1、计量自动化系统原理简介1、 培训内容系统结构介绍。前置机、定时任务、日志服务模块的功能介绍；南网 698 内容：采集任务执行流程介绍,前置机转发数据流程，任务生成/补采策略、任务执行时间调整策略。南网 698 协议讲解（报文例子讲解、实际定时任务报文分析） ，web 通讯原理、web 通讯参数讲解，web 通讯功能使用。广电协议内容：采集任务执行流程介绍,前置机转发数据流程，任务生成/补采策略、任务执行时间调整策略。广电协议讲解（报文例子讲解、实际定时任务报文分析） ，web 通讯原理、web 通讯参数讲解，web 通讯功能使用。 102 内容：采集任务执行流程介绍,前置机转发数据流程，任务生
2、成/补采策略、任务执行时间调整策略。102 协议讲解（报文例子讲解、实际定时任务报文分析） ，web 通讯原理、web 通讯参数讲解，web 通讯功能使用。针对网络通道、串口通道、电话通道等分别讲述原理及参数。前置机判断终端在线条件、前置机监测到终端上下线的处理流程。正反向物理隔离装置讲解，内外网隔离程序原理，采集点/主站监测节点隔离通道参数配置原理。工况原理，主站监测原理，计算/告警原理，系统特性。2、 系统结构2.1 总体架构厂 站 终 端终端层网络层公 变 终 端专 变 终 端 低 压 集 抄 终 端G P R S / C D M A / 3 G 等无线公网前置采集服务器组公 变 终 端
3、专 变 终 端 低 压 集 抄 终 端电 力 专 网主站层数 据 处 理 层业 务 应 用 层数 据 检 查 数 据 计 算 数 据 访 问数 据 交 互 数 据 存 储基 础 应 用 运 行 管 理 系 统 管 理高 级 应 用统 计 查 询省 电 力 公 司 地 市 电 力 公 司系 统 总 体 结 构隔 离 通 道 层正 向 物 理 隔 离 装 置 反 向 物 理 隔 离 装 置计 算 服 务 层计 算 服 务 集 群负 载 均 衡 器 负 载 均 衡 器系统总体分为采集设备层、通讯信道层、前置机采集层、物理隔离层、计算服务层、应用层。其中主站系统包括除采集对象层以外的所有环节。采集设备
4、层是计量自动化系统的信息底层，负责收集和提供整个系统的原始用电信息。该层可分为终端子层和计量设备子层，终端子层收集用户计量设备的信息，处理和冻结有关数据，并实现与上层主站的交互；计量设备层实现用电计量等功能。通讯信道层负责提供各种采集设备接入计量自动化系统的通道，是主站和采集设备的纽带，提供了各种可用的有线和无线的通信信道，为主站和终端的信息交互提供链路基础，支持 GPRS/CDMA 无线通道、光纤网络、串口、电话拨号等多种通道。前置机采集层包括前置机和定时采集两个模块，前置机主要负责对终端通道的管理及在终端和主站其他模块之间转发各种请求，包括数据召测、参数设置、参数召测、控制命令等；定时采集
5、模块负责定时采集原始数据。物理隔离层负责将数据采集层和应用层隔开，同时又提供特定的 API 使用户能够以编程的方式通过正/反向物理隔离装置，为内外网数据交互提供软件通道。计算服务层负责针对各种采集数据进行统计、分析、计算以提供应用层展现所需要的数据。数据处理层负责对各种采集、计算数据进行入库以及为其他系统提供所需要的数据，如接口等。业务应用层负责提供操作本系统的交互界面，方便用户进行日常工作。2.2 软件架构本系统软件分为前置机通讯转发模块、后台定时采集模块、内/外网隔离程序、控制台（jboss） 、计算服务、日志服务、数据库等几大模块。前置机负责管理所有终端的通道；定时采集负责定时发送采集命
