获得学生基本考籍信息。考籍信息采集总页面如图9所示。
3.3考籍信息发布算法实现
为了使自治区教育厅用户系统地统计各地州市的报考信息,本系统设计了考籍信息总统计,可以按地州市名称、考试批次进行统计。(地、州、市)考籍信息发布页面如图10所示。
从图10可以看出,本系统按学校名称、考试批次、报考语种、报考类型、总人数和13门科目的报考信息设计,最后系统按报考语种进行合计统计。报考总统计的结果可以作为自治区教育厅学考办对各地州市学生考试费的依据。
4结语
多文种、多科目、多地区的学业水平考籍信息管理系统投入使用后,取得了较好的运行效果,其功能能够完全满足多民族、多文种、多地区的应用。采用J2EE框架开发的应用程序带来了明显优势:1)缩短了开发时间;2)搭建的平台具有可伸缩性、灵活性、易维护;3)成功地实现了海量数据多文种、多科目、多地区学业水平考籍信息管理的采集和发布算法;4)能够实现相关各类的报表打印,使用户方便地进行数据备份、回复和删除;5)设计模式使系统结构更明晰,提高了运行效率;6)同时基于B/S模式上还提供了日志界面,各地州有什么技术上的问题直接在上面发表,系统管理员及时答复解决问题,保证用户正常操作。
参考文献
[1]杨秀梅.基于asp.net的网上考试系统的设计与实现[J].实验室研究与探索,2007(2).
[2]王淑云.基于B/S模式的在线考试系统的设计与实现[J].福建广播电视大学学报,2009(3).
[3]阳锋,蔡静.基于J2EE的网上考试系统的设计与实现[J].湘潭师范学院学报:自然科学版,2008,30(2).
[4]郑刚.基于B/S模式的网上教学系统研究与设计[J].计算机工程与应用,2001,37(6).
[5]徐博艺,姜丽红,董理.一种基于J2EE的软件架构的研究与应用[J].计算机应用研究,2006(9).