2016 年 第 25 卷 第 3 期 计 算 机 系 统 应 用 客 户 端 则 可 以 在 Internet 环 境 下 使 用 HTTP 协 议 和 SOAP 接 口 交 换 OPC 数 据 [3]. 与 此 同 时, 随 着 3G 4G 等 新

1 基 于 OPC XML-DA 的 风 力 发 电 机 移 动 远 程 监 控 系 统 李 静, 张 义 兵 ( 湘 潭 大 学 信 息 工 程 学 院, 湘 潭 411105) ( 湖 南 省 风 电 装 备 与 电 能 变 换 协 同 创 新 中 心, 湘 潭 411105) 摘 要 : 针 对 风 力 发 电 机 远 程 监 控 问 题, 设 计 并 实 现 一 种 基 于 移 动 互 联 技 术 解 决 方 案, 开 发 了 基 于 Android 操 作 系 统 的 风 力 发 电 机 移 动 远 程 监 控 手 机 客 户 端, 通 过 Internet 实 现 数 据 交 互, 开 发 了 基 于 OPC XML-DA 规 范 的 的 状 态 及 故 障 的 监 控 软 件, 解 决 硬 件 设 备 之 间 通 讯 接 口 的 兼 容 及 跨 平 台 的 问 题. 本 文 中 介 绍 了 该 监 控 方 案 的 总 体 框 架, 描 述 了 OPC XML-DA 服 务 器 移 动 客 户 端 的 设 计 思 想, 并 进 行 了 功 能 实 现. 测 试 结 果 表 明, 本 系 统 能 够 高 效 的 完 成 对 风 力 发 电 机 的 实 时 监 控. 另 外, 该 系 统 还 能 够 应 用 于 智 能 家 居 领 域 和 各 种 工 业 控 制 领 域. 关 键 词 : 风 力 发 电 机 ; Android; 移 动 远 程 监 控 ; OPC XML-DA; 服 务 器 Mobile Remote Supervisory Control Systems for Wind Turbines Based on OPC XML-DA LI Jing, ZHANG Yi-Bing (College of Information Engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China) (Cooperative Innovation Center of Wind Power Equipment and Energy Conversion, Xiangtan 411105, China) Abstract: In view of the problem of the Remote Supervisory Control System of wind turbines, we design a solution based on the mobile Internet technology and implement it. The mobile client based on the Android operating system for the mobile remote supervisory control of wind turbines is developed. We create the state and fault monitoring software based on XML-DA OPC which exchanges data via Internet, resolving the problems of the interface protocols compatibility of hardware equipment and multi-platform supporting requirements. In this paper, the overall framework of the monitoring scheme is introduced, the design idea of OPC XML-DA server and mobile client is described, and the function is realized. The test results show that this system can accomplish the real-time monitoring of the wind turbines efficiently. In addition, this system can be applied in the field of smart home and various industrial control areas. Key words: wind turbines; Android operating system; mobile remote supervisory control; OPC XML-DA; server 随 着 经 济 的 快 速 发 展, 全 球 能 源 日 趋 贫 乏, 加 之 近 期 各 地 区 频 繁 遭 受 雾 霾 问 题, 开 发 和 利 用 新 能 源 具 有 很 重 要 的 意 义, 风 能 作 为 一 种 洁 净 无 污 染 可 再 生 的 绿 色 能 源, 受 到 越 来 越 多 的 关 注 [1]. 近 几 年 来 我 国 风 电 产 业 持 续 快 速 发 展, 随 着 风 力 发 电 机 组 的 大 规 模 投 入 运 行, 对 于 其 运 行 的 状 态 及 故 障 的 监 控 变 得 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视. 然 而 风 力 发 电 机 组 一 般 都 建 立 在 偏 远 地 带 或 者 海 洋, 其 工 作 环 境 十 分 的 恶 劣, 难 免 会 发 生 故 障, 如 何 方 便 快 捷 的 对 其 进 行 监 控 维 护, 避 免 故 障 的 产 生 变 得 极 其 重 要. 随 着 风 电 行 业 的 大 量 推 广, 许 多 厂 商 都 生 产 有 自 己 的 风 力 发 电 机 监 控 系 统 (SCADA), 然 而 传 统 的 SCADA 系 统 却 存 在 不 同 厂 商 的 硬 件 设 备 的 通 讯 接 口 不 一 致 的 问 题 及 在 跨 平 台 性 和 连 通 性 方 面 存 在 一 定 的 限 制 [2]. OPC XML 技 术 则 能 很 好 地 解 决 这 一 问 题, 在 工 业 控 制 领 域 中, 使 用 最 为 广 泛 之 一 的 标 准 就 是 OPC 技 术, OPC 技 术 以 Microsoft 公 司 的 OLE/COM 技 术 为 基 础, 为 工 业 现 场 设 备 与 管 理 者 之 间 进 行 数 据 通 信 提 供 了 统 一 的 数 据 采 集 接 口 标 准. 本 文 采 用 的 OPC XML-DA 规 范 是 在 OPC 技 术 的 基 础 上 集 成 了 Web Services 技 术, 其 利 用 SOAP( 基 于 XML 的 简 单 对 象 访 问 协 议 ) 协 议 作 为 应 用 程 序 之 间 数 据 交 换 的 标 准 协 议, 1 收 稿 时 间 :2015-06-12; 收 到 修 改 稿 时 间 :2015-09-08 56 系 统 建 设 System Construction

2016 年 第 25 卷 第 3 期 http://www.c-s-a.org.cn 计 算 机 系 统 应 用 客 户 端 则 可 以 在 Internet 环 境 下 使 用 HTTP 协 议 和 SOAP 接 口 交 换 OPC 数 据 [3]. 与 此 同 时, 随 着 3G 4G 等 新 型 网 络 技 术 的 发 展 和 新 一 代 智 能 终 端 的 普 及, 为 了 解 决 传 统 风 机 监 控 系 统 不 灵 活 的 弊 端, 本 文 将 OPC XML-DA 技 术 和 Android 平 台 相 结 合 运 用 于 风 力 发 电 机 的 远 程 监 控 系 统, 让 管 理 人 员 能 在 手 机 等 移 动 终 端 上 随 时 随 地 对 风 力 发 电 机 进 行 监 控, 能 够 大 大 提 高 风 力 发 电 机 的 运 行 质 量, 保 障 风 力 发 电 的 可 靠 性. 文 中 简 要 介 绍 了 所 要 使 用 的 OPC XML-DA 规 范 的 内 容, 移 动 客 户 端 以 Java 语 言 对 其 进 行 了 设 计 与 实 现, 能 够 完 成 风 力 发 电 机 的 实 时 数 据 历 史 数 据 管 理 自 动 控 制 和 故 障 报 警 等 功 能. 1 国 内 外 风 力 发 电 机 远 程 监 控 系 统 发 展 现 状 随 着 风 力 发 电 技 术 的 快 速 发 展, 国 内 外 有 不 少 致 力 于 风 力 发 电 远 程 监 控 系 统 技 术 的 研 究, 并 有 许 多 优 秀 的 产 品 已 得 到 实 际 运 用. 在 国 外, 风 电 技 术 发 展 起 步 较 早, 许 多 制 造 商 有 较 为 完 整 的 SCADA 系 统, 如 英 国 Garrad Hassan 公 司 开 发 的 GH SCADA 系 统, Vestas Online 美 国 卓 越 通 讯 的 SCADA 系 统 等 [4]. 