6、令、等待接收终端应答并按协议解析数据存库，采集模块与前置机之间的通讯规则遵循主站通讯协议；内外网隔离程序提供内网和外网进行数据交互的通道，同时将外网数据库的档案同步到内网；计算服务负责对采集数据进行各种统计分析和计算，提供应用层需要的数据；日志服务负责收集前置机或定时任务的各种日志，并依据前置机发送的终端通讯报文进行终端工况数据的统计；控制台（Web 服务）提供面向用户的一切应用，包括建档、终端通讯调试、数据分析查询、报表等。前置机定时采集定时采集实时通讯服务日志服务器内网 外网正向隔离装置反向隔离装置计算 服务中间件内网隔离程序前置机档 案 库外网隔离程序中间件全 局 数 据 库档案同步 档
7、案同步命令执行模块 命令转换模块Web服务系统数据流程图2.3 网络结构2 0 1 2 年 2 月 1 7 日页 1计量自动化系统网络结构拓扑图核心交换机防火墙G P R S 、 C D M A采集终端二区日志服务正向隔离装置三区隔离转发服务器 、日志服务二区交换机电力调度专网负载均衡二区三区负载均衡反向隔离装置三区应用服务器 三区采集服务器 三区数据库服务器 三区备份服务器二采集服务器 二区隔离转发服务器正向隔离装置反向隔离装置移动路由器三区计算服务器 综合数据网采集终端M o d e m 池电话线G P S 时钟G P S 时钟采集终端采集终端防火墙其他应用系统三区接口服务器串口服务器汇聚
8、协议转换器外网交换机2.4 硬件架构主站网络的物理结构主要由数据服务器、磁盘阵列、前置采集服务器、计算服务器、应用服务器、备份服务器、工作站以及相关的网络设备组成。主要硬件设备功能： 数据库服务器：负责系统数据的存储。 计算服务器：负责后台的数据计算和处理、为客户端应用功能提供服务，提供 Web 服务； 应用服务器（包括内外网隔离通道服务器、中间件服务器、web 服务器等）：负责提供对底层通道的服务以及对底层数据库操作的接口。 接口服务器：负责与其它系统的接口，或数据交换； 前置、采集服务器集群（包括通信前置服务器、数据采集服务器）：负责完成系统的采集、控制、通信工作，由多台服务器共同组成。
9、备份服务器：负责数据库、操作系统及应用的备份和恢复。 工作站：以 B/S 方式为用户提供工作环境，用户只需通过浏览器即可使用本系统，不需要安装其他客户端程序。3、系统原理计量自动化系统分为数据采集和数据分析查询应用两部分。前置机和定时采集主要采集原始数据，计算服务对原始数据进行计算、分析。3.1 数据采集原理数据采集主要涉及到前置机、定时任务、日志服务。前置机主要功能1、同终端建立通道（包括 GPRS/CDMA，串口、电话拨号，光纤网络等） ；2、给各定时任务程序分配采集终端；3、在终端和定时任务之间转发采集请求与终端应答数据；4、在终端和 web 通讯服务之间转发数据招测、参数设置/招测、控
10、制等请求与响应。定时任务主要功能1、 定时发送数据采集请求，解析终端应答数据帧，并将解析的数据存库；2、 采取优化策略保证采集数据的完整性；3、 提供手工补采数据的功能；4、 采用本地文件缓存的方法保证在数据库不可用的情况下采集数据仍然不丢失。日志服务主要功能1、 接收前置机和定时任务的通讯日志，并保存成文件；2、 接收前置机发送的上行/下行报文，并对报文进行分析，统计出终端工况数据（上/下行流量、终端在线时间、离线时间、是否含有有效数据等） ，每日 0:10 分存库。采 集 对 象G P R S 公网网络信道通 信 信 道前 置 机. . .调度数据专网1 组1 1 0 K V / 3 5
11、K V 终 端计 量 设 备公 变 终 端计 量 设 备集 抄 终 端计 量 设 备电 厂 终 端计 量 设 备P S T N 、 R S 2 3 2 专线等串口信道终端服务器/ M O D E M / 通道板5 0 0 K V 站 终 端（ 多 站 采 集 部 分 ）计 量 设 备M I S 专网P S T N 、 R S 2 3 2 专线等串口信道2 2 0 K V 站 终 端计 量 设 备专 变 终 端计 量 设 备地 电 终 端计 量 设 备1 0 K V 配网光纤信道终端服务器/ M O D E M / 通道板n 组采 集 模 块定 时 采 集 1定 时 采 集 N. . .实 时
