周健刘大伟
（江苏省送变电公司，江苏南京210028）
摘要：中间件技术作为一种通用的组件技术主要解决了分布式异构环境下网络通讯的问题，可将传统的变电站监控系统的C/S体系结构扩展为客户机—中间件—服务器体系模式，进而使系统的扩展性能、稳定性以及开放兼容性得到提高，使得系统都在较长的一段时间内稳定运行。本文提出了一种基于ICE中间件技术的智能变电站一体化监控系统的软件设计思路，实现了变电站监控业务逻辑与数据库访问相分离从而便于软件的复用与设计开发。基于ICE中间件构建的智能变电站一体化监控系统具有响应实时、安全可靠和跨平台跨语言的特性。实践证明，在智能变电站一体化监控系统中，ICE中间件技术具有很好的实用价值和应用前景。
关键词：ICE中间件；智能变电站；一体化监控系统；跨平台；跨语言；数据软总线
前言
智能变电站是我国发展坚强电网的主要方向，而智能变电站的核心组件就是电力一体化监控系统，它是智能电网调度监控、生产运维管理、五大运行体系建设、备用调度体系构建等方面的基础。全站信息数字化、通信平台网络化、信息对传标准化是智能变电站对一体化监控系统的基本要求，一体化监控系统通过系统集成整体优化，实现对全站信息的“三统一”（统一接入、统一存储、统一展示），以达到信息共享的目的，进而实现对关键设备的运行监视、远方操作与智能控制、综合信息实时分析与智能告警上传、运维管理和辅助监控应用等功能。
传统的变电站监控系统的体系结构多为C/S架构，以求时效性且技术成熟、易于实现，数据采集服务器、SCADA服务器、应用服务器等各个服务器之间不停地传输实时数据、告警信息以及录波等，从而为工作站等各类应用提供服务支持。但是随着智能变电站的建设加速，智能变电站的规模越来越大，监控范围也随之越来越广，站内设备种类繁多、监控信息繁杂，因而要求其监控系统在结构上提供更好的灵活性、适应性、可伸缩性和可维护性。如果把智能变电站一体化监控系统建立在一个通用的中间件上，采用分层分布式架构模型的软总线技术来管理各个系统节点就显得非常必要。本文在比较目前广泛流行的多个中间件的优劣的基础上，提出了以ICE中间件作为智能站监控系统的软总线模型，分别对待底层硬件系统开发和上层行业技术应用，通过中间件屏蔽底层操作系统和底层通信网络模型映射的复杂编程，形成统一简单的开发环境，大大减轻开发人员的工作量，使其主要精力集中在变电站监控业务上，不必再为不同系统平台上的服务单元移植工作而分散精力，从而使技术上的负担大大减轻，有效地解决了电力系统专业的工程师通信和软件编程方面专业知识的欠缺问题，它还能简化底层通信映射规约间相互转化的复杂性，降低实现规范标准步骤中出现的错误率，进而提高系统的开发效率，使工程师专注于做好应用平台的搭建工作。
1ICE中间件技术
1.1ICE中间件简介
ZeroC公司分布式系统方面的专家利用面向对象逻辑语言开发了一种新型高性能的中间平台被命名为网络通信引擎（InternetCommunicationEngine，ICE），其主旨是为上层客户―服务器的面向对象需求提供了开发工具、API接口和数据库的支持。
所有的中间件技术原理都一样：服务器是在中间件中创建和维护的分布式对象实体，客户端是按照所提供接口访问该对象的程序应用。在ICE技术中，由应用程序代码和数据库代码依照SLice语言的定义生成客户与服务器的混合代码，其中SLice是ICE中自定义的标准规范语言，主要用于使对象结构与其实现实体相分离的基础性抽象机制。
图1展示了客户与服务器内部的逻辑结构。ICE中间件在异构环境中能发挥较好的作用，客户端和服务器端的上层逻辑接口可以用不同面向对象的编程语言实现，也可以在不同的操作系统和逻辑架构上运行，并且兼容多种网络协议进而保证插件间的高效通信，所有的应用源代码可移植性高适用于所有类型的部署环境。
图1ICE客户端与服务器的结构图
1.2ICE中间件的优势
用户构建分布式系统架构时，通过使用ICE中间件实现对系统应用的基础对象操作，将基础对象操作和数据库操作封装在这一层，在业务逻辑层以及表现层进行更丰富的表现与操作，从而实现比较好的系统架构。基于ICE中间件构建的数据层可扩展性高。分布式的管理架构部署、消息处理中间件以及网格计算单元中都可以使用ICE中间件。
作为一种新型的面向对象中间件，ICE中间件具有安全可靠，易学易懂的特点，已经在很多大型的项目中得到广泛的应用。相比其他中间件技术，ICE中间件在系统架构上为应用开发提供了许多技术优势：（1）面向对象的语义；（2）支持同步和异步的操作调用和分派；（3）支持多个接口；（4）机器无关性；（5）语言无关性；（6）实现无关性；（7）操作系统无关性；（8）传输机制无关性；（9）可靠的安全机制；（10）开发的源码。因此，在构建三层分布式系统方面，ICE中间件技术有着得天独厚的技术优势和良好的发展前景。
2系统架构
鉴于ICE中间件的种种技术优势，在智能变电站一体化监控系统的软件开发中应用了ICE中间件技术，将其作为整个系统的软总线架构的平台，并通过它建立了全系统统一的实时数据，提供远程客户访问接口，数据访问通过多层结构实现，摒弃了原来的C/S模式，使得现有系统具有更好的兼容性和扩展性。ICE中间件技术为智能变电站一体化监控系统提供了良好的技术支撑和弹性扩展的软件架构，实现该监控系统的多平台、多语言访问。