在 国 内, 风 电 技 术 发 展 起 步 较 晚, 起 初, 我 国 许 多 风 电 场 都 是 引 进 的 国 外 的 监 控 系 统, 随 着 国 内 风 电 的 不 断 发 展, 风 电 场 的 系 统 需 求 逐 渐 增 多, 对 风 力 发 电 机 远 程 监 控 系 统 要 求 越 来 越 高, 国 内 部 分 厂 商 已 经 研 发 出 自 己 的 风 力 发 电 机, 并 配 有 相 应 的 远 程 监 控 系 统, 如 新 疆 金 风 科 技 公 司 的 监 控 系 统. 近 几 年, 随 着 智 能 手 机 的 快 速 发 展 和 大 量 普 及, 传 统 的 中 央 监 控 系 统 和 远 程 的 基 于 PC 机 的 监 控 系 统 已 不 再 满 足 人 们 的 需 求, 国 外 许 多 公 司 已 经 开 始 研 发 基 于 移 动 终 端 的 风 力 发 电 机 的 远 程 监 控 系 统, 如 芬 兰 VACON 公 司 开 发 的 基 于 IOS 系 统 的 远 程 监 控 系 统 等. 在 国 内 将 智 能 移 动 终 端 与 风 力 发 电 机 实 时 远 程 监 控 相 结 合 的 研 发 也 正 在 起 步. OPC 应 用 已 经 不 能 满 足 客 户 的 需 求. 2003 年 7 月, OPC 基 金 会 提 出 的 基 于 Web Service 技 术 的 OPC XML-DA 规 范, 由 于 OPC-XML DA 技 术 是 建 立 在 OPC DA 技 术 的 基 础 之 上, 使 用 SOAP 协 议 通 过 Internet 将 底 层 设 备 所 采 集 到 的 OPC 数 据 提 供 给 高 层 应 用, 很 好 地 克 服 了 传 统 OPC DA 服 务 器 的 在 广 泛 性 上 的 限 制, 使 得 客 户 端 不 再 局 限 于 Windows 环 境, 并 能 够 实 现 跨 平 台 和 数 据 的 远 程 访 问 [6]. OPC XML-DA 规 范 定 义 了 8 种 服 务 类 型, 分 别 是 GetStatus( 获 取 关 于 服 务 器 状 态 的 信 息 ) Subscribe( 指 定 客 户 订 阅 的 数 据 ) Read( 获 取 项 的 数 据 ) Write( 向 项 中 写 入 数 据 ) GetProperties( 获 取 项 的 相 关 信 息 ) SubscriptionPolledRefresh( 刷 新 订 阅 的 数 据 ) SubscriptionCancel( 删 除 客 户 订 阅 的 数 据 ) Browe( 服 务 器 命 名 空 间 浏 览 服 务 ). 每 种 服 务 类 型 包 括 请 求 (Request) 和 响 应 (Response). 通 过 对 这 些 服 务 的 定 义, 就 能 提 供 访 问 工 业 底 层 数 据 的 接 口 [7]. 3 基 于 OPC XML-DA 与 Android 相 结 合 的 风 力 发 电 机 远 程 监 控 系 统 设 计 方 案 在 OPC XML-DA 规 范 中 并 没 有 限 制 开 发 方 式, 本 系 统 所 设 计 的 远 程 监 控 系 统 则 采 用 C/S 系 统 架 构, 通 过 OPC DA 服 务 器 读 取 风 力 发 电 机 底 层 设 备 所 采 集 的 实 时 数 据, 在 OPC DA 服 务 器 的 基 础 上 通 过 集 成 Web 服 务 技 术 和 wrapper 封 装 将 其 包 装 成 OPC XML-DA 服 务 器, 使 客 户 端 能 够 通 过 Web Services 技 术 远 程 获 取 数 据 并 进 行 交 互 ; 并 在 OPC XML-DA 服 务 器 上 建 立 数 据 库, 用 以 存 放 历 史 数 据 和 客 户 端 登 陆 的 安 全 认 证 信 息. 本 系 统 整 体 框 架 图 如 图 1 所 示. 2 OPC XML-DA 技 术 简 介 由 于 OPC DA 服 务 器 是 基 于 Microsoft Windows 的 COM( 组 件 对 象 模 型 ) 和 DCOM( 分 布 式 组 件 对 象 模 型 ) 技 术, 对 于 所 能 使 用 的 平 台 有 一 定 的 限 制, 只 有 当 设 备 是 基 于 Windows COM 和 DCOM 技 术 时, 才 能 使 用 OPC DA 服 务 器 接 口 进 行 数 据 交 换 [5]. 并 且, 随 着 网 络 技 术 的 快 速 发 展 以 及 企 业 对 信 息 交 互 要 求 的 提 高, 图 1 系 统 总 体 框 图 System Construction 系 统 建 设 57

对 于 OPC XML-DA 服 务 器 的 开 发, 如 今 许 多 企 业 普 遍 采 用 各 种 基 于 OPC DA 技 术 的 服 务 器 软 件, OPC XML-DA 服 务 器 可 以 通 过 包 装 OPC DA 服 务 器 得 到, 在 很 多 文 献 中 对 这 一 方 面 都 有 深 入 的 研 究 ; 也 有 许 多 自 动 化 厂 商 都 已 经 开 发 出 了 高 效 的 OPC XML-DA 应 用 程 序, 如 SIEMENS 公 司 开 发 的 WinCC 则 很 好 地 支 持 了 OPC XML 规 范 [8]. 因 此, 对 于 OPC XML-DA 服 务 器 的 开 发 本 文 不 作 具 体 讲 述. 4 OPC XML-DA 移 动 客 户 端 的 设 计 由 于 OPC XML-DA 服 务 器 在 创 建 Web 服 务 时, 就 向 客 户 端 公 开 了 根 据 OPC XML-DA 规 范 编 写 的 描 述 Web 服 务 的 WSDL 文 档, 并 向 客 户 端 提 供 了 8 个 服 务, 客 户 端 只 需 根 据 具 体 项 目 要 求 来 编 写 应 用 程 序 来 执 行 Web 服 务 方 法 [9]. 在 该 系 统 中 客 户 端 开 发 主 要 是 为 了 能 更 好 的 将 数 据 展 示 给 客 户, 完 成 服 务 端 与 客 户 端 的 数 据 交 互, 实 现 用 户 能 够 远 程 管 理 风 电 机 组 系 统 的 功 能. 客 户 端 主 要 实 现 功 能 : 账 户 安 全 管 理 Web 服 务 请 求 数 据 解 析 等. 4.1 账 户 安 全 管 理 此 模 块 主 要 是 负 责 管 理 用 户 的 账 户, 密 码 和 资 料. 由 于 风 电 场 管 理 的 特 殊 性, 为 了 保 证 工 作 人 员 对 风 力 发 电 机 的 控 制 准 确 无 误, 必 须 要 合 理 分 配 用 户 的 使 用 权 限. 对 于 不 同 的 操 作 人 员 授 予 不 同 的 使 用 权 限, 对 普 通 的 参 观 人 员, 允 许 查 看 风 电 机 组 当 前 的 工 作 状 态 和 运 行 参 数 ; 对 普 通 工 作 人 员, 除 了 可 以 查 看 以 外, 还 能 进 行 风 电 机 组 的 一 些 基 本 控 制, 如 启 动 和 停 止 等 ; 对 于 高 级 管 理 人 员, 除 了 基 本 控 制 以 外 还 能 进 行 参 数 设 置, 报 警 处 理 等 操 作. 用 户 的 账 户 密 码 等 资 料 存 储 于 数 据 库 中, 并 给 每 个 账 户 分 配 其 使 用 权 限, 在 用 户 身 份 验 证 通 过 后, 会 根 据 用 户 的 权 限 信 息 对 其 操 作 进 行 跟 踪, 验 证 使 用 权 限, 并 做 好 记 录, 以 提 高 用 户 操 作 的 安 全 性 和 准 确 性. 同 时 为 了 提 高 用 户 的 安 全 性, 系 统 中 用 户 账 户 的 密 码 需 要 先 进 行 MD5 加 密 算 法 进 行 加 密. MD5 加 密 算 法 能 够 将 用 户 密 码 加 密 为 128 位 的 长 整 数, 且 加 密 过 程 是 不 可 逆 的, 被 广 泛 应 用 于 互 联 网 网 站 的 用 户 文 件 加 密 [10]. 在 登 录 过 程 中, 将 输 入 的 原 始 密 码 字 符 串 进 行 MD5 加 密, 与 数 据 库 中 所 存 储 的 MD5 值 匹 配, 若 一 致 才 能 成 功 登 陆, 从 而 降 低 了 密 码 被 盗 取 后 对 风 电 机 组 的 误 操 作 和 用 户 损 失 的 风 险. 4.2 Web 服 务 请 求 在 OPC XML-DA 服 务 器 与 客 户 端 之 间 利 用 Web Service 通 过 SOAP 协 议 来 传 输 数 据. Web Service 是 一 个 平 台 独 立 的 Web 应 用 程 序, 可 以 利 用 网 络 来 使 得 不 同 应 用 平 台 之 间 进 行 数 据 交 互. SOAP 协 议 是 一 种 基 于 XML 的 轻 量 的 协 议, 专 用 于 Web 服 务 [11]. 使 用 SOAP 协 议 传 输 消 息 时, 客 户 端 需 要 通 过 WSDL 文 档 的 URL, 同 时 指 定 客 户 端 想 调 用 的 Web Service 的 函 数 接 口 名 称 以 及 此 函 数 的 参 数, 向 服 务 器 端 发 送 请 求, 服 务 器 收 到 之 后, 根 据 接 收 到 的 参 数 做 出 处 理, 并 将 处 理 结 果 以 XML 数 据 的 形 式 经 过 SOAP 协 议 返 回 给 客 户 端. 由 于 在 Android SDK 中 没 有 提 供 调 用 Web Service 的 库, 因 此, 本 文 中 使 用 第 三 方 类 库 KSOAP2 来 调 用 Web Service. 在 应 用 中 设 计 了 一 个 类 WebSOAPGet Data.java 来 实 现 这 一 模 块 的 内 容. 首 先 将 所 要 获 取 的 信 息 的 内 容 发 送 端 接 收 端 及 接 收 端 处 理 信 息 内 容 的 框 架 进 行 封 装, 即 envelop, 并 使 用 envelope 的 getresponce() 方 法 从 服 务 器 获 取 数 据. 部 分 实 现 代 码 如 下 : String endpoint="http://localhost:8080/indexopc/ OPC XML-DA-Service.asmx"; SoapObject request =new SoapObject(endpoint, "GetStatus"); SoapSerializationEnvelope envelope = new SoapSerializationEnvelope (SoapEnvelope.VER11); (new MarshalBase64()).register(envelope); envelope.donet = true; envelope.setoutputsoapobject(soapobject); envelope.bodyout = request; // 构 建 传 输 对 象, 并 指 明 WSDL 文 档 中 的 URL HttpTransportSE httptransport = new HttpTransportSE(WSDL); try{ // 调 用 Web Service httptransport.call(null,envelope); SoapObject soapobject = (SoapObject) envelope.getresponce(); 58 系 统 建 设 System Construction

2016 年 第 25 卷 第 3 期 http://www.c-s-a.org.cn 计 算 机 系 统 应 用 String result = jsoapobject.tostring(); return result; }catch(exception e){ e.printstacktrace(); return null; } 4.3 数 据 解 析 在 Web Service 服 务 器 端 将 实 时 数 据 转 换 为 JSON 格 式, 然 后 发 送 给 客 户 端, 因 此 客 户 端 需 要 对 收 到 的 JSON 数 据 包 进 行 解 析, 获 取 实 时 数 据, 更 新 监 控 画 面. 在 应 用 中 创 建 一 个 解 析 JSON 数 据 的 JsonAnalytical.java 类. 该 类 将 从 服 务 器 端 获 取 的 JSON 数 据 包 进 行 解 析 处 理 并 赋 值 给 Android 端 的 实 体 数 据. 在 JsonAnalytical 类 中 定 义 了 JsonParser() 方 法, 在 JsonParser() 方 法 中 首 先 对 JSON 数 据 包 进 行 解 析, 使 用 JSONArray 类 将 服 务 端 的 数 据 转 换 为 JSONArray 对 象 数 据 类 型, 接 下 来 需 要 对 JSONArray 数 据 对 象 进 行 遍 历 操 作, 最 后 将 各 个 字 段 数 据 显 示 出 来, 实 现 Android 对 服 务 端 数 据 的 读 取. 对 得 到 的 JSON 数 组 进 行 遍 历 操 作 代 码 如 下 ( 以 获 取 风 力 发 电 机 的 电 压 数 据 为 例 ): // 首 先 创 建 JSON 对 象 JSONObject = new JSONObject(result); // 定 义 JSON 数 组 对 象 JSONArray voltagejsonarray; // 通 过 JSON 的 getstring(string) 方 法 获 得 对 应 属 性 的 属 性 值 voltagejsonarray=object.getjsonarray( voltage ); // 对 voltagejsonarray 数 组 进 行 遍 历 操 作 for(int i=0; i<voltagejsonarray.length(); i++){ voltage[i]=voltagejsonarray.getdouble(i); } 4.4 系 统 实 现 在 本 系 统 中, 客 户 端 采 用 的 操 作 系 统 是 Android 4.2, OPC XML-DA 服 务 器 端 通 过 包 装 OPC DA 服 务 器 得 到. 较 好 地 实 现 了 Android 移 动 客 户 端 与 OPC XML-DA 服 务 器 之 间 的 交 互. 经 过 测 试, 系 统 稳 定, 运 行 效 率 高, 能 够 很 好 地 实 现 风 力 发 电 机 的 远 程 监 控. 其 中, 系 统 登 陆 界 面 如 图 2 所 示, 某 监 控 界 面 如 图 3 所 示. 图 2 系 统 登 陆 界 面 图 3 系 统 某 监 控 界 面 5 结 语 在 风 力 发 电 机 使 用 越 来 越 广 泛 的 今 天, 对 于 风 力 发 电 机 的 监 控 十 分 的 重 要, 将 当 前 流 行 的 Android 操 作 平 台 与 风 力 发 电 机 的 监 控 相 结 合 进 行 开 发, 具 有 非 常 大 的 经 济 潜 能. 本 系 统 采 用 Android 智 能 手 机 平 台, 并 结 合 基 于 SOAP 的 OPC XML-DA 技 术 实 现 了 对 风 力 发 电 机 的 远 程 监 控 系 统 的 设 计, 既 兼 容 不 同 的 数 据 采 集 设 备, 又 能 够 对 风 力 发 电 机 的 实 时 数 据 进 行 远 程 传 输, 实 现 了 对 风 力 发 电 机 的 合 理 有 效 的 监 控. 该 系 统 同 样 适 用 于 当 前 十 分 流 行 的 智 能 家 居 领 域, 具 有 非 常 好 的 开 发 和 应 用 前 景. 参 考 文 献 1 郭 鑫. 风 力 发 电 机 组 在 线 监 控 系 统 研 究 [ 硕 士 学 位 论 文 ]. 扬 州 : 扬 州 大 学,2013. System Construction 系 统 建 设 59

2 李 福 先, 杨 亮 亮. 基 于 OPC 的 风 力 发 电 机 组 远 程 监 控 系 统. 电 气 自 动 化,2012,34(4):29 49. 3 宋 文 彬, 乔 非, 马 玉 敏. 基 于 OPC XML-DA 的 变 电 站 监 控 系 统 数 据 采 集 模 块 的 设 计. 科 技 通 报,2010,26(5):661 665. 4 刘 瑾. 风 力 发 电 机 组 中 央 监 控 系 统 研 究 与 实 现 [ 硕 士 学 位 论 文 ]. 哈 尔 滨 : 哈 尔 滨 工 程 大 学,2011. 5 宋 国 辉. 基 于 OPC XML-DA 技 术 及.NET 平 台 的 远 程 监 控 系 统 设 计 [ 硕 士 学 位 论 文 ]. 兰 州 : 兰 州 理 工 大 学,2012. 6 王 文 卓, 秦 世 耀, 曲 春 辉. 基 于 面 向 对 象 建 模 的 风 电 场 监 控 系 统 的 研 究 与 开 发. 电 网 技 术,2013,37(10):2912 2919. 7 陆 会 明, 殷 垚. 基 于 Web 服 务 技 术 的 OPC XML-DA 服 务 器 分 析 与 实 现. 电 力 自 动 化 设 备,2010,30(6):96 99. 8 耿 东 久, 索 岳, 陈 渝, 等. 基 于 Android 手 机 的 远 程 访 问 和 控 制 系 统. 计 算 机 应 用,2011,31(2):559 562. 9 过 团 挺, 廖 胜 利, 曹 璐, 等. 基 于 Android 平 台 的 小 水 电 信 息 采 集 系 统. 电 网 技 术,2014,38(3):750 755. 10 卢 强, 蔡 国 洋, 郭 春 岭, 等. 基 于 Android 平 台 的 风 机 手 持 操 作 仪 开 发. 计 算 机 系 统 应 用,2014,23(1):206 209. 11 Hashmi MF, Shukla RJ, Avinash GK. Real time copyright protection and implementation of image and video processing on Android and embedded platforms. Procedia Computer Science, 2015: 1626 1634. 60 系 统 建 设 System Construction