Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Описание объекта и постановка задач проекта
• 1.1 Описание предметной области
• 1.2 Общая характеристика автоматизированный системы мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети
• 1.3 Структура объекта автоматизированной системы мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети
• 1.3.1 Общее описание структуры
• 1.3.2 Информационно-измерительный комплекс
• 1.3.3 Измерительно-вычислительный комплекс
• 1.3.4 Система обеспечения единого времени
• 1.4 Состав функций реализуемых системой
• 1.5 Сравнение с современными автоматизированными системами коммерческого учета электроэнергии
• 1.5.1 Комплекс технических средств "Энергия"
• 1.5.2 АСКУЭ ITEK-210
• 1.5.3 Автоматизированная система учета и контроля электроэнергии "Марсел"
• 1.5.4 Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ)"МСР-Энерго"
• 1.5.5 Программно-технический комплекс "Энергоконтроль"
• 1.5.6 Автоматизированная система контроля и управления энергоресурсами "Спрут"
• 1.6 Постановка задач проекта
• 2. Рассмотрение и анализ используемых средств
• 2.1 Языки программирования
• 2.1.1 Java
• 2.1.2 JavaScript
• 2.2 SpringMVC
• 2.3 JSP
• 2.4 PostgreSQL
• 2.5 Hibernate
• 3. Практическая часть
• 3.1 Концептуальная модель базы данных
• 3.2 Логическая модель базы данных
• 3.3 Физическая модель базы данных
• 3.4 Описание программного комплекса
• 3.4.1 Алгоритмическое обеспечение программного комплекса
• 3.4.2 Основные требования к программному обеспечению
• 3.4.3 Описание программы "MigrationCsvInDB"
• 3.4.4 Описание программы "WebViewer"
• 4. Затраты на создание программного обеспечения
• 4.1 Расчет стоимости программного обеспечения
• 5. Технические способы и средства защиты от электрического тока
• 5.1 Условия, с учетом которых устанавливаются технические способы и средства защиты от электрического тока
• 5.2 Обоснование и конструкция принятых технических средств
• 5.3 Расчет защитного заземления
• Заключение
• Библиографический список

Введение

Высокая стоимость энергоресурсов обусловила в последние годы кардинальное изменение отношения к организации энергоучета в энергоемких отраслях. Крупные компании начинают осознавать, что в их интересах необходимо рассчитываться с поставщиком энергоресурсов не по каким-то условным нормам, договорным величинам или устаревшим и неточным приборам, а на основе современного и высокоточного приборного учета. Промышленные предприятия пытаются как-то реорганизовать свой энергоучет "вчерашнего дня", сделав его адекватным требованиям дня сегодняшнего. Под давлением рынка энергоресурсов потребители приходят к пониманию той простой истины, что первым шагом в экономии энергоресурсов и снижении финансовых потерь является точный учет.

Современная цивилизованная торговля энергоресурсами основана на использовании автоматизированного приборного энергоучета, сводящего к минимуму участие человека на этапе измерения, сбора и обработки данных и обеспечивающего достоверный, точный, оперативный и гибкий, адаптируемый к различным тарифным системам учет, как со стороны поставщика энергоресурсов, так и со стороны потребителя. С этой целью, как поставщики, так и потребители создают на своих объектах автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии. При наличии подобной современной системы промышленное предприятие полностью контролирует весь свой процесс энергопотребления и имеет возможность по согласованию с поставщиками энергоресурсов гибко переходить к разным тарифным системам, минимизируя свои энергозатраты.

Автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), внедренные в последнее время в сети железных дорог, позволяют решить вопрос коммерческого учета электроэнергии. Однако АСКУЭ ОАО "РЖД" не решают вопросы оперативного мониторинга распределения электроэнергии в контактной сети, от которой потребляется значительный объем электроэнергии, что в свою очередь не позволяет корректировать уровень небаланса электроэнергии в контактной сети.

Для решения указанной проблемы требуется совместно с коммерческим учетом электроэнергии осуществлять технический учет, а именно - контроль расхода по фидерам контактной сети (ФКС). Такая автоматизированная система учета электроэнергии на фидерах контактной сети (АСУЭФКС) позволит не только определять объем потерь и величину небаланса, но и выявлять перетоки мощности между подстанциями, вызывающие дополнительные потери.

В настоящее время при анализе режимов работы систем тягового электроснабжения используются аналитические и вероятностно-статистические подходы. Методология, теоретическое наполнение и информационно-технологическое сопровождение функционирования автоматизированных систем управления потреблением электроэнергии в объемах тягового электропотребления строятся только на базе информации, получаемой из АСКУЭ.

Развитие систем учета электроэнергии на ФКС позволит оперативно анализировать режимы работы системы тягового электроснабжения как единого целого, сравнивать текущие показатели на смежных подстанциях, что даст возможность анализировать электрические параметры сетей.

Сеть многофункциональных счетчиков электроэнергии, синхронизированных между собой, расположенных в различных узлах энергосистемы, позволит в режиме реального времени предоставлять информацию о текущем состоянии, как отдельных объектов, так и всей энергосистемы в целом. Предложенная методика может использоваться как для определения параметров электрических режимов, так и для параметров схем замещения тяговой сети.

Результаты измерений системы хранятся в файлах формата. csv. Каждый файл содержит измерения одного счетчика одной подстанции за одни сутки.

Из-за высокой частоты измерений в течение суток в информационном хранилище системы накапливается существенный объем информации. Для его обработки и анализа в системе отсутствуют штатные инструменты.

Помимо вышеописанной проблемы, существует другая, которая заключается в неэффективном способе хранения данных об измерениях счетчиков на фидерах контактной сети.

Исходя из вышестоящих проблем, было решение о разработке данного проекта, целью которого является:

оптимизация способа хранения данных об измерениях счетчиков;

реализация средства для просмотра и анализа информации.

