EMS能源管理平台功能概要设计说明书.docx

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1、EMS V1.3平台功能概要设计说明书V1.00目 录1 引言11.1 编写目的11.2 项目背景11.3 定义11.4 参考资料22 任务概述32.1 目标32.1.1 服务模式32.1.2 总体目标32.2运行环境32.2.1 硬件环境32.2.2 软件环境42.2.3 开发环境42.3 需求描述42.3.1 功能需求42.3.2 非功能需求42.4 条件与限制63 总体设计73.1 总体结构73.2 业务方案84 模块设计94.1 前置到平台时间戳及采样入库94.2.1 实现方案94.2.1 处理流程94.2.3 数据库表结构114.2.4 通信接口134.2.5 模块接口144.2 数

2、据异常判断与修复154.2.1 实现方案154.2.2 数据流程164.2.3 数据库表结构175 质量要求195.1 质量要求196 系统安全设计206.1 应用系统安全性设计206.2 数据存储安全性设计20 EMS V1.31平台功能 概要设计说明书V1.001 引言1.1 编写目的本文档是对WXFWXF-EMS V1.31平台系统软件（以下简称EMS V1.31系统或本系统）中的平台功能进行详细分析和讨论后得出的分析说明书，旨在明确本软件模块的功能需求。通过本说明书，可以了解到本软件的开发背景、建设要求、功能需求等。各个模块的开发人员阅读此文档后，以各个模块的功能为基础，兼顾配合服务器

3、模块，完成各自模块的功能。本文档面向的读者是： WXF-EMS V1.31项目组各成员。1.2 项目背景从EMS V1.20开始，逐渐深度集成多个子系统，且形成多个通用业务模块。为更好应对近期项目(南京高科和江北机场新项目)需求。EMS V1.31希望能够深度融入了照明、计费，对配电也进行更深度融入；因此，系统功能结构需要按照模块的方式进行统一的规划和调整。1.3 定义下表列出本报告中专门术语的定义、英文缩写词的原词组和意义、项目组内达成一致意见的专用词汇，同时继承全部的先前过程中定义过的词汇。词汇名称词汇含义备注Redis开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型

4、、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。WCF由微软开发的一系列支持数据通信的应用程序框架XML非常适合万维网传输的可扩展标记语言，提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据WebServiceWeb service是一个平台独立的，低耦合的，自包含的、基于可编程的web的应用程序，可使用开放的XML（标准通用标记语言下的一个子集）标准来描述、发布、发现、协调和配置这些应用程序，用于开发分布式的互操作的应用程序。STLStandard Template Library，标准模板库，惠普实验室开发的一系列软件的统称。它是由Alexander Stepanov、Men

5、g Lee和David R Musser在惠普实验室工作时所开发出来的。这可能是一个历史上最令人兴奋的工具的最无聊的术语。从根本上说，STL是一些“容器”的集合，这些“容器”有list,vector,set,map等，STL也是算法和其他一些组件的集合。这里的“容器”和算法的集合指的是世界上很多聪明人很多年的杰作。STL的目的是标准化组件，这样就不用重新开发，可以使用现成的组件。OPCOPC(OLE for Process Control, 用于过程控制的OLE)是一个工业标准，管理这个标准国际组织是OPC基金会，OPC基金会现有会员已超过220家。遍布全球，包括世界上所有主要的自动化控制系统

6、、仪器仪表及过程控制系统的公司。基于微软的OLE(现在的Active X)、COM （部件对象模型）和DCOM （分布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。1.4 参考资料编号资料名称说明1能源管理系统EMS V1.31用户需求说明书V1.00.doc2C+编程规范.doc3WXF-9000能源管理系统平台软件V1.1 数据库设计说明书V1.00.doc4软件版本规范草稿.doc第 16 页 2 任务概述2.1 目标2.1.1 服务模式 公司基于“平台战略”提出的新一代能效管理+机电运维软件平台，目标是建立一个高度开放的，可扩展的，面向

7、能源和数字机电大数据的运营支持平台，即建筑能源与设备运维平台EMS1.3平台。在WXF整体战略的驱动下，EMS1.31系统研发的目标定位是运用物联网（Internet of iThing, IoT）、大数据分析，依靠能源与机电设备管理两大核心体系为支撑，以强弱电一体化监控和大数据挖掘分析为基础，以运维为核心理念，构建新一代数字机电智慧运维平台系统。2.1.2 总体目标 EMS1.31项目总体研制的功能模型如图所示。系统向下遵循国家标准、行业标准和企业内部标准规定，接入计量仪表、环境传感、暖通空调、智能照明和楼宇自控等多种类型的底层设备，并通过这些底层设备实现对物理世界的感知和控制操作。对于应用

