專利名稱：一種配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及配電自動化領域，具體涉及一種配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法。
背景技術：
配電自動化，是利用電子、通信、網絡技術將配電實時信息進行集成，構成完整的自動化管理系統(tǒng)，實現配電系統(tǒng)的監(jiān)測、保護、控制和配電管理。配電測控裝置，是用來對配電系統(tǒng)變壓器、斷路器、環(huán)網柜、柱上開關、調壓與無功補償電容器、配電線路等進行測量、控制，向上位機提供配電系統(tǒng)運行控制及管理所必需的數據，響應上位機給出的遙信、遙測、遙控、遙調指令的裝置。目前正在大量應用的配電測控裝置，主要用于小范圍聯網、定制化的配電自動化系統(tǒng)中，其與上位機之間的信息交換，大部分是采用MODBUS通信協議或者是非標準的自定義通信協議。MODBUS通信協議采用讀寫寄存器、線圈值的方式交換信息，但是不同廠家所生產的配電測控裝置對于相同物理量所定義的寄存器或線圈地址各不相同，數據格式也是自行定義；采用非標準自定義通信協議的配電測控裝置，物理量表征、寄存器或線圈地址和與上位機的信息交換方法就更不相同。因而在實現配電自動化系統(tǒng)過程中，針對不同的通信協議，上位機與配電測控裝置的信息交換必須開發(fā)不同的通信程序，這導致在配電網的建設、優(yōu)化、維護中，上位機的通信和數據處理程序以及配置必須跟隨配電測控裝置的變化來進行不斷調整，而這種及時的跟隨調整在實際應用中幾乎是不能做到。并且這種跟隨調整， 不僅增加了上位軟件的復雜性，還會引入新的安全漏洞和隱患。

發(fā)明內容
為克服現有技術的不足，本發(fā)明的目的是提出一種配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，使得上位軟件能夠用統(tǒng)一的通信程序與不同類型的配電測控裝置進行信息交換，當更換配電測控裝置時，上位軟件無需進行調整或更改配置。本發(fā)明所述配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，把配電系統(tǒng)中需要測量控制的各個物理量抽象為關系數據庫，對這些物理量的測量和控制通過配電測控裝置與上位機之間發(fā)送和回應以結構化查詢語言SQL語法封裝的通信命令和參數來實現。上位軟件其它功能模塊要處理這些需要測量、控制的物理量，只需訪問關系數據庫即可，配電測控裝置的差異和通信細節(jié)被完全屏蔽。配電測控裝置與上位機之間發(fā)送和回應以SQL語法封裝的通信命令和參數，并不是采用已有的數據庫連接方式，而是采用UDP方式直接發(fā)送和回應命令文本，SELECT命令的結果集采用XML描述。這種方式與已有的數據庫連接方式相比，能夠實現配電測控裝置的即插即用，便于新增和更換配電測控裝置，不論是上位軟件還是配電測控裝置的控制程序，占用資源更少，不會因為底層通信錯誤而導致上層軟件異常，配電測控裝置的控制程序實現更為簡單。
上位機與配電測控裝置之間采用以太網或虛擬專用網VPN連接，構成一個局域網，上位機作為該局域網的默認網關。通信協議棧采用TCP/IP協議棧，傳輸層采用UDP方式，以SQL語法封裝通信命令和參數。上位機與配電測控裝置發(fā)送的命令和應答，包括XML描述的結果集都是明文，如果出于安全性需要加密，采用IPSEC或SSL下層的加密協議實現，這種加密對依照本方法建立的應用層協議而言是透明的。本發(fā)明所述上位機上運行的上位軟件需要關系數據庫管理系統(tǒng)RDBMS支持，上位軟件通過RDBMS對關系數據庫進行訪問。本發(fā)明所述配電測控裝置接入新系統(tǒng)時，需要由外部的動態(tài)主機配置協議DHCP服務獲取本機和默認網關的IP地址。關系數據庫管理系統(tǒng) RDBMS、關系數據庫、DHCP服務器能放在上位機上，也能放在另設的服務器上。本發(fā)明所述配電測控裝置中包含控制程序、數據表、非易失存儲器、隨機存儲器。 這里的數據表指邏輯意義上的關系數據表，其物理存儲實現方式及訪問方法由配電測控裝置開發(fā)者自行定義。本發(fā)明所述配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，包括配電測控裝置接入配置、上位機輪詢配電測控裝置、上位機控制或設置配電測控裝置、配電測控裝置主動上報物理量變化、配電測控裝置主動上報SOE記錄、上位機軟復位配電測控裝置六個通信過程。 各通信過程的具體步驟是1.配電測控裝置接入配置通信過程a.配電測控裝置首次接入一個新系統(tǒng)網絡時，處于出廠狀態(tài)，向DHCP服務器申請 IP地址和網關地址，DHCP服務能運行在上位機上，也能運行在其他服務器上。b. DHCP服務器響應配電測控裝置請求，告知配電測控裝置所分配的IP地址和網關地址。c.配電測控裝置得到IP地址和網關地址，并存入非易失存儲器中。d.配電測控裝置向上位機發(fā)送一條基于SQL語法格式的CREATE TABLE命令，告知上位機本裝置能夠測量的物理量。e.上位機收到來自配電測控裝置的CREATE TABLE命令后，即將該命令直接作為 SQL命令提交給數據庫服務器執(zhí)行，執(zhí)行的結果是在數據庫中創(chuàng)建了一個表征所接入配電測控裝置所能測量物理量的數據表。f.上位機發(fā)送基于SQL語法格式的UPDATE命令給配電測控裝置，告知配電測控裝置需要主動上報的變化開關量、越限模擬量及各個模擬量門限值。g.配電測控裝置接收到上位機發(fā)送來的UPDATE命令后，解析該命令和參數，執(zhí)行設置相應參數的操作，并將自身的狀態(tài)從出廠狀態(tài)變更改為工作狀態(tài)，所設置的參數、狀態(tài)均保存到非易失性存儲器中。2.上位機輪詢配電測控裝置通信過程a.上位機根據上位軟件設定的輪詢周期，向配電測控裝置發(fā)出一條基于SQL語法格式的SELECT命令，告知配電測控裝置要采集哪些物理量數據。b.配電測控裝置收到SELECT命令后，以所要求的物理量的當前采集值構造結果集，并將結果集用XML描述文本回應給上位機。c.上位機接收到配電測控裝置回送的XML結果集后，即將XML結果集提交給數據庫管理系統(tǒng)，由數據庫管理系統(tǒng)將結果集轉換為相應的數據記錄，存入數據庫中。3.上位機控制或設置配電測控裝置參數通信過程a.當上位機需要控制配電測控裝置或者是上位機需要設置配電測控裝置的相關參數時，上位機發(fā)出基于SQL語法格式的UPDATE命令給配電測控裝置，將所需控制的物理量或者需要設定的參數告知配電測控裝置。b.配電測控裝置接收到上位機發(fā)送來的UPDATE命令后，解析該命令并對相應的物理量作出動作響應或者是對欲設定的參數作出修改。4.配電測控裝置主動上報物理量變化通信過程a.當配電測控裝置監(jiān)測到一個需要上報的開關量變化或模擬量越限時，即滿足上述配置過程中所設定的主動上報數據條件時，向上位機發(fā)出一條基于SQL語法格式的 UPDATE命令，將所需上報的開關量變化或模擬量越限狀態(tài)告知上位機。b.上位機接收到配電測控裝置發(fā)送來的UPDATE命令后，即將該命令直接作為SQL 命令提交給數據庫服務器執(zhí)行，執(zhí)行的結果是在數據庫的對應數據表中修改相應的記錄。5.配電測控裝置主動上報SOE記錄通信過程a.當配電測控裝置監(jiān)測到一個需要進行SOE記錄的開關量變化或模擬量越限時， 向上位機發(fā)出一條基于SQL語法格式的INSERT命令，將所需上報的SOE記錄信息告知上位機。b.上位機接收到配電測控裝置發(fā)送來的INSERT命令后，即將該命令直接作為SQL 命令提交給數據庫服務器執(zhí)行，執(zhí)行的結果是在數據庫的對應數據表中插入新記錄。6.上位機軟復位配電測控裝置通信過程a.上位機發(fā)出一條基于SQL語法格式的UPDTAE命令，告知配電測控裝置進行軟復位操作。b.配電測控裝置接收到UPDTAE命令后，解析該命令，執(zhí)行軟復位操作，執(zhí)行的結果是將當前的各物理量值保存到非易失存儲器中，并重新啟動。本發(fā)明所述配電測控裝置具有復位功能，復位動作分為硬復位和軟復位。硬復位由裝置上的復位按鍵觸發(fā)，硬復位后配電測控裝置恢復到出廠狀態(tài)。在接入一個新系統(tǒng)前， 如果配電測控裝置不在出廠狀態(tài)，需要先進行硬復位操作。軟復位由上位機發(fā)來的UPDATE 命令修改軟復位設置項觸發(fā)，軟復位僅導致配電測控裝置重啟。本發(fā)明中，不管是上位機還是測控裝置，對收到的命令執(zhí)行啟用類似事務處理的機制，即命令執(zhí)行前，先記錄該命令將會影響到的值，如果執(zhí)行過程出錯則恢復原有值。對命令的執(zhí)行情況要進行回應，回應方式為1. SELECT命令執(zhí)行成功后，回應為XML描述的結果集；2. SELECT命令執(zhí)行出錯后，回應為
ERROR [收到的命令文本]3.非SELECT命令執(zhí)行成功后，回復方式為0K:[收到的命令文本]4.非SELECT命令執(zhí)行出錯后，回復方式為ERROR [收到的命令文本]命令發(fā)送方在發(fā)出一條命令后，啟動定時器監(jiān)視對該命令的回復，如果超時未收
5到回復，或者收到執(zhí)行出錯后的回復，則重新發(fā)送該命令。連續(xù)3次超時或者收到執(zhí)行出錯的回復，則進行錯誤提示和處理。與現有技術相比，本發(fā)明所述方法在符合IS07498中規(guī)定的開放式系統(tǒng)互連OSI 模型的前提下，采用SQL語法構建通信命令，實現上位機與配電測控裝置之間的信息交換， 提供一種方便靈活的數據讀取、控制和更新手段。本發(fā)明能夠提高上位機程序的可移植性， 在配電測控裝置接入和更換時省去較為繁瑣的調整、配置過程，提高配電測控裝置的可互換性，提升上位機與配電測控裝置之間信息交換的標準化、易用化能力。


圖1為上位機與配電測控裝置連接結構示意圖。圖2為上位機與配電測控裝置的信息交換方法邏輯結構示意圖。圖3為配電測控裝置接入配置通信過程示意圖。圖4為上位機輪詢配電測控裝置通信過程示意圖。圖5為上位機控制或設置配電測控裝置參數通信過程示意圖。圖6為配電測控裝置主動上報上位機通信過程示意圖。圖7為配電測控裝置主動上報SOE記錄通信過程示意圖。圖8為上位機軟復位配電測控裝置通信過程示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，所述上位機與配電測控裝置通過以太網或VPN連接，構成一個局域網，協議棧采用TCP/IP，上位機作為局域網的默認網關，通信基于UDP方式傳輸命令及回應的文本。如圖2所示，在上位機中運行著上位軟件、DHCP服務、數據庫管理系統(tǒng)DBMS，關系數據庫DB_PD也放在上位機上，上位軟件通過DBMS對DB_PD中的數據表進行訪問。配電測控裝置中包括控制程序、數據表、非易失存儲器、隨機存儲器，控制程序和T_SELF、T_CKL數據表保存在非易失存儲器中，T_AL保存在隨機存儲器中。上位機的關系數據庫DB_PD中包含表T_WLL、表T_S0E、表T_PID1至表T_PIDn數據表，上位軟件通過DBMS對其進行訪問。是一個定義配電測控裝置所監(jiān)測、控制的物理量的數據表，該表必需的
字段如下表所示
字段字段類型字段含義F—WLL字符型配電系統(tǒng)中需要或者可以測量、控制的物理量，不能為空F—ZDM字符型給F—WLL定義的標準字段名，主鍵，不能為空F—LB字符型、整形用于表征F—WLL是模擬量還是數字量，不能為空F—IO字符型、整形用于表征F—WLL是輸入量還是輸出量，不能為空
權利要求
1.一種配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，其特征在于該方法將配電系統(tǒng)中需要測量和控制的物理量抽象為關系數據庫，上位機與配電測控裝置與之間采用以太網或 VPN連接，通信協議采用TCP/IP協議棧中的UDP通信方式，傳遞以SQL語法構建的通信命令和回應，實現對物理量的測量和控制；整個信息交換過程包括配電測控裝置接入配置、上位機輪詢配電測控裝置、上位機控制或設置配電測控裝置、配電測控裝置主動上報物理量變化、配電測控裝置主動上報SOE記錄、上位機軟復位配電測控裝置六個通信過程。
2.根據權利要求1所述的配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，其特征在于 上位機軟件中包含數據庫管理系統(tǒng)和應用數據庫；配電測控裝置中包含控制程序、數據表、 非易失存儲器和隨機存儲器；其中數據表是邏輯意義上的關系數據表，其物理存儲實現方式及訪問方法由配電測控裝置開發(fā)者自行定義。
3.根據權利要求1所述的配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，其特征在于配電測控裝置接入配置通信過程中需要外部的DHCP服務支持，配電測控裝置向上位機發(fā)送基于SQL語法格式的CREATE TABLE命令，告知上位機本裝置能夠測量的物理量，上位機將 CREATE TABLE命令直接提交數據庫管理系統(tǒng)執(zhí)行，生成表征配電測控裝置檢測物理量的數據庫表，然后發(fā)送基于SQL語法格式的UPDATE命令，配置配電測控裝置主動上報的開關量變化、越限模擬量及門限值；配電測控裝置解析UPDATE命令和參數，設置相應參數和狀態(tài)， 并將設置參數、狀態(tài)保存到非易失性存儲器中。
4.根據權利要求1所述的配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，其特征在于上位機輪詢配電測控裝置通信過程中上位機發(fā)出基于SQL語法格式的SELECT命令，告知配電測控裝置上位機所要采集物理量數據；配電測控裝置解析SELECT命令，將對應物理量的檢測結果形成XML描述的結果集回送給上位機，上位機軟件根據返回的XML結果集修改數據庫中的對應記錄。
5.根據權利要求1所述的配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，其特征在于上位機控制或設置配電測控裝置通信過程中上位機發(fā)出基于SQL語法格式的UPDATE命令給配電測控裝置，配電測控裝置解析UPDATE命令并執(zhí)行對應物理量控制動作或設定參數修改動作。
6.根據權利要求1所述的配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，其特征在于配電測控裝置主動上報物理量變化通信過程中配電測控裝置發(fā)出基于SQL語法格式的 UPDATE命令，上位機將UPDATE命令作為SQL命令直接提交給數據庫服務器執(zhí)行，在數據庫對應數據表中修改相應記錄。
7.根據權利要求1所述的配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，其特征在于配電測控裝置主動上報SOE記錄通信過程中配電測控裝置發(fā)出基于SQL語法格式的INSERT 命令，上位機將INSERT命令作為SQL命令直接提交給數據庫服務器執(zhí)行，在數據庫對應數據表中插入一條新記錄。
8.根據權利要求1所述的配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，其特征在于上位機軟復位配電測控裝置通信過程中上位機發(fā)出基于SQL語法格式的UPDTAE命令，告知配電測控裝置進行軟復位操作；配電測控裝置接收到UPDTAE命令后，解析該命令，執(zhí)行軟復位操作，執(zhí)行的結果是將當前的各物理量值保存到非易失存儲器中，并重新啟動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種配電測控裝置與上位機之間的信息交換方法，屬配電自動化技術領域。本發(fā)明方法將配電系統(tǒng)中需要測量控制的各個物理量抽象為關系數據庫，以UDP方式傳遞SQL語法格式的通信命令和參數，屏蔽了配電測控裝置的差異和通信細節(jié)。上位軟件需要關系數據庫支持，配電測控裝置內包含控制程序、邏輯意義上的數據表、非易失存儲器和隨機存儲器。整個信息交換過程包括配電測控裝置接入配置、上位機輪詢配電測控裝置、上位機控制或設置配電測控裝置、配電測控裝置主動上報物理量變化、配電測控裝置主動上報SOE記錄、上位機軟復位配電測控裝置六個通信過程。本發(fā)明能夠提高上位機軟件的可移植性，在配電測控裝置接入和更換時省去較為繁瑣的調整、配置過程。
文檔編號H04L12/56GK102185379SQ20111011937
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權日2011年5月10日
發(fā)明者周永錄, 徐斌, 楊小力, 楊曉禹, 楊艷華, 蘇紅軍, 邵益群, 陳云澤 申請人:昆明華奧航星電氣有限公司