программный алгоритм счетчик мониторинг

1. Описание объекта и постановка задач проекта

1.1 Описание предметной области

В ОАО "РЖД" для электроснабжения электрических железных дорог используются контактная сеть и тяговые подстанции.

Тяговая подстанция представляет собой электроустановку для преобразования электроэнергии и питания электроэнергией электроподвижного состава и других потребителей на железной дороге.

Тяговая подстанция получает питание, как правило, от двух независимых источников, так как электрифицированные участки железной дороги - потребители первой категории. Допускается радиальное питание тяговых подстанций от одного источника при условии, что оно осуществляется по двум ЛЭП.

Рисунок 1.1 - Схема тяговой подстанции на постоянном токе

Контактная сеть - комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к электроподвижному составу через токоприемники (рисунок 1.1). Контактная сеть является частью тяговой сети. Для рельсового электрифицированного транспорта контактная сеть служит полюсом (так как тяговая подстанция на постоянном токе); другим полюсом служит рельсовая сеть.

Для обеспечения возможности питания контактной сети от нескольких тяговых подстанций, а также для ремонта отдельных участков без отключения всей контактной сети применяется секционирование контактной сети. При этом контактная сеть разбивается на участки, - т. н. секции. Каждая секция запитывается отдельным фидером от тяговой подстанции. В случае неисправности на тяговой подстанции (или повреждения фидера) обычно есть возможность запитать секцию от другой тяговой подстанции. Таким образом, секционирование повышает надежность контактной сети, обеспечивая бесперебойную подачу электроэнергии.

Фидеры контактной сети представляют собой линию электропередачи, соединяющую контактную сеть с тяговой подстанцией.

1.2 Общая характеристика автоматизированный системы мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети

Автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), внедренные в последнее время в сети железных дорог, позволяют решить вопрос коммерческого учета электроэнергии. Однако АСКУЭ ОАО "РЖД" не решают вопросы оперативного мониторинга распределения электроэнергии в контактной сети, от которой потребляется значительный объем электроэнергии, что в свою очередь не позволяет корректировать уровень небаланса электроэнергии в контактной сети.

Для решения указанной проблемы требуется совместно с коммерческим учетом электроэнергии осуществлять технический учет, а именно - контроль расхода по фидерам контактной сети (ФКС). Такая автоматизированная система учета электроэнергии на фидерах контактной сети (АСУЭФКС) позволит не только определять объем потерь и величину небаланса, но и выявлять перетоки мощности между подстанциями, вызывающие дополнительные потери.

АСУЭФКС предназначена для обеспечения контроля, управления и повышении энергетической эффективности работы системы тягового электроснабжения, за счет наличия функций измерения напряжений и токов, учета активной энергии в прямом и обратном направлении, выявления потерь электрической энергии в контактной сети и оборудовании тяговых подстанций.

Основным результатом внедрения является оперативный мониторинг энергетических показателей с локализацией по времени и месту, что позволит определить:

расход электрической энергии по межподстанционным зонам с указанием полученного расхода от смежных тяговых подстанций с определением усредненного значения места токораздела и определения дополнительных технических потерь в тяговой сети от смещения точки токораздела.

расход электрической энергии по плечам питания тяговых подстанций.

значения перетоков энергии по шинам тяговых подстанций постоянного тока с указанием процента энергии перетока от расхода энергии на тягу поездов. Оценка ущерба от повышенных перетоков, заключающегося в увеличении технических потерь в смежных межподстанционных зонах;

усредненные значения напряжений на шинах тяговых подстанций, отклонений напряжений смежных подстанций выше установленного уровня.

расход электрической энергии по тяговым подстанциям. Выявление тяговых подстанций с повышенным и пониженным расходом, находящихся в идентичных условиях.

технологические потери в оборудовании тяговых подстанций (выявление тяговых подстанций с повышенными технологическими потерями).

эффективность работы оборудования тяговых подстанций и выявление устройств, работающих в неэффективных режимах.

эффективность работы устройств усиления мощности тяговых подстанций (ППН, ВДУ, БАРН и др.).

К основным информативным параметрам относятся:

напряжение, ток (со знаком), значение активной и реактивной мощности (со знаком) по фидерам контактной сети и вводам 3,3 кВ с заданным интервалом времени;

приращение активной и реактивной энергии по фидерам контактной сети и вводам 3,3 кВ на заданном интервале;

гармонический состав напряжения на заданном интервале времени;

время выполнения измерений с привязкой к системе обеспечения единого времени.

1.3 Структура объекта автоматизированной системы мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети

1.3.1 Общее описание структуры

Автоматизированная система мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети является иерархической 3-х уровневой территориально распределенной автоматизированной системой, в которую должны входить следующие уровни:

первый уровень - информационно-измерительные комплексы (ИИК) на фидерах контактной сети, каждый из которых состоит из измерительного преобразователя и блока питания. На вход модуля аналогово-цифрового преобразователя поступает электрический сигнал. После преобразования измеренные данные поступают на уровень выше;

второй уровень - информационно-вычислительные комплексы электроустановки (ИВКЭ) подстанций, каждая из которых состоит из устройства сбора и передачи данных и средства сопряжения устройства сбора и передачи данных и сети передачи данных. На каждой подстанции расположен один информационно-вычислительный комплекс. На этом уровне рассчитываются мощность сигнала и его прямая и обратная энергии. В целях удобства обслуживания, присутствует возможность подключиться к комплексу внешним устройством для непосредственного сбора данных. Данный способ используется в том числе и для тестирования системы;

третий уровень - информационно-вычислительные комплекс: включает в себя сервер системы сбора данных телеметрии и сервер телеметрических приложений, технические средства приема-передачи данных (каналообразующей аппаратуры) локальной вычислительной сети, автоматизированных рабочих мест пользователей, технические средства обеспечения безопасности локальных вычислительных сетей.