8、客户，由客户建设硬件基础设施并安装部署企业级系统，接入数据进行处理，并提供能效管理和设备运维应用服务。客户较少投资额度而且以动态灵活配置的方式使用EMS软件服务，平台数据服务提供开放接口，可供第三方应用开发者调用和研发新型应用，并纳入WXF整体的能效管理和设备运维生态圈。2.2运行环境2.2.1 硬件环境能耗监测系统的服务器由于需要安装数据库软件及工具软件，配置要求较高。通常选择当前的主流机型，物理环境配置如下：服务器端-硬件环境类别要求备注CPU主频2.4 GHz或以上CPU内核2核或以上内存8.0 GB或以上主机硬盘500GB或以上，7200转UPS2KVA及以上网卡100M或1000M客

9、户端-硬件环境类别要求备注CPU主频2.0 GHz或以上CPU内核2核及以上内存4.0 GB或以上主机硬盘250GB或以上网卡100M或1000M2.2.2 软件环境软件环境配置如下：服务器端-软件环境类别要求备注系统服务器操作系统Windows 2012 R2（64bit）企业版数据库服务器操作系统Windows 2012（64bit）企业版数据库MS SQL Server 2012企业版（64bit）杀毒软件微软MSE OFFICEOFFICE 2012客户端（B/S端）-软件环境类别要求备注客户端操作系统不限杀毒软件微软MSE OFFICEOFFICE 2012浏览器IE10浏览器、ch

10、rome浏览器、360浏览器、遨游浏览器2.2.3 开发环境软件环境类别要求备注操作系统Windows 2008 R2 32位企业版/Windows XP SP3/Win7 32bit/64位旗舰版数据库MS SQL Server 2012企业版（64bit）软件开发平台Microsoft Visual Studio 2008(sp1)/20102.3 需求描述2.3.1 功能需求2.3.2.1 多级系统数据接口支持主站和子站两级能耗监测系统，子站向主站端采用系统级接口进行数据对接的应用场景。子站端向主站端转发EMS系统历史数据，应包括各子系统历史数据、能耗数据、告警及事件信息等。子站上报的数

11、据可以通过配置选择。子站数量多于32个。对主站端和子站端建链过程进行管理，对于建链/断链/重连操作予以告警事件记录。支持通讯异常下的断点续传功能。公网传输支持。主站/子站间系统接口应支持通过公网进行数据传输，主站端具备公网IP地址，子站端动态IP，由子站端主动发起连接请求进行建链。应支持数据加密2.3.2 非功能需求本节记录对概要设计具有重要影响的软件需求和约束，描述相关的重要决策和决策的原因。这些决策一般对设计有很大影响,它们的改变很难通过设计技巧来屏蔽，例如所选用的开发语言,所选用的平台、组件和框架，对关键业务，类和方法的处理等。2.3.2.1 性能需求1、系统容量N/A1实时数据库支持的

12、数据点总数（单套服务器）500,000点2实时数据库支持的遥控15,000点3实时数据库支持的计算量10,000点4历史数据库采样数据点个数100,000点5存储时间5年6接口网关数量100个超过100个场景可通过级联或者后续版本改进方式完成；2、监测和分析数据采集1开关量变位传送时间（网关到系统页面）3 s2模拟量数据刷新时间（网关到系统页面）3 s3告警刷新时间（网关到系统页面）3 s4采样数据储存最小间隔5min5能耗数据储存最小间隔10min页面响应1页面切换、调用响应时间3 s2统计性数据查询响应时间10 s3分析性数据查询响应时间10 s4诊断性数据查询响应时间10 s3、控制类N

13、/A1定时控制组1000个2定时控制组中的项100个3联动控制组1000个4联动控制项100个5联动条件检查周期3 s6控制执行时间3 s7控制操作正确率1008控制成功率99%4、负荷率N/A1服务器CPU平均负荷率（正常运行任意30min内）302服务器CPU平均负荷率（系统故障10s内）503网络负荷率（正常运行任意30min内）304网络负荷率（系统故障10s内）405、APP服务器性能N/A1服务器支持最大并发连接数402服务器带宽5M1、历史采样数据存储容量为128000点，应用服务程序做好兼容大于128000点数据的功能，平台预留接口，以备以后扩展；2、前置、后台断点续传的数据以