12、采 集主站通道UDP/TCP主站通道UDP/TCP主站通道UDP/TCP终 端 通 讯 协 议 1 终 端 通 讯 协 议 2. . .终 端 通 讯 协 议 n主站通讯协议页 1采 集 平 台 框 架 图南网 698 协议/广电协议采集任务执行流程a.定时任务模块根据各终端配置的采集模板定时生成任务；b.根据各任务所包含的信息组织各任务对应终端协议的请求命令报文；c.将上一步组织的终端协议请求命令作为数据区用 CL7100 系统主站协议封装，组织成主站协议报文；d.找到各终端对应的前置机，并将组织的主站协议格式的请求报文发送到对应的前置机。e.前置机接收到定时任务发送过来的各种请求后按照主站
13、协议格式解析出对应的终端报文；f.前置机找到对应的终端通道，并将终端报文请求通过该通道发送给终端；g.终端接收到前置机发过来的请求后，按照协议组织对应的响应数据应答给前置机；h.前置机接收到终端的响应数据后，根据终端协议解析出终端地址，并根据终端地址找到对应的定时任务模块；i.前置机将接收到的响应数据组织成主站协议格式的报文并发送到该终端对应的定时任务模块；j定时任务接收到前置机转发的终端响应数据后按照终端通讯协议解析数据并存库； k. 如果终端未应答或终端应答报文错误，定时任务会根据应答的具体报文决定是否需要调整任务执行时间。如果定时任务正常解析数据则调整任务执行完成时间指针至采集到的数据时
14、标位置，本次任务执行完成。任务生成策略任务可分为实时数据任务和冻结数据任务，所谓实时数据任务就是指采集的数据是实时数据，冻结数据任务指采集的数据是事先在终端内已经冻结好的数据。针对实时数据任务，定时任务按照一定的周期（即实时数据模板配置的采集周期）从终端任务列表查找满足采集周期条件的任务，找到的任务即为需要执行的任务，任务的执行时间为任务生成时间。此类任务在执行过程中容易因为网络问题或其他问题导致丢点。针对冻结数据任务，定时任务首先会检查每个任务的执行时间，如果系统当前时间-某任务的执行时间2 小时，表明该冻结任务有较多数据未及时采集，则立即生成需要执行的任务并执行，执行完毕后立即循环检查任务
15、执行时间看是否仍需要立即继续执行；如果=10）则发送给 web 通讯服务，前置机转发流程正常结束。电能量终端：a.前置机接收到定时任务或 web 的终端上锁请求后，从请求信息中找到请求的终端 ID 并锁终端，且将锁结果返回给定时任务或 web，锁失败则流程结束；b.前置机接收到定时任务或 web 的终端通道连接请求后，根据终端通道类型执行通道连接操作，并返回结果，连接通道失败则流程结束；c.按照 102 协议依次进行采集数据的流程，任何一步失败则结束流程。注意：102 协议不包含主站编号，终端地址也是重复的，故不能采用负控/配变终端的采集流程，因此本系统中时采用终端 ID 进行区分，且为终端上
16、锁，即同一时刻只能允许统一主站模块与同一终端进行通讯。3.2 隔离及 web 数据招测原理Web 数据招测、参数设置/招测、控制等多种通讯操作均需要通过前置机与终端进行通讯，参考系统的数据招测等通讯操作界面。原理介绍：分无隔离装置和有隔离装置两种情况介绍，同时介绍一下正/反向物理隔离装置的特性，以及内外网隔离程序的功能。内外网隔离程序负责提供内网和外网进行数据交互的通道。外网的请求从反向隔离装置进到内网，执行结果由正向隔离装置从内网传送到外网。由正向隔离装置和反向隔离装置一起组成一种全双工的通讯通道。有隔离：实时召测通讯服务以固定的频率定时向所有前置机查询终端在线情况等信息，同时维护终端和前置
