摘要：通过研究嵌入式组件的开发技术，根据电力系统的特点和要求，设计了以嵌入式 CPU为核心，扩展了多串口板、开关量输入 ( 输出板、模拟量采集的监控模块；软件具有强大的组态能力，通过网络能与电力系统监控后台通信，实现电力系统的远程监控。组件技术的应用提高了软件开发的效率和质量，增加了系统的可扩展性和复用性。
关键词：组件；电力监控系统；组态；嵌入式软件
一、前言
嵌入式技术在电力系统中的应用有较长的历史，广泛地用于数据采集、自动装置、仪表检测、集散控制(DCS)等各个领域。针对电力系统监控的特点和要求，本文研制的电力监控系统以嵌入式CPU为核心，扩展多串口板、模拟量输入、开关量输入 (输出以及友好的人机接口，配合功能丰富的软件，能实时地监测电力系统中各设备的运行工况，并能与电力系统监控后台或发电厂、变电站监控系统的通信，实现电力系统的远程监控。
二、嵌入式组件
嵌入式系统的特征与需求，决定了嵌入式组件与通用组件在结构、接口、功能/性能等方面有很大差异。嵌入式组件除了符合通用软件组件封装性、可重用性要求外，还必须能够充分体现出嵌入式系统资源有限、并发特性、时间要求以及硬件相关等固有特性；还应该能够适应目标平台(如x86，ARM 等)，能运行在目标板的操作系统上(如 WINCE，Linux，Vx Works 等)，且对底层硬件外围设备开销不能太大、满足软件的时间约束等。此外，这些组件还需有类库支持。在基于组件的嵌入式开发技术中，首先将单个应用程序分割成多个嵌入式组件，单个组件内部是封装数据和实现功能的函数，外部是定义明确的接口( Interface)。各个定制的软组件可以在运行时间通过接口与其他组件进行通信连接，最后实现完整的嵌入式系统功能。在需要对应用程序进行修改或改进时，只需将构成此应用程序的某个组件用新的版本替换即可。 一个组件不仅给外界（客户）提供一个服务接口，而且还可能向其他组件提出接口要求，理想的组件模型应该如图1所示：
图1组件模型
当前主要有如下几种嵌入式组件模型：
（1）比利时IWT协会赞助的SEESCOA项目的 CCOM模型：组件模型中的元素包括接口，接口连接器。接口有功能和数量两种属性：功能表示接口在组件与组件之间通信时的作用；数量表示组件有多少此种类型的接口。在CCOM模型中接口具有4层意义：①语法级：描述接口中消息的名称和参数形式。②语义级：描述接口的前置和后置断言。③同步级：描述接口的消息序列、循环、和替换路径等。④质量级：描述组件的非功能性约束需求。CCOM的组件建模中采用契约来描述非功能型约束，且较多的使用了实时建模的方法，描述时间约束，但是当前还没有引入其它非功能性约束的方法。
（2）飞利浦公司的用于消费电子的Koala组件模型：Koala 组件模型中的元素包括入和出两种接口、组件；组件之间通过接口连接。在Koala模型中接口被映射为函数的集合。由于Koala模型中没有考虑非功能性约束，这对于嵌入式系统应用来讲具有很大的局限性。
（3）ABB等公司用于现场总线技术的 Pecos 组件模型：Pecos 组件模型中的元素包括接口、组件；接口有入、出、入出3种类型；组件有3种类型：活动组件、被动组件、事件组件。由于现场总线设备资源非常受限，典型配置为16位微处理器、256KB ROM、40KB RAM，在此模型中一个接口被映射为一个共享的变量。所以此种模型在嵌入式系统中不具有通用性。
三、系统功能的描述
电力监控系统的设计目标是为电力部门提供便利、快捷、安全的从开发到现场应用的电力设备监控系统。系统提供可定制用户界面、采集并显示现场数据控制现场设备、对现场设备参数的调整、用电管理设备状态的显示、现场设备报警提示、数据的历史记录、设备数据的转存、电网质量分析、系统运行日志记录、选择性配合分析、设备特性曲线的动态显示、负荷分析、设备故障诊断和分析、自动控制、设备之间的关联约束和双机备份等功能。
四、系统结构及模块的划分
嵌入式电力监控系统是对已有基于桌面的电力监控组态系统的一个扩充，原系统由设备开发子系统，工程开发子系统和实时监控子系统系统3部分组成。设备开发子系统和工程开发子系统组成了监控系统的组态开发环境；而实时监控子系统则负责对现场设备的监测和控制。设备开发子系统用于开发设备库，设备库以抽象设备为基本单位存储不同型号的设备信息，设备信息包括设备的基本信息、窗口信息、变量信息和报文信息等；工程开发子系统用于开发具体的工程实例，工程实例是以监控现场为模型组建的物理环境的一种软件模拟,工程中将设备实例化为子站，作为工程组成的基本单位。工程实例可以直接投运于运行监控子系统对现场设备进行实时监控。工程实例信息以XML形式存储在硬盘上。
嵌入式电力监控系统读入工程实例对现场中的设备进行数据监控和报警。嵌入式监控系统分为初始化和运行两个阶段，初始化阶段中系统从文件和数据库中载入用户在工程开发系统中的建立的组态数据，并构建实时数据库结构；而在运行阶段，通过启动定时器和通信线程系统完成显示的更新和数据的实时更新。
系统和现场设备之间的数据交换是双向进行的。一方面系统需要及时的读取现场设备的数据,另一方面系统需要向现场设备发送数据进行功能控制和参数调整。系统可根据数据流划分为表示层、业务逻辑层和通信层。
本系统基于软件组件技术，以功能的不同划分不同的组件，组件的功能大小决定了组件的粒度。
各组件的功能及设计简要描述如下：
工程信息组件：读取组态的工程实例，把解析好的工程信息保存在内存中供其它组件使用。
子站状态查看组件：查看子站状态，完成子站登陆卸载挂牌摘牌功能。
数据字典组件：实现实时数据和历史数据查看功能。
通信组件：通信组件是整个系统的数据来源，它向下与各个子站通信，收发报文，完成四遥功能；向上为实时数据服务组件提供变量的实时值，以及接收从其他组件发送过来的遥控和遥调指令；
实时数据服务组件：系统数据处理、组织、管理的核心，是监控变量的索引表，检索并提供用户指定的实时数据。考虑到数据的实时性要求，系统采用内存作为数据库存储单元来存储工作数据。
持久数据服务组件：存储变量以及日志，并提供对数据的相关操作。
界面组件：主要提供监控界面、四遥操作，通过实时数据服务获取要监视的数据。
报警组件：用于处理各种报警，以组态好的方式输出报警；
数据发布组件：本组件通过使用各种协议适配器与外部系统进行数据交互。
系统事件查看组件：完成系统日志，历史报警等历史数据的查看。
双机备份组件：为增加系统的可用性和可靠性设计该组件，双机备份组件支持主从模式和互备模式。
五、结束语
本系统以可重用的软件组件为组装模块，支持组装式软件重用，提高了软件生产效率和产品质量、缩短了产品交付时间。用户可以根据不同的需要动态的组装一个系统，增加了系统的可重用性、可配置性和可扩展性。新的系统使整个监控环境体积变小了，降低成本，增加可靠性。
参考文献
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论文作者:刘楠
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/19
标签：组件论文; 设备论文; 系统论文; 接口论文; 数据论文; 嵌入式论文; 监控系统论文; 《基层建设》2017年第26期论文;