14、10分钟间隔存储离线数据，可存储至少一个月的数据；3、实时数据库支持的遥控 =5000个；2.3.2.2 可扩展性需求 要有一个良好的设计框架。为了软件能适应未来几年的现场需要，通用数据配置模块应该根据实际需要保持一定的可扩展性、可复用性，这就要求系统升级时对已基于该系统实施的系统兼容，软件设计必须有良好的设计框架。其中包括：第一、采用复用技术。 第二、底层业务模块相对独立，统一接口，做到高内聚、低耦合。第三、良好的人机交互界面。 系统需要具有足够的灵活性与通用性本软件作为图形与服务器间的接口，模块间传递的参数需具有通用性、设置灵活性等特点，以达到各种接入设备的通用。2.3.2.3 可测试性需

15、求测试用例1测试用例22.3.2.4 可维护性需求 无2.3.2.5 易用性需求系统的使用要考虑现场人员的易用性。本软件的最终用户为现场的运行维护人员，在设计软件时要考虑人员的使用习惯和方便使用；简单易用的系统可以提高现场工程实施人员的效率，降低出错的几率。2.3.2.6 安全需求安全性保密性：只有授权的用户才能动用和修改信息系统的信息，而且必须防止信息的非法、非授权的访问。完整性：信息必须以其原形被授权的用户所用，也只有授权的用户才能修改信息。目前对用户名、密码存放使用MD5方式进行数据加密。可用性（1）设备备份机制、容错机制，防止在系统出现单点失败时，系统的备份机制保证系统的正常运行。（2

16、）SQL Server系统数据库定期备份（不超过30天）。2.4 条件与限制对系统其它的一些条件和限制：1、对于一些公共的、经常使用的代码或函数，避免频繁复制，可封装成公共类或库；2、代码中做好注释，避免无用注释的出现，以增加可维护性；3、尽量减少人工配置，增加默认属性，以增强易用性；4、代码中尽量使用标准STL的内容，以增加系统可移植性；5、做系统设计时，尽量考虑以前老版本的功能，以增加系统的兼容性。6、经过Web Service服务程序到后台服务器读取10000个配置点以内的数据时间=5秒；7、B/S组态图形软件获取500个实时数据值时，从发出请求到数据返回时间=3秒；8、128000个采

17、样数据点在保存到数据库表的时间=120秒（此时间有点长，需要进一步优化）；9、模拟量、脉冲量、开关量总数在=150000时，主备服务器切换的时间=30秒；10、从Web Service下发控制命令到前端设备动作的时间 =3秒。3 总体设计3.1 总体结构系统采用三层C/S或B/S架构，其中数据采集层的功能是通过各个数据采集器、OPC服务器、其它系统将底层各种物理设备、传感器、其它系统数据接入，通过企业内部传输协议将数据统一上传给平台处理层。平台处理层的功能为，收到采集设备数据，经过规约转换，数据进入实时库，提供告警、数据修复、二次采样入库、数据基础分析功能，并将分析、处理之后的数据录入历史数据

18、库。业务展现层的功能为，从平台侧实时库和历史库获取相关信息，支持配电、能管、照明、计费、环境监控、设备运维等业务功能，为用户提供专业服务。3.2 总体方案整个系统由前置机、主备模式、数据库服务器、WEB只读数据库、防火墙（如果有的话）组成。对于前置上送的实时数据、断点数据，后台服务器保存到历史采样表中，历史服务程序定时对数据进行异常判断、对数据进行修复，由MS SQL自带的同步功能（SQL2005或以上版本）把历史采样数据同步到WEB数据库（只读）中，以便在中间加入防火墙进行隔离。当B/S客户端有数据修改时，通过Web Service服务把数据写入后台数据库中。 数据库服务器中的数据采用配置数

19、据、历史采样数据分文件的方式，减少对某个磁盘I/O的频繁访问；由于历史采样数据、加工后的数据量较大，采用分区表的方式，提高查询效率。4 模块设计4.1 主站与子站配置同步4.1.1 实现方案按计划，主站和子站间的设备相关基础配置需要同步，而业务相关的配置无须同步。基础配置同步：为子站建立单个集中器设备配置表，因为一个子站的设备数量不多，可以将一个子站系统视为一个集中器，分配一个STATIONID进行管理,由主站设备表DEVNUM关联的子站的设备表ID。主站设备表采用单个集中器设备配置表导入，主站重新生成三遥表和采样配置表，一个子站对主站视为一个集中器。子站可转发的数据采用转发设备配置表进行配置