基于ICE中间件技术所构建的智能变电站一体化监控系统的系统架构如图2所示：
图2
智能变电站一体化监控系统在软硬件底层和上层应用层之间采用ICE中间件技术来提供通用服务，便于应用层和软硬件底层之间通信。其中有四个层次构成了系统的软件模块：应用层、公共服务层、系统软总线层、软硬件底层。软硬件底层即为硬件平台和操作系统；应用层为系统的各应用子系统，公共服务层以及系统软总线层主要面向其上层应用提供公共服务，这些公共服务包括：统一的系统运维管理、实时数据访问、模块间不同接口通信、图形操作界面、工作人员权限管理、告警处理等，这些公共服务的出现使得各个应用的实现模块化，只需专注于实现本身的业务逻辑接口；其中系统软总线层分为数据访问服务和集成总线，集成总线即网络数据传输ICE软总线，它提供了标准化的交互机制，满足了各公共服务之间、各应用子系统和第三方软件之间的无障碍通信。基于ICE中间件技术所构建的智能变电站一体化监控系统的软件模块层次图如图3所示：
图3
3系统应用中的关键点
以系统“实时处理与显示部分”为例，该部分的软件功能模块结构图如图4所示，主要由服务端、客户端和前置模块组成。
图4
3.1实时库构建
实时数据库是监控系统的整个系统数据处理、高效组织和便捷管理的核心，能满足系统数据实时交换更新的基本要求。智能变电站一体化监控系统根据SCADA实时性的要求，在数据服务器的内存中建立了一个与商用数据库一致的实时库，这里的实时库并不是真正意义上的实时数据库，只是借鉴了实时数据库内存存储的思想，在内存中构建一个符合IEC61970规范同时满足电力系统的层次性和网状性要求的内存数据库，为系统提供实时数据服务。所有客户端应用的实时数据均来源于数据服务器中的实时内存库，历史数据来源于数据服务器的商用数据库，保证了所有的客户端历史/实时数据的一致性。
在一体化监控后台系统编码设计阶段，建立一体化监控后台系统与ICE中间件平台之间的访问接口，再建立ICE中间件与实时数据库的通信，以此ICE中间件平台为桥梁，就可以实现一体化监控后台系统与实时数据库的通信。
为了便于数据访问，本系统的实时内存库使用ICE中间件构建，同时对外提供四类操作该实时内存的接口。他们分别是：前置接口、私有接口、实时CIS接口、导入导出接口、SQL接口。
3.2访问接口的定义
在智能变电站一体化监控系统中，ICE中间件是实时内存库对外的访问接口，它提供数据访问接口用于数据访问。ICE中间件提供的数据访问接口包括前置接口、私有接口、实时CIS接口、导入导出接口、SQL接口。
前置接口主要是给前置模块调用，实时更新实时数据库；
私有接口主要是给内部存取实时库的接口；它和实时CIS接口的区别是，为了提高系统存取实时库的效率，对这些接口作了优化处理；
实时CIS接口是提供一套符合IEC61970标准的接口，供第三方软件调用；
导入/导出接口主要处理一些系统模型的导入和导出工作；
SQL接口对一些经常要分类和关联查询的信息提供SQL语句支持，如系统告警队列，系统维护信息队列，系统运行信息队列等。
3.3动态平衡双网的实现
实时库代理是一个提供访问实时库的共享ICE池，共享ICE池是一组ICE的客户端代理组件适配器，它具有访问前置接口、私有接口、实时CIS接口、导入导出接口等实例，同时具有通过不同网络访问的实例，也具有访问其它服务器的实例。以后所有的客户端程序需要访问实时库只能通过该代理访问。它可以实时监测各个端口的访问流量情况，通过最短路径算法灵活选择不同的最优网络路径，在透明操作系统差异性的同时均衡两个网络的访问流量。
数据库代理是一个提供访问数据库的共享QTDataBase池，共享QTDataBase池是一组QTDataBase的客户端组件适配器，它除了提供常见的SQL语句访问数据库外，还对一些常见访问做一个封装，成为一个标准接口，使使用起来很方便，它也同时具有通过不同网络访问的实例，也具有访问其它服务器的实例。该代理访问成为了所有客户端程序接入数据库的唯一路径。它可以实时监测各个端口的访问流量情况，通过最短路径算法灵活选择不同的最优网络路径，均衡两个网络的访问流量。
4结语
经过多年的技术发展，ICE中间件技术得到了空前的应用，其完备的接口和服务为智能变电站中一体化监控系统的架构提供了有效的解决方案，该技术不同于传统客户-服务器的双层应用模式，提供了多层服务接口，便于简化各个接口衔接的代码开发工作，变相的提高了数据共享的速度，简化数据访问的流程，提高了软件可重用性、可移植性，支持跨平台、异构环境，这些都将为智能站监控应用系统的开发、管理和部署带来很大的便利。当然，如果可以将ICE中间件进行行业改造，成为行业专用的中间件，这对于智能站一体化监控系统的发展具有很大的意义。
参考文献：
[1]陶雪莲，周俊．基于ICE中间件的分布式卫星地面测试系统研究[J]．信息通信，2014（01）
[2]刘坚，高景春．基于ICE中间件的通用测震数据库网关应用研究[J]．地震地磁观测与研究，2012（02）
[3]王宇．基于ICE的安全中间件的研究与实现[J]．现代计算机，2011（09）
[4]尹胜刚．基于ICE中间件的分布式测控网络[J]．测控技术，2010（01）
作者简介：周健（1976-），男，高级工程师，长期从事变电站现场调试工作。
刘大伟（1980-），男，工程师，长期从事变电站现场调试工作。