17、机的对应关系。本服务内嵌于内网隔离程序中，通过正反向隔离装置实现 web 的实时召测等通讯功能。建终端档案时需要注意的是所属隔离通道，因为某终端可能是在内网采集，也可能是在外网采集，在 web 上招测数据时，必须事先知道终端从哪个通道进去，故需要在建档案时指定所属通道。同样，建主站监测节点档案时也要注意此问题。3.3 工况统计原理工况统计的目的是为了监测系统采集运行情况，包括如下内容：1、实时在线率2、历史在线率3、采集成功率4采集完整率（按计量点类别分类）：从数据表中实时查询统计5采集完整率（集中器）：从计算统计表中查询3.4 数据计算原理计算数据Web 上查询的某些计算数据，除了基本采集数
18、据（测量点电量示度，瞬时量，需量等） ，包括测量点曲线电量、日电量、月电量，基本对象（用户、变电站、台区、线路、母线等）的各类电量及台区、母线、线路线损，机构的各类电量等数据，以上这些数据都是通过计算服务计算出来的。另外，台区抄表成功率（工况）和各类型测量点采集完成率（首页）等也是计算服务统计出来的。首先讲述各类数据计算的依赖关系，然后介绍计算服务计算数据的先后顺序为:先计算测量点电量曲线、日/月电量，日/月负荷极值，再计算基本对象的电量（负荷）曲线、日/月电量，日/月线损，日/月负荷极值（只计算用户、台区、供电单位大用户负荷极值） ，最后计算机构及行业的各类电量曲线、日/月电量。下图是需要配
19、置电量计算公式的基本对象：下图是不需要配置电量计算公式的机构、行业等对象电量数据：除机构供电量需要配置计算关系外，机构的其他数据类型均不需要配置计算关系，如机构大用户电量/负荷。下面介绍一下每种数据的计算原理,以用户用电量为例，由于一个用户下面可能有多个测量点，那么由哪些测量点参与计算以及运算关系（+或-）等信息就必须事先配置清楚，当这些基本计算公式配置完毕后，计算服务才会根据这些配置关系进行计算，并将计算好的数据存库便于 web 查询。问题：为什么 web 上查询某些计算数据没有？如用户用电量、机构月每日供电量等。答案：计算关系没配置，或计算服务没启动。线损：有输入输出电量类型的对象一般需要
20、计算线损，线损率=（输入电量-输出电量）/输入电量*100%。也就是说，计算线损必须先计算对象的输入电量和输出电量。用户负荷极值：先计算用户负荷曲线，找到一天的负荷曲线中最大负荷和最小负荷即可；用户月负荷极值是先计算月每日的负荷极值，再从日负荷极值中找到最大负荷和最小负荷。告警事件本系统判断如下事件，并且每个对象每种事件每天只存一条记录。抄表数据监测事件：电压错误、电流错误、功率数据错误、电量示度错误、功率因数错误。计量故障监测事件：电压回路异常、电流回路异常、电表时间超差、电能表示度下降、电能表示度飞走、电能表示度停走、主副表事件。上述各类事件的判断标准参考CL7100V4.0 数据采集及数
21、据监测系统设计说明书第八章数据监测-告警事件记录 。3.5 主站节点监测原理先介绍主站监测节点服务的原理，然后操作本系统配置主站节点演示操作。3.6 系统特性通过负载均衡器对前置机实现负载动态分配为负载均衡器配置一组外网 IP,和一组内网节点池（内网 IP） ，外网 IP就是各终端里面配置的主站 IP 地址和端口 ，节点池就是一组前置机 IP 地址和端口。终端连接到负载均衡器后，通过动态反馈算法，将连接平均分配到配置的正常运行的节点前置机上实现对前置机的负载均衡。当某前置机关掉时，该前置机上上线的终端全部掉线，在这批终端重连上线时，负载均衡器会将新的连接重新分配到其他正在运行的前置机节点上；当
22、新增一台前置机时（该前置机节点事先已经在负载均衡器节点池中配置） ，负载均衡器会将其他前置机上以后掉线重连的终端分配到新增的前置机上。通过前置机对定时采集模块实现负载动态分配前置机按照指定的周期（默认 1 小时）将所有已知在线终端定时向所有与该前置机连接的定时任务查询终端任务执行情况，并将查询结果同前置机程序内存状态值相比较，根据比较的结果，采用终端数平均的方法，将各定时任务模块中多采集的终端移除，并将移除的终端重新分配给采集终端少的定时任务模块。计算服务采用分布式计算方式计算服务集群中有一个主计算服务，其他为计算服务节点。其中主计算服务负责定时产生任务并分解任务，同时将分解的子任务分配到各计
23、算服务节点上进行计算，各计算服务节点将计算结果数据直接存库或者将计算的中间数据返回到主计算服务，由主计算服务进行最终计算并存库。3.7 通讯协议南网 698 协议1、为什么采集/招测数据之前必须将测量点档案下发到终端？因为南网 698 协议中以测量点在终端内编号为采集对象编号，而所有的采集命令中均包含采集对象编号。那么终端是如何通过采集对象编号找到对应的电表信息的呢？就必须先将测量点在终端内编号和该测量点的其他档案信息一起下发到终端内，终端维护测量点在终端内编号和测量点档案信息的关联关系。广电负控协议1、为什么采集/招测数据之前必须将测量点档案下发到终端？因为广电协议中以测量点在终端内编号为采
24、集对象编号，而所有的采集命令中均包含采集对象编号。那么终端是如何通过采集对象编号找到对应的电表信息的呢？就必须先将测量点在终端内编号和该测量点的其他档案信息一起下发到终端内，终端维护测量点在终端内编号和测量点档案信息的关联关系。2、为什么冻结任务数据采集之前必须将任务下发到终端？因为广电协议是以任务作为数据项组合来冻结数据的。每个任务编号对应哪些数据项、冻结频率、采集单位、测量点等信息终端事先是不知道的，因此若要以任务为基本单位来冻结数据，就必须将每个任务包含的基本信息设置到终端内，进而定时任务才能以任务的方式去采集。贵州 102 协议1、为什么 102 协议的数据采集流程中会有针对终端上锁的
25、步骤？因为 102 协议是一种串行协议，每条数据的采集都是要同终端进行多次交互才能完成，且 102 协议中不包含主站地址，没办法区分上行报文是针对哪个下行请求的应答。如果不对终端上锁的话，在定时任务采集时若 web 招测或其他模块也正好要对同一终端进行采集，这时采集流程就会被打乱。2、为什么 GPRS 通道的电能量终端地址不能重复，而电话/串口/光纤网络等通道的电能量终端地址允许重复？ 因为 GPRS 通道的终端是以终端作为客户端，主动向前置机请求连接的，前置机收到连接请求后需要根据终端地址来区分连接通道和终端的对应关系，因此终端地址不能重复；而其他串行通道允许终端地址重复却是因为前置机在连接
26、终端通道的过程中并未使用到终端地址，换而言之，是前置机主动向终端发起连接请求的，在非 GPRS 通道的连接中并不需要终端地址信息。4、基本概念采集点/终端、测量点、采集模板、采集任务、采集模板组、已知/未知终端、日冻结、日曲线、实时数据、冻结数据、曲线数据、测量点号、行政编码、地址编码、采集点、测量点、交采、RS485、主站监测节点、 （终端/电表）通讯协议、通讯方式、主站采集数据项、终端密码、实时在线率、历史在线率、采集完整率等。5、常见问题常见问题原因汇总：1、 终端系统时间错误，导致终端内冻结的数据时标全错，进而导致 web 上查不到采集的数据；2、 SIM 卡欠费导致终端批量掉线；3、
27、 前置机服务器上网口松动，导致该前置机上终端全不在线；4、 服务器系统时间乱跳，导致系统程序运行不正常。5、 内网或外网隔离程序未启动，导致内网采集的数据传递不到外网，常见问题为内网采集正常，但是 web 上查询不到数据。6、 内/外网反向隔离传输软件未启动，导致从外网的请求不能传递到内网，常见问题为 web 上招测数据超时。问题 1：导致 web 首页上显示的实时在线率降低的原因？答案：原因 1，可能是某前置机被关掉，或前置机上在线终端数减少（可通过主站工况查看） ；原因 2，可能是某网络通道断开导致前置机上在线终端数减少；原因 3，可能是某批 SIM 卡欠费导致前置机上在线终端数减少；问题