20、，支持配置设备点位/告警项。业务配置：主站和子站的业务配置无须同步，独立配置实现。子站的业务配置，在主站端采用重新生成的方式提供，因此相同业务在主站与子站之间配置可能会不同，由人工核对方式确保业务模型一致。4.1.2 处理流程4.1.3 数据库表结构（1）集中器设备配置表 （2）转发数据配置表（3）转发采样数据表程序在保存采样数据到历史采样表时，需要另外增加一张时间/标志对应表，该表与历史采样表的数据值对应，时间/标志对应表的命名、存储规则与原历史采样表的格式一致，表名为TS_M5_EXT_XXX。采样时间对应表如下：字段名描述数据类型是否为空备注RECNUM自增的索引号BigIntNOT N

21、ULL增量为1TIMEID时间（年、月、日、时、分、秒）SMALLDATETIMENULL与TS采样表里的时间一致V001_DT与TS采样表里的列V001对应DATETIMENULL该时间指前置上送的最后一次有效的时间V001_FLAGV001字段是否有效INTNULL详见备注V002_DT与TS采样表里的列V002对应DATETIMENULL该时间指前置上送的最后一次有效的时间V002_FLAGV002字段是否有效INTNULL详见备注V128_DT与TS采样表里的列V128对应DATETIMENULL该时间指前置上送的最后一次有效的时间V128_FLAGV128字段是否有效INTNULL详

22、见备注备注：VXXX_FLAG的含义定义如下（二进制格式）：0x00000001 异常数据，如0、负值、极大值、比上次值小0x00000002 正常数据（通讯正常、修复后的）0x00000004 通讯中断后的数据0x00000008 断点续传标志此字段的高8位为预留，以便以后扩展使用。4.2 子站数据同步功能4.2.1 实现方案 子站支持数据同步客户端，通过AES128加密的传输协议，将子站历史数据、断点数据、告警数据等上传到主站。子站支持历史数据同步功能，主要通过子站支持数据上传，目前需要处理的数据包括5分钟采样数据、断点数据和告警数据。根据转发设备配置表选择需要转发的设备配置进行上传。5分

23、钟采样数据，根据直接从5分钟采样表中获取，并上传到主站，并更新转发采样数据表状态。断点数据，每次取采样数据上传时，需要将已经发送成功的数据保存到转发采样数据表中，每天定期比对最近N天内（按照能耗标准，断点数据保存N=7-10天，实现数据保存周期可配置）转发采样数据表中记录数和目前5分钟采样表对应记录数的方式，将需要补充的断点设备数据检索出来，上传到主站。单设备最大断点数据量为12*24*10=2880条,一个子站200设备为2880*200=576000条数据。采用历史数据库保存已经发送的N天数据，以便快速检索查找。告警数据，子站告警代理从告警历史表中定期读取近期告警，将子站设备ID转义为对应

24、的主站设备ID的告警数据上报。子站支持断点续传功能，有如下两种实现方式：1、主站下发断点数据请求命令，告知断点数据区间，由子站响应将该事件段内的数据完整上传2、子站通讯恢复时检测断点数据区间，由子站判断将断点时间区间的数据完整上传目前暂定采用方式2的方案实现。采样数据、断点数据和告警数据支持AES128加密方式传输。4.2.2 处理流程子站定时同步处理流程，检测时间段为当前时间当前时间-N天，将5分钟采样表的记录与转发采样数据表中未完成的转发采样进行比较，将不一致的数据上传到主站。4.2.3 数据库表结构转发采样数据表（TS_M5_TRANSTBL）字段名描述数据类型是否为空备注ID自增的索引

25、号IntNOT NULL增量为1TIMEID时间（年、月、日、时、分、秒）SMALLDATETIMENULL与TS采样表里的TIMEID一致SAMPLENO采样号INTNullTb采样表里的IDDEVICEID设备IDINTNULLTb_sample_ext_xxx表里的DEVICEIDSAMPLEVALUE采样值FLOATNullTS采样表里的数据值SAMPLETABLE所在的采样表名称，如TS_M5_003VARCHAR(50)NULLTb_sample_ext_xxx表里的SAMPLETABLENAMESAMPLECOLUMN所在的采样表的列，如V012Varchar(32)NULLTb

26、_sample_ext_xxx表里的SAMPLECOLUMNDATA_DT数据值FLOATNullTb_sample_ext_xxx表里的VXXX_DTDATA_FLAG时间（年、月、日、时、分、秒）DATETIMENULLTb_sample_ext_xxx表里的VXXX_FLAGSAMPLETYPE采样类型INTNