电力检修|变电站自动化系统中嵌入式Web服务器的设计与实现

安防之家讯：针对传统Web技术路线方案用于构造变电站自动化系统中Web服务器存在的困难，提出目前这方面的研究报导甚为少见。本文以开发烟台东方电子高压变电站综合自动化监控系统DF3600中嵌入式Web服务器的项目实践为例，阐述应用嵌入式技术开发变电站自动化系统中嵌入式Web服务器的一般性设计方法和一些要害实现技术。1系统功能需求历史数据动态发布功能实时数据包括遥测、遥信、电度、时钟信息等，历史数据包括事项信息、保护动作信息等。嵌入式Web服务器将实时数据和历史数据以网页形式发布到Internet网上，且动态实时刷新，远方客户通过接入Internet浏览该服务器发布的高压监控系统实时信息。1.2参数设置功能参数包括运行参数和设备状态参数，如遥测、遥信、电度的初始值、整定系数、满度值等。Web服务器接收到远方客户提交的参数设置请求后执行参数写入操作。1.3远程实时控制功能控制功能包括遥控、遥调、同期操作和定值切换。Web服务器接收到远方客户提交的控制操作请求后，下发控制命令驱动监控系统中相应的执行机构。1.4文件下载与上传功能下载和上传的文件是指系统、模块和端口的配置信息参数文件。下载功能是将参数文件从Web服务器方下载到客户方，上传功能是将参数文件从客户方上传至Web服务器方。1.5电子邮件告警（SMTP）功能电子邮件告警功能用于当变电站设备运行出现异常时，Web服务器通过Internet自动发送电子邮件，及时通知治理人员进行设备维护。此外，在系统正常运行期间，还可以根据用户设置，定期向指定的E-mail信箱发送变电站自动化系统运行日志。1.6访问级别设置与权限认证功能访问级别设置不仅提供传统的“基于页面”方式，而且提供灵活的“基于对象”方式，单个设备、数据采集点均可成为“对象”，这样同一页面不同重要等级的数据点可被设置为不同的访问级别，只有权限不低于设备要求访问级别的客户经Web服务器认证后方可进行其权限范围内的监控操作。1.7PPP拨号上网功能Web服务器通过PPP（PointtoPointProtocol）拨号方式接入Internet提供远程访问服务。2系统设计2.1系统体系结构图1系统体系结构嵌入式Web服务器的PC网关体系结构[6]作为现有变电站自动化系统网络化的手段或许可以接受，但从严格意义而言，这不是真正意义上的嵌入式Web服务器，且因此而添加购置的PC机网关提高了系统的整体造价成本。由嵌入式系统自身实现Web服务器功能是真正意义上的嵌入式Web服务器，但若使系统中每一台嵌入式设备都具备Web服务器功能，一则Internet通信协议簇要求CPU的运算速度和存储器的存储容量较高，导致系统造价成本大幅度提高，再则每台嵌入式设备成为Web服务器接入Internnet也无必要。因此较为合理的体系结构方案是：系统中一台配置较高的嵌入式设备完成嵌入式Web服务器功能，其它配置较低的嵌入式设备完成数据采集和控制功能。本监控系统即是基于以上思想构建而成，其分层分级分布式体系结构如图1所示，系统由一台通信处理装置（CPU为32位的IntelX86系列单片机）、若干台分布的测控保护装置（CPU为32位的M68332单片机）组成，各装置间以现场总线CAN、FDKBus或工业以太网互联。通信处理装置采用分层分级模块化结构，Web服务器嵌入其中，主要完成的功能包括：通过现场总线或以太网收集各测控保护装置的采集信息并向Internet发布，接收Internet上的远程客户提交的配置控制命令后下发给测控保护装置执行。2.2嵌入式Web服务器的体系结构如图2所示，嵌入式Web服务器为基于三层B/S结构的瘦Web服务器。其中，HTTPServer和Client间的通信协议采用HTTP1.1，嵌入式实时多任务操作系统pSOS提供TCP/IP协议支持，编程接口为BerkerlySockets4.3，HTTPServer与DatabaseServer间的交互接口为CGI(CommonGatewayInterface)。整个嵌入式Web服务器程序采用ANSIC编写，HTML页面的制作采用MicrosoftFrontpage2000，系统主页面如图3所示。3系统实现要害技术3.1自定义数据点标记网页只提供文件链接功能，欲在网页中显示变电站自动化系统中大量的实时数据，常规方法是将HTML代码直接集成到程序代码中，如,或者反之将C程序代码集成到HTML标记语言中，这两种方法均要求开发人员对HTML标记语言的语法细节非常熟悉，且网页界面或程序结构的单方面调整都将导致整个系统全盘修改，系统不具灵活性与可扩展性。网页描述语言HTML的精髓在于该语言的“标记”性，各种不同的标记如的具体含义是由Web服务器和Web浏览器进行解析，因此，当现有即定标记不能满足新的应用需求时，不妨自行定义新的标记，只需自己的Web服务器将自定义标记解析为标准标记，然后传送给标准Web浏览器解析成的Web页面即可。基于以上思想，本系统中定义数据点标记用于在网页中嵌入动态实时数据，再定义如图4所示的数据字典。运行时当客户端发出查看实时数据“GETMethod”请求后，嵌入式Web服务器将相应HTML文件从电子盘加载到内存进行逐项解析，辩识出标记后，从数据字典中查找该标记对应的Get_Handler指针，用Get_Handler返回的该标记对应的数据点当前值置换图3系统主页HTML文件流中的标记，全部解析过程完成后，嵌入式Web服务器将解析结果通过HTTP协议发送给客户端，经客户端的Web浏览器解析后变为Web页面呈现在客户端面前。以上过程为实时数据查看的实现机制，参数设置和远程实时控制的实现机制基本类同，所不同的是，客户端发出的是“POSTMethod”请求，服务器在数据字典中查找的是“Set_Handler指针”。以上影响Web服务器的程序设计，Web服务器程序的修改也与网页界面设计无关，整个嵌入式Web服务器设计具有了灵活性和可扩展性。3.2数据点复用技术本系统中测控装置和保护装置最大配置为255个，每个装置中的遥测、遥信、电度等采集点又分别最多可达96路，若每个装置对应一个页面，装置中的每一个数据点对应该Web页面中的一个，势必导致系统中所有Web页面文件个数和每个Web页面文件大小趋于无穷。对于以有限资源约束为主要特征的嵌入式系统而言，这种Web页面设计方案不具可行性。解决方法之一是采用复用技术，提出“基于点”和“基于面”的双重复用技术。以综合测控装置的遥信点为例，系统中所有综合测控装置共用同一Web页面，该页面中的所有遥信点共用一个数据点标记其中，为带参数的自定义标记，用于循环控制，数据点标记表示该装置中的遥信点个数。运行时当嵌入式Web服务器辩识至，该标记将被解析为二维数组变量MsYxVal[devNo][ptNo]，其中：devNo为该遥信点所在DF3670类型装置的设备序号（可理解为页面号），devNo由URL中QueryString提交，限于HTTP协议的无状态记忆性，提交后的devNo由HTML文件中的FormHiddenElement记忆；ptNo为该遥信点在装置中的遥信点序号（可理解为点号），ptNo值表征循环标记REPEAT中当前的循环次数。此后，服务器将devNo和ptNo作为参数传给MsYxVal所在数据页面中的Get/Set_Handler函数进行处理，得到返回值置换标记。采用以上数据点双重复用技术后，系统总Web页面文件个数为16，最大Web页面文件大小为5KB。3.3嵌入式JavaApplet与JavascriptHTML页面技术只提供基于页面的浏览刷新机制，这一机制用于显示只需动态刷新数据点的页面时存在闪烁缺陷，解决的方法是采用Java技术[7]。Java以其平台无关性、可下载性、动态性而成为一种优秀的Internet编程语言，但将Java直接用于嵌入式系统存在以下目前DF3600系统已顺利通过北京电科院质检中心的入网测试，表明利用嵌入式技术在嵌入式系统中开发变电站自动化系统中的嵌入式Web服务器是切实可行的。变电站自动化系统基于嵌入式Web服务器的远程监控维护方式将有效降低监控运行维护成本、提高监控运行维护效率，因而具有很大的应用前景和推广价值。参考文献1刘立芳(LiuLifang).远程设备实时监控治理系统的设计与实现(Thedesignandimplementationofanequipments’real-timeremotemonitoringandcontrollingsystem).计算机工程(Computerengineering),2000(4),Vol.262汪源生(WangYuansheng).基于Web的继电保护信息治理系统的开发与应用(Web-basedmanagementinformationsystemofrelayprotection).电力系统自动化(Automationofelectricpowersystems),2001(5)3朱磊(Zhulei).基于Web的电力通信网监控系统的设计与实现(Designandimplementationofaweb-basedsupervisorycontrolsystemforthecommunicationnetworkofelectricpowersystem).电力系统自动化(Automationofelectricpowersystems),2001(2)4BurtonH.Lee.EmbeddedInternetSystems:PoisedforTakeoff.InternetComputing,1998(3),Vol.25LNDuglasAgranat.EngineeringWebTechnologiesforEmbeddedApplications.InternetComputing,1998(3)6李农(LiNong).因特网技术在嵌入式系统中的应用(Applicationofinternettechnologyforembeddedsystem).测控技术(Measurement&controltechnology),2000(4),Vol.197PetervanderLinden.JustJavaandBeyong.PaloAlto,California:SunMicrosystemsPress,1998DesignandImplementationofEmbeddedWebServerinSubstationAutomationSystemAbstracts:Aimedatthedifficultyofapplyingtraditionalwebtechnologytoconstructwebserverinsubstationautomationsystem,anewideologyofadoptingembeddedtechnologytodevelopembeddedwebserverinsubstationautomationsystemisproposedinthepaper.Withanexampleofdevelopingansubstationautomationsystemproduct,thefunctionandarchitectureofembeddedwebserverarepresented.Thekeyrealizationtechnologiesaredescribedindetail,whichincludeusingcustomtagstoseparatepagedesigningfromserverprogrammingfortheflexibilityandexpandabilityofsystem,puttingoutthedoublereusebasedonpointandpagetosatisfytheconstraintoflimitedresourceinembeddedwebserver,integratingembeddedJavaAppletandJavascripttoimplementthebrokerforreal-timeupdateoflotsofdatapointsinsubstationautomationsystem,adoptingPPPlinktoprovideremoteaccessserviceane-mailtransmissionetc.Theremotemonitorandcontrolmodebasedonembeddedwebserverinsubstationautomationsystemwilldecreasesystemrunningcostandimprovemaintainingefficiency,whichhaswideapplicationprospectandpopularizationvalue.Keywords:embeddedwebserver;substationautomationsystem;customtags;data-pointreuse;embeddedJava;PPP安防之家专注于各种家居的安防,监控,防盗,安防监控,安防器材,安防设备的新闻资讯和O2O电商导购服务，敬请登陆安防之家：http://anfang.jc68.com/