Рисунок 1.2 - Структурная схема системы

Система обеспечения единого времени (СОЕВ) формируется на всех уровнях иерархии и обеспечивает единое время на всех ИИК, ИВКЭ и ИВК, входящих в Систему.

На первом уровне (ИИК) обеспечивается:

автоматическое выполнение измерений и первичной обработки значений тока, напряжения, мощности, полученной и отданной электроэнергии по всем контролируемым электрическим присоединениям с выбранным интервалом: 3 секунды, 6 секунд, 30 секунд, 1 минута или 30 минут;

автоматическое выполнение измерений величин времени и интервалов времени;

автоматическая регистрация событий в "Журнале событий", сопровождающих процессы измерения;

автоматическая коррекция времени в ИИК;

хранение результатов измерений, информации о состоянии средств измерений в специализированной БД не менее 31 суток;

синхронизация времени ИИК с единым календарным временем

безопасность хранения информации и программного обеспечения (далее ПО) в соответствии с ГОСТ Р 52069.0 и ГОСТ Р 51275;

предоставление доступа к измеренным значениям параметров и "Журналам событий" со стороны ИВКЭ;

конфигурирование и параметрирование технических средств и ПО;

диагностика работы технических средств.

В состав технических средств первого уровня входят измерительный преобразователь и блок питания.

На втором уровне обеспечивается: автоматический сбор в УСПД ИВКЭ результатов измерений со всех ИИК, входящих в состав данного ИВКЭ:

автоматический сбор в УСПД ИВКЭ данных о состоянии средств измерений ("Журналов событий") со всех ИИК, входящих в состав данного ИВКЭ;

автоматический сбор с ИИК текущей информации о параметрах энергопотребления;

автоматическая коррекция времени в ИВКЭ;

автоматическое хранение результатов измерений, состояний средств и объектов измерений в памяти УСПД не менее 31 суток;

ведение "Журнала событий";

синхронизация времени ИВКЭ с единым календарным временем;

механическая защита от несанкционированного доступа и пломбирование УСПД;

программная защита УСПД при параметрировании за счет установки пароля;

интерфейс доступа со стороны ИВК и автоматическая передача результатов измерений и информации о состоянии средств измерений в ИВК.

В состав технических средств второго уровня входят:

УСПД, обеспечивающий интерфейс доступа к ИИК и ИВК, а также интерфейс пользователя через жидкокристаллический сенсорный экран;

технические средства приема-передачи данных (каналообразующая аппаратура);

УССВ.

На третьем уровне обеспечивается:

автоматический и/или по запросу сбор результатов измерений со всех ИВКЭ подстанций, входящих в состав;

автоматический и/или по запросу сбор данных о состоянии средств измерений ("Журналов событий") со всех ИВКЭ, входящих в состав АСУЭФКС;

автоматическое хранение результатов измерений, журналов событий системы, журналов событий ИИК, журналов событий УСПД в базе данных не менее трех лет;

резервное копирование базы данных и копирование ее архива на внешний носитель информации;

автоматическая коррекция времени в ИВК;

автоматическая передача результатов измерений, данных о состоянии средств измерений в ИВК;

синхронизация времени ИВК с единым календарным временем.

В состав технических средств третьего уровня входят:

серверы для обеспечения функции сбора и хранения результатов измерений с уровня ИВКЭ;

технические средства для организации локальной вычислительной сети и разграничения прав доступа к информации;

технические средства приема-передачи данных;

АРМ.

Система обеспечения единого времени (СОЕВ) выполняет законченную функцию измерений времени, имеет нормированные метрологические характеристики и обеспечивает синхронизацию времени при проведении измерений количества электроэнергии с 5,0 с/сутки. СОЕВ обеспечивает синхронизацию времени на всех уровнях системы.

1.3.2 Информационно-измерительный комплекс

ИИК построены на базе 32-разрядного микропроцессора STM32 с архитектурой ядра Cortex M4, выполняющего первичную обработку результатов измерений, и одноплатного компьютера Тион-Про-28 на базе 32-разрядного микропроцессора Freescale iMX287 с архитектурой ядра АRM9, выполняющего функции сохранения данных в энергонезависимую память и их передачи по сети на верхний уровень системы.

Программное обеспечение ИИК представляет собой программу для контроллера аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и программу для модуля хранения и связи с ИВКЭ. Программа контроллера АЦП выпол - нена с использованием языка программирования C++ и компилятора GCC и обеспечивает выполнение следующий функций:

прием данных с АЦП тока и АЦП напряжения;

периодическую калибровку АЦП;

буферизацию данных;

первичную обработку данных (вычисление среднеквадратичных значений, вычисление мощности и энергии);

обработку данных по запросу (вычисление спектральных характеристик);

передачу данных на модуль хранения и связи с ИВКЭ;

функции самодиагностики.

Программа модуля хранения и связи с ИВКЭ выполняется под управлением операционной системы Windows CE 6.0, выполнена с ис - пользованием языка программирования C++ и обеспечивает выполнение следующих функций:

прием данных с контроллера АЦП;

долговременное хранение данных;

установление связи по протоколу TCP/IP с ИВКЭ и постоянный контроль соединения;

передачу текущих и накопленных данных на ИВКЭ;

управление режимами работы АЦП;

управление автоматической калибровкой и конфигурированием системы;

функции самодиагностики.

Эта программа, ее состав, алгоритмы, будут подробно описание в нижеследующих разделах, согласно заданию.

1.3.3 Измерительно-вычислительный комплекс

В состав технического обеспечения ИВК входят:

серверы ССДТ и СТП;

АРМы пользователей и эксплуатационного персонала;

коммуникационное оборудование;

узел подключения оборудования программно-технического комплекса к сети передачи данных.

Коммуникационное оборудование обеспечивает:

настройку средств связи на конкретные условия эксплуатации;

обеспечение информационного взаимодействия ИВКЭ с ИВК, ИВК с внешними информационными системами;

резервирование каналов и средств связи;

контроль функционирования каналов связи;

автоматическое хранение результатов измерений, журналов событий ИИК, УСПД и системы (не менее 3 лет).

Программное обеспечение ИВКЭ выполняется под управлением операционной системы Windows CE 6.0 и.net Microframework, выполнено с использованием языка программирования C# и обеспечивает выполнение следующих функций:

установление связи по протоколу TCP/IP с ИИК и постоянный контроль соединения;

прием данных с ИИК по протоколу TCP/IP;

долговременное хранение данных;

интерфейс пользователя (просмотр значений измеряемых величин по подстанции и по фидерам, просмотр информации по балансу, просмотр спектров измеряемых величин, конфигурирование системы, калибровка измерительных преобразователей).

Программное обеспечение ИВК выполняется под управлением операционной системы Windows Server и обеспечивает выполнение следующих функций:

установление связи по протоколам TCP/IP и FTP с ИВКЭ и постоянный контроль соединения;

прием данных с ИВКЭ по протоколам TCP/IP и FTP;

долговременное хранение данных и их архивирование;

интерфейс пользователя (просмотр значений измеряемых величин по подстанции и по фидерам, просмотр информации по балансу, просмотр спектров измеряемых величин, конфигурирование системы);

функции самодиагностики.

1.3.4 Система обеспечения единого времени

Система обеспечения единого времени (СОЕВ) - выполняет законченную функцию измерений времени, имеет нормированные метрологические характеристики и обеспечивает синхронизацию времени. Для обеспечения единства измерений в системе используется единое календарное время. УССВ как компонент СОЕВ обеспечивает:

автоматическую синхронизацию времени с внешним источником единого календарного времени;

неточность синхронизации - не более 1 с при частоте синхронизации не реже одного раза в сутки;

функционирование в составе СОЕВ, обеспечивающей синхронизацию устройств с точностью 5 секунд в сутки.

1.4 Состав функций реализуемых системой

Автоматизированная система мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети выполняет целый перечень функций. Данные функции приведены в таблице 1.1 В этой таблице для каждой функции указывается периодичности выполнения и степень централизации. Также представлена дополнительная информация, которая содержит критерии отказов.

Таблица 1.1 - Функции системы, периодичность их выполнения, степени централизации и критерии отказов

Наименование функции	Наименование задачи	Период выполнения функции	Степень централизации	Критерий отказа
Получение (измерение, сбор и первичная обработка) физических величин технического учета электроэнергии	Автоматическое измерение величин: тока, напряжения, мощности, отданной и полученной электроэнергии.	Непрерывно с частотой дискретизации 12800 Гц	Децентрализованная	Отсутствие записи в хранилище данных ИИК за один период
	Автоматическое определение среднеквадратичных значений величин: тока, напряжения, мощности, отданной и полученной электроэнергии	3 с, 6 с, 30 с, 1 мин, 30 мин	Децентрализованная	Отсутствие записи в хранилище данных ИИК за один период
Обработка данных технического учета электроэнергии	Вычисление спектров сигналов измеряемых величин	По запросу	Децентрализованная функция	Невозможность вычисления спектра сигнала
	Автоматизированное вычисление баланса	3 с, 6 с, 30 с, 1 мин, 30 мин	Централизованная функция	Невозможность вычисления баланса
Ведение журналов событий	Ведение журнала событий ИИК	По факту события	Децентрализованная функция	Отсутствие записей в журнале событий за одни сутки при наличии таковых.
	Ведение журнала событий ИВК	По факту события	Централизованная функция	Отсутствие записей в журнале событий за одни сутки при наличии таковых
Формирование архивов информации	Формирование архива измеренных величин, с указанием времени проведения измерения и времени поступления данных в электронный архив	Одни сутки	Централизованная функция	Нет записи в архиве за один период

Продолжение таблицы1.1

Наименование функции	Наименование задачи	Период выполнения функции	Степень централизации	Критерий отказа
Обработка данных технического учета электроэнергии	Вычисление спектров сигналов измеряемых величин	По запросу	Децентрализованная функция	Невозможность вычисления спектра сигнала
	Автоматизированное вычисление баланса	3 с, 6 с, 30 с, 1 мин, 30 мин	Централизованная функция	Невозможность вычисления баланса
Ведение журналов событий	Ведение журнала событий ИИК	По факту события	Децентрализованная функция	Отсутствие записей в журнале событий за одни сутки при наличии таковых.
	Ведение журнала событий ИВК	По факту события	Централизованная функция	Отсутствие записей в журнале событий за одни сутки при наличии таковых
Формирование архивов информации	Формирование архива измеренных величин, с указанием времени проведения измерения и времени поступления данных в электронный архив	Одни сутки	Централизованная функция	Нет записи в архиве за один период
Контроль функционирования Системы в целом и ее компонентов (состояния средств измерения)	Автоматизированный контроль работоспособности программно-технических средств ИВК	Одни сутки	Централизованная функция	Отсутствие записи о контроле в журнале событий при возникновении неработоспособности ИВК
	Контроль работоспособности программно-технических средств ИИК	Одни сутки	Децентрализованная функция	Отсутствие записи в журнале при возникновении неработоспособности ИИК

1.5 Сравнение с современными автоматизированными системами коммерческого учета электроэнергии

Ввиду большой эффективности АСКУЭ на рынке присутствует большое количество коммерческих аналогов АСУЭФКС. Ниже представлены одни из самых популярных систем.

1.5.1 Комплекс технических средств "Энергия"

Комплекс технических средств "Энергия" (КТС "Энергия") предназначен для измерения электрической энергии, обработки полученной по каналам учета информации и выдачи результатов обработки в виде таблиц, графиков, ведомостей на видеомонитор и печатающее устройство IBM PC/AT совместимого компьютера. КТС "Энергия" предназначен также для построения автоматизированных систем учета и контроля электроэнергии и энергоносителей (АСУЭ) на предприятиях с развитой структурой энергопотребления. АСУЭ, построенная на базе КТС "Энергия", позволяет вести коммерческие расчеты за энергопотребление на предприятиях с любой схемой энергоснабжения. АСУЭ, построенная на базе КТС "Энергия", может применяться на промышленных предприятиях, рассчитывающихся за потребляемую энергию по двухставочным и дифференцированным зонным тарифам; на электростанциях, подстанциях при организации учета выработки и перетоков энергии; на предприятиях Энергосбыта при организации оперативного сбора информации о выработке и потреблении электроэнергии и введении ограничений на электропотребление. Связь в АСУЭ организуется: по выделенным двухпроводным симплексным линиям; по выделенным двухпроводным полудуплексным линиям; по телефонным линиям с использованием модемов; по радиоканалам, с применением средств связи КТС "КОРАТ".

Таблица 1.2 - Технические характеристикиКТС "Энергия"

Наименование характеристики	Значение
Каналов учета электроэнергии	512/2048
Каналов телесигнализации	512/2048
Каналов телеуправления	256/1024
Групп учета	256/512
Глубина хранения 30-мин. информации	1/15 мес.
Глубина хранения суточной информации	2/15 мес.
Глубина хранения месячной информации	2/3 года
Подключаемых устройств	32/64
Погрешность измерения электроэнергии	0,1%

Используются операционные системы MS DOS и WINDOWS NT. Дополнительное применение в составе КТС "Энергия+" УСД Е443М3 (EURO), Е443М4 (EURO) и преобразователя "Исток-ТМ" позволяет организовать коммерческий и технический учет тепловой энергии и расходов жидких и газообразных энергоносителей в соответствии с ГОСТ 8.563-97 и "Правилами учета тепловой энергии и теплоносителей". Комплекс "Энергия" имеет Сертификаты Госстандарта России, стран СНГ: Казахстан, Украина, Беларусь, Узбекистан.

1.5.2 АСКУЭ ITEK-210

Устройство учета ITEK-210 предназначено для построения автоматизированных систем коммерческого и технологического учета электроэнергии (АСКУЭ), обеспечивающих контроль и учет параметров электрической энергии и мощности (активной и реактивной составляющих) по тарифным зонам суток. В качестве первичных измерительных преобразователей (ПИП) в АСКУЭ могут использоваться счетчики электроэнергии: индукционные, снабженные устройствами формирования импульсов; электронные с импульсным выходом. ITEK-210 может быть использован совместно или взамен ранее установленных систем ЦТ5000 (путем подключения к существующей матрице ПИП).

Основные возможности:

измерение, расчет и накопление в реальном времени параметров;

регистрация всех внешних (изменение времени и констант, отключения, простои и т.п.) и внутренних событий;

гибкая поддержка многотарифного учета потребления электроэнергии;

энергонезависимые память и часы;

ведение показаний счетных механизмов

генерация управляющих сигналов;

поддержка двух независимых информационных каналов, что может удовлетворить потребность поставщика и потребителя в данных по точке поставки электроэнергии;

работа в распределенной среде;

самодиагностика и подсистема метрологических тестов. Измеряемые и вычисляемые параметры:

средняя 3 и 30 минутная мощность.

скользящая средняя 30-ти мин. мощность.

прогнозируемое значение получасовой мощности и ее отклонение от договорного значения на конец текущего получаса.

отклонение от договорного значения (лимита) потребления энергии за прошедшие учетные периоды: сутки, месяц, квартал.

превышения договорного значения мощности по тарифным зонам за текущие и прошедшие учетные периоды: сутки, месяц, квартал.

максимальное значение получасовой мощности и время его фиксации за текущие и прошедшие учетные периоды: сутки, месяц, квартал, и по тарифным зонам за эти же периоды.

энергия за текущие и прошедшие учетные периоды: сутки, рабочие и нерабочие дни месяца и квартала и по тарифным зонам за эти же периоды.

энергия, соответствующая показаниям счетных механизмов счетчиков.

усредненные значения мощности перетоков за текущие и прошедшие 1 и 30 минут.

значение энергии перетоков по тарифным зонам за текущие и прошедшие учетные периоды: сутки, рабочие/нерабочие дни месяца и квартала.

Таблица 1.3 - Технические характеристики АСКУЭ ITEK-210

Наименование характеристики	Значение
Число каналов (КУ) и групп (ГУ) учета	64 и до 32
Число тарифных зон	4
Частота входных импульсов, Гц	До 12
Абсолютная погрешность счета импульсов (не более)	плюс-минус1 импульс
Относительная ошибка вычисления энергии (не более), %	0.05
Максим. длина линий связи с ПИП	3 км (до 8 км при использовании itekRMT-x)
Интерфейсы	(1) RS-232/Hayes-модем и (2) RS-232/485/модем V.23
Цифровые управляющие выходы	4 канала
Питание	12 В постоянного тока
Рабочая температура,°C	от 5 до 40
Размеры, мм	275x240x115
Масса, кг	1,7

1.5.3 Автоматизированная система учета и контроля электроэнергии "Марсел"

Система "МАРСЕЛ" предназначена для измерения потребленной и выданной электрической энергии и мощности, а также автоматического сбора, накопления, обработки, хранения и отображения полученной информации.

Функции системы:

измерение потребления активной и реактивной энергии (включая обратный переток) за заданные временные интервалы по отдельным счетчикам, заданным группам счетчиков и предприятию в целом с учетом многотарифности;

измерение средних (получасовых) значений активной мощности (нагрузки) и среднего (получасового) максимума активной мощности (нагрузки) в часы утреннего и вечернего максимумов нагрузки по отдельным счетчикам, заданным группам счетчиков и предприятию в целом;

построение графиков получасовых и трехминутных нагрузок.

Таблица 1.4 - Технические характеристики АСКУЭ "МАРСЕЛ"

Кол-во объектов контроля на предприятии, шт.	В зависимости от потребностей заказчика, но не более 64
Максимальное удаление объектов контроля от АРМ, м	Определяется каналами связи
Максимальное удаление электросчетчиков от сумматора, м	500
Максимальное удаление электросчетчиков от коммутатора, м	3000
Максимальная потребляемая системой мощность от питающей сети на один объект контроля, ВА	В зависимости от комплектации, но не более 250
Допустимый диапазон рабочих температур на объектах контроля,°C	от - 10 до 55
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности подсчета импульсов, имп.	~ 1
Пределы допускаемых значений относительной погрешности по активной и реактивной энергии при использовании цифровых выходов счетчиков, %	Не превышают установленных для применяемых электросчетчиков
Пределы допускаемых значений относительной погрешности по мощности, усредненной на интервалах 30 мин., при использовании цифровых выходов счетчиков, %	Не превышают установленных для применяемых электросчетчиков
Пределы допускаемых значений относительной погрешности по активной и реактивной энергии при использовании импульсных выходов счетчиков класса точности не хуже 1, %	±1,4• (0,04+kІ) Ѕ (k - класс точности электросчетчиков, %)
Средняя наработка на отказ ИВК	не менее 70000 ч
Срок службы ИВК	не менее 30 лет
Масса и габариты технических средств системы	В соответствии с ТУ (паспортными данными)

1.5.4 Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ)"МСР-Энерго"

Назначение системы - высокоточный коммерческий и технический учет расхода электроэнергии с возможностью ведения дифференцированного по времени суток тарифа, позволяющий реально снизить затраты на оплату электроэнергии.

АСКУЭ "МСР-Энерго" адаптируется под заказчика, отвечает требованиям энергосбытовых организаций и обеспечивает выход на ФОРЭМ.

Функциональные задачи:

сбор и обработка информации о потребляемой электроэнергии;

вычисление необходимых заказчику параметров и долговременное хранение их в памяти eстройства сбора данных (УСПД);

отображение информации о потребляемой электроэнергии (числовые значения и графики) для ее последующего анализа (технические данные) и оплаты (коммерческие данные).

Основные преимущества "МСР-ЭНЕРГО":

передача данных для коммерческого учета осуществляется непосредственно с первого уровня системы (УСПД);

повышенная надежность за счет защиты информации;

масштабируемость;

открытая архитектура системы с возможностью наращивания функций;

работа на всех видах каналов связи;

поддержка распределенной (корпоративной) структуры управления;

гибкость и адаптируемость.

1.5.5 Программно-технический комплекс "Энергоконтроль"

Программно-технический комплекс (ПТК)"Энергоконтроль" предназначен для создания многоуровневых автоматизированных систем контроля и коммерческого учета энергоресурсов в энергосистемах городов и крупных предприятий. Комплекс позволяет проводить учет всех видов энергоресурсов, осуществлять контроль и дистанционное управление технологическими процессами производства и потребления энергии.

Основные функции ПТК "Энергоконтроль":

измерение потребления тепловой, электрической энергии, газа и холодной воды;

сбор данных о потреблении тепловой энергии с теплосчетчиков, электросчетчиков, счетчиков газа и холодной воды, имеющих цифровые интерфейсы;

создание и ведение архивов потребленной энергии и газа;

отображение данных о потреблении энергоресурсов и состоянии технологического оборудования на мнемосхемах, в виде графиков, гистограмм и таблиц;

создание отчетных форм и вывод документов для расчета за потребляемые энергоресурсы;

дистанционное управление технологическим оборудованием;

автоматическое регулирование тепловых нагрузок.

Состав ПТК "Энергоконтроль":

технические средства учета и регулирование потребления энергоресурсов;

система сбора и обработки данных:

технические средства сбора данных;

среда передача данных;

оборудование диспетчерского центра.

Основные концепции, заложенные при разработке ПТК:

совместимость с приборами учета тепловой, электрической энергии и газа различных производителей;

универсальная среда передачи данных, позволяющая пользователю выбирать наиболее рациональный способ съема данных для каждого объекта контроля;

пакет программ, поставляемый пользователю, открыт для развития специалистами пользователя;

обеспечивается взаимодействие программного обеспечения системы с другими программными комплексами и офисными приложениями.

В ПТК реализована возможность выполнения функций дистанционного контроля и управления технологическим оборудованием, автоуправления, учета других видов энергии. Выполнение этих функций достигается включением в состав КТС ОК программируемых контроллеров, и других приборов за счет использования унифицированных интерфейсов.

1.5.6 Автоматизированная система контроля и управления энергоресурсами "Спрут"

Назначение: АСКУЭ "Спрут" предназначена для обеспечения постоянного контроля за потреблением любого вида энергоресурсов на всех участках производства, снижения энергопотребления за счет оптимизации в реальном масштабе времени режимов работы оборудования, автоматизации управления технологическими процессами энергопотребления, а также контроля параметров качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 и контроля несанкционированного использования энергоресурсов.

В состав АСКУЭ "Спрут" входят:

– АРМ клиентов;

– сервера;

– контроллеры, выполняющие функции связи с коммутаторами и цифро-аналогового преобразования сигналов;

– коммутаторы, предназначенные для выбора и трансляции сигналов от датчиков к серверу и от сервера к исполнительным механизмам;

– датчики сигналов;

– исполнительные механизмы;

– вычислители;

– радио или телефонные модемы;

– сетевое оборудование;

– громкоговорители.

Основные особенности и характеристики АСКУЭ "Спрут":

– возможность организации до 16 000 каналов контроля одним сервером;

– возможность контроля качества получаемой электроэнергии по 6-ти основным параметрам в соответствии с ГОСТ 13109-97, а также измерение частоты подводимого напряжения, фазных (линейных) и межфазных напряжений;

– быстрая окупаемость (4-6 месяцев) за счет низкой стоимости системы и последующей эксплуатации каналов контроля за счет применения в системе датчиков тока и напряжения собственного изготовления;

– совместимость с интерфейсами RS 485, RS 232; датчиками с выходом типа "токовая петля" на 5 и 20 мА или "сухой контакт";

– возможность обработки аналоговых (до 10 кГц) и цифровых сигналов;

– возможность перенастройки каналов с информационных на управляющие для организации контуров дистанционного управления исполнительными механизмами;

– гибкость системы, возможность настройки под конкретного заказчика с наращиванием функций по контролю за безопасностью в электросетях, охранной и пожарной сигнализации, мониторинга опасности производства, контроля и учета потребления любых видов энергоресурсов (вода, газ, пар, тепло, стоки и др.);

– "дружественный" интерфейс обмена с операторами под управлением WINDOWS;

– возможность интегрирования в локальные сети других систем;

– измерение токов от 0 до 2000 А в цепях до 400 В без дополнительных понижающих трансформаторов тока;

– монтаж датчиков тока без разрыва цепей и прерывания электроснабжения;

– 100% защита системы от взлома и возможность раннего обнаружения неисправности цепей съема первичной информации;

– контроль мгновенных значений напряжений, токов, косинуса j, активной, реактивной и полной мощностей и их соотношение в процентах к установленным лимитам как для предприятия, так и по отдельным его объектам; · хранение и отображение в графическом и цифровом виде данных о нагрузках, качестве, мгновенных значениях, расценках и стоимости, лимитах в любой промежуток времени за последние два года эксплуатации;

– планирование и распределение электроэнергии по потребителям и во времени на основе данных, хранимых в ПЭВМ;

– контроль работы оборудования в реальном масштабе времени;

– отключение оборудования в случае превышения установленных лимитов энергопотребления или нарушения установленного графика работы;

– хранение и выдача "генплана" предприятия, структурных схем подразделений с привязкой к ним схем электроснабжения с одновременным выводом данных об энергопотреблении по выбранному на схеме объекту;

– выдача речевых сообщений о нарушениях работы или превышении уровня потребления как на громкоговоритель, так и по телефонной сети на указанный при настройке системы телефонный номер местной или городской АТС.

Таким образом, сравнив технические характеристики представленных выше систем, следует отметить тот факт, что ни одна из них не удовлетворяет в полной мере всех требований ОАО "РЖД". Поэтому разработка автоматизированной системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети (АСУЭФКС) является актуальной проблемой.

1.6 Постановка задач проекта

Результатом работы автоматизированной системы мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети является совокупность несвязанных данных, которые хранятся в иерархической структуре в файловой системе операционной системы. Измерения за сутки, произведенные одним счетчиком, хранятся в одном файле формата csv.

В системе отсутствует штатное средства для просмотра данных, что затрудняет их анализ.

Таким образом, проанализировав данные проблемы, были сформулированы следующие четыре задачи:

выбрать СУБД для хранения данных;

разработать концептуальную модель базы данных для хранения данных об измерениях;

разработать алгоритмы для программного комплекса, задачей которого входит: произвести миграцию уже имеющихся данных и обеспечить просмотр данных, которые хранятся в базе данных;

на основе алгоритмов разработать программный комплекс, отвечающий за миграцию данных и их просмотр.

2. Рассмотрение и анализ используемых средств

2.1 Языки программирования

2.1.1 Java

Java - объектно-ориентированный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems (в последующем приобретенной компанией Oracle). Приложения Java обычно транслируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой виртуальной Java-машине вне зависимости от компьютерной архитектуры. Дата официального выпуска - 23 мая 1995 года.

Изначально язык назывался Oak ("Дуб") разрабатывался Джеймсом Гослингом для программирования бытовых электронных устройств. Впоследствии он был переименован в Java и стал использоваться для написания клиентских приложений и серверного программного обеспечения. Назван в честь марки кофе Java, которая, в свою очередь, получила наименование одноименного острова (Ява), поэтому на официальной эмблеме языка изображена чашка с дымящимся кофе. Существует и другая версия происхождения названия языка, связанная с аллюзией на кофе-машину как пример бытового устройства, для программирования которого изначально язык создавался.

Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) - программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор.

Достоинством подобного способа выполнения программ является полная независимость байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности, в рамках которой исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером), вызывают немедленное прерывание.

Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят снижение производительности. Ряд усовершенствований несколько увеличил скорость выполнения программ на Java:

применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде;

широкое использование платформенно-ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках;

аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).

По данным сайта shootout. alioth. debian.org, для семи разных задач время выполнения на Java составляет в среднем в полтора-два раза больше, чем для C/C++, в некоторых случаях Java быстрее, а в отдельных случаях в 7 раз медленнее. С другой стороны, для большинства из них потребление памяти Java-машиной было в 10-30 раз больше, чем программой на C/C++. Также примечательно исследование, проведенное компанией Google, согласно которому отмечается существенно более низкая производительность и большее потребление памяти в тестовых примерах на Java в сравнении с аналогичными программами на C++.

Идеи, заложенные в концепцию и различные реализации среды виртуальной машины Java, вдохновили множество энтузиастов на расширение перечня языков, которые могли бы быть использованы для создания программ, исполняемых на виртуальной машине. Эти идеи нашли также выражение в спецификации общеязыковой инфраструктуры CLI, заложенной в основу платформы.net компанией Microsoft.

Выполнение дипломного проекта осуществлялось на Java7, поэтому рассмотрим ее более подробно.

Релиз версии состоялся 28 июля 2011 года. В финальную версию Java Standard Edition 7 не были включены все ранее запланированные изменения. Согласно плану развития (план "Б"), включение нововведений будет разбито на две части: Java Standard Edition 7 (без лямбда-исчисления, проекта Jigsaw, и части улучшений Coin) и Java Standard Edition 8 (все остальное), намеченный на конец 2012 года.

В новой версии, получившей название Java Standard Edition 7 (Java Platform, Standard Edition 7), помимо исправления большого количества ошибок, было представлено несколько новшеств. Так, например, в качестве эталонной реализации Java Standard Edition 7 использован не проприетарный пакет JDK, а его открытая реализация OpenJDK, а сам релиз новой версии платформы готовился при тесном сотрудничестве инженеров Oracle с участниками мировой экосистемы Java, комитетом JCP (Java Community Process) и сообществом OpenJDK. Все поставляемые Oracle бинарные файлы эталонной реализации Java Standard Edition 7 собраны на основе кодовой базы OpenJDK, сама эталонная реализация полностью открыта под лицензией GPLv2 с исключениями GNU ClassPath, разрешающими динамическое связывание с проприетарными продуктами. К другим нововведениям относится интеграция набора небольших языковых улучшений Java, развиваемых в рамках проекта Coin, добавлена поддержка языков программирования с динамической типизацией, таких, как Ruby, Python и JavaScript, поддержка загрузки классов по URL, обновленный XML-стек, включающий JAXP 1.4, JAXB 2.2a и JAX-WS 2.2 и другие.

За 5 дней до выхода релиза Java Standard Edition 7 было обнаружено несколько серьезных ошибок в горячей оптимизации циклов, которая включена по умолчанию и приводит виртуальную машину Java к краху. Специалисты Oracle найденные ошибки за столь короткий срок исправить не могли, но пообещали, что они будут исправлены во втором обновлении (Java 7 Update 2) и частично в первом.

Список нововведений:

Поддержка динамически-типизированных языков (InvokeDynamic) - расширение JVM (семантики байт-кода), языка Javaдля поддержки динамически-типизированных языков.

Строгая проверка class-файлов - class-файлы версии 51 (Java Standard Edition 7) или более поздней версии должны быть проверены typechecking-верификатором; JVM не должна переключаться на старый верификатор.

Изменение синтаксиса языка Java (Project Coin) - частичные изменения в языке Java, предназначенные для упрощения общих задач программирования:

использование класса String в блоке switch.

закрытие используемых ресурсов в блоке try (try-with-resources) - работает при использовании интерфейса AutoCloseable.

объединенная обработка исключений в блоке catch (multi-catch exceptions) - перечисление обрабатываемых исключений в catch (… | … | …).

повторное выбрасывание исключений (rethrowing exceptions) - передача возникшего исключения "вверх" по стеку вызовов.

подчеркивания в числовых литералах для лучшего восприятия больших чисел.

изменение вывода типа в Java generic при создании объекта.

использование двоичных чисел (binary literals) - префикс "0b" укажет, что используется двоичное число.

упрощение вызова методов varargs - уменьшение предупреждений при вызове метода с переменным числом входящих переменных.

Модификация загрузчика классов (class-loader) - избежание тупиковых ситуаций в неиерархической топологии загрузки классов.

Закрытие ресурсов, открытых URLClassLoader.

Обновление коллекций (JSR 166).

Поддержка Unicode 6.0.

Отделение языка пользователя и языка пользовательского интерфейса - обновление обработки языков для отделения локали от языка пользовательского интерфейса.

Новые интерфейсы I/O для платформы Java (nio.2).

Использование JDBC 4.1 и Rowset 1.1.

Внутри Java существуют несколько основных семейств технологий:

Java SE - Java Standard Edition, основное издание Java, содержит компиляторы, API, Java Runtime Environment; подходит для создания пользовательских приложений, в первую очередь - для настольных систем.

Java EE - Java Enterprise Edition, представляет собой набор спецификаций для создания программного обеспечения уровня предприятия.

Java ME - Java Micro Edition, создана для использования в устройствах, ограниченных по вычислительной мощности, например, в мобильных телефонах, КПК, встроенных системах;

JavaFX - технология, являющаяся следующим шагом в эволюции Java как Rich Client Platform; предназначена для создания графических интерфейсов корпоративных приложений и бизнеса.

Java Card - технология предоставляет безопасную среду для приложений, работающих на смарт-картах и ??других устройствах с очень ограниченным объемом памяти и возможностями обработки.

КомпаниейMicrosoftбыла разработана собственная реализацияJVM (MSJVM), включавшаяся в состав различных операционных систем, начиная сWindows 98 (также входила в Internet Explorer от версии 3 и выше, что позволяло использовать MSJVM (Microsoft java virtual machine) в ОС Windows 95 и Windows NT 4 после установки IE3+ на данные ОС).

MSJVM имела существенные отличия от Sun Java, во многом ломающие основополагающую концепцию переносимости программ между разными платформами:

отсутствие поддержкипрограммного интерфейсавызова удаленных методов (RMI);

отсутствие поддержки технологииJNI;

наличие нестандартных расширений, таких, как средства интеграции Java иDCOM, работающих только на платформе Windows.

Тесная интеграция Java с DCOM и Win32 поставила под вопрос кроссплатформенную парадигму языка. Впоследствии это явилось поводом для судебных исков со стороны Sun Microsystems к Microsoft. Суд принял сторону компании Sun Microsystems. В конечном счете между двумя компаниями была достигнута договоренность о возможности продления срока официальной поддержки пользователей нестандартной Microsoft JVM до конца 2007 года.

В 2005 году компанией Microsoft для платформы.netбыл представлен Java-подобный языкJ#, не соответствующий официальной спецификации языка Java и исключенный впоследствии из стандартного инструментария разработчикаMicrosoft Visual Studio, начиная с Visual Studio 2008.

Язык Java активно используется для создания мобильных приложений под операционную систему Android. При этом программы компилируются в нестандартный байт-код, для использования их виртуальной машиной Dalvik. Для такой компиляции используется дополнительный инструмент, а именно Software Development Kit, разработанный компанией Google.