28、 2：为什么 web 首页上历史在线率统计值没有？答案：日志服务器没启动。问题 3：为什么 web 首页上历史采集成功率统计值没有？答案：计算服务器没启动。问题 4：为什么 web 首页电量统计页面月每日供电量情况没有？答案：计算服务器没启动或对应机构供电量计算公式未配置。问题 5：为什么 web 首页负荷统计页面大用户月每日电量情况没有？答案：计算服务器没启动或对应机构大用户电量计算公式未配置。问题 6：为什么某终端在前置机上在线，但 web 上不在线？答案：需要等待 1 分钟后刷新 web 即可，因为 web 上的通讯服务每隔 1 分钟向所有前置机查询统计终端在线情况。问题 7：为什么 w
29、eb 上数据查询模块中查询某些计算数据没有？如用户用电量、母线/线路线损等。答案：计算关系没配置，或计算服务没启动。问题 8： web 上查询某测量点电量示度没有的原因？答案：1、该终端(测量点)未分配电量示度采集任务；2、该测量点电量示度任务还未执行到数据查询时间；3、定时任务采集时终端应答无效数据或终端内未冻结该时刻测量点数据；4、终端时钟不对。问题 9： 为什么有时 web 上查询某测量点电量示度没有但实时招测电量示度却有？答案：1、该终端(测量点)未分配电量示度采集任务；2、该测量点电量示度任务还未执行到数据查询时间；3、定时任务采集的电量示度模板和 web 上数据招测的数据项不一致；
30、4、终端时钟不对。问题 10： 为什么有时 web 上实时招测某种实时数据提示无此数据项？答案：终端未采集到对应的测量点数据；问题 11： 为什么有时 web 上实时招测某种冻结数据提示无此数据项？答案：1、终端未冻结对应的测量点数据；2、终端时钟不对。问题 12： 新装一个南网 698 协议 GPRS 通道的终端，怎么通过计量自动化系统调试？答案：1、根据终端地址、协议类型、通道类型等为该终端建档，将未知终端变为已知终端或等待终端上线；2、根据现场接的电表地址、表协议、终端内编号等信息为电表建档；3、web 采集设置-终端内测量点设置，将电表档案设置到终端里；4、web 实时招测-实时数据，
31、选择测量点和调试数据项，点击招测按钮，将招测的数据结果和现场电表显示数据进行比较。5、web 实时招测-曲线数据，选择测量点和调试数据项，点击招测按钮，将招测的数据结果和终端里冻结的电表曲线数据进行比较。问题 13： 新装一个广电负控协议 GPRS 通道的终端，怎么通过计量自动化系统调试？答案：1、根据终端地址、协议类型、通道类型等为该终端建档，将未知终端变为已知终端或等待终端上线；2、根据现场接的电表地址、表协议、终端内编号等信息为电表建档；3、web 采集设置-接入量设置，将电表档案设置到终端里；4、web 实时招测-实时数据，选择测量点和调试数据项，点击招测按钮，将招测的数据结果和现场电
32、表显示数据进行比较。5、web 采集设置-任务设置，选择要下发的任务，点击下发任务按钮，设置成功后再将所有任务设置全部有效 。 （群组设置中也有此功能） 。注意：任务在创建终端和测量点时已经分配。问题 14： 新装一个贵州 102 协议光纤通道的终端，怎么通过计量自动化系统调试？答案：1、根据终端地址、协议类型、通道类型、终端 IP 地址和端口等为该终端建档；2、根据现场接的电表地址、表协议、终端内编号等信息为电表建档；3、web 实时招测-终端冻结数据，选择测量点和调试数据项，点击招测按钮，将招测的数据结果和现场电表显示数据进行比较。注意：102 协议不支持接入量设置功能，故终端内编号必须在录档案时指定。也可以通过电能量的调试软件调试。注意：以上很多问题都可能是因为某相关程序服务未启动造成的，所以主站监测服务在排查这些问题上就显得非常有用，因此，建议每个地区计量自动化系统维护人员都要及时的录入主站监测节点，方便更好的使用主站监测功能来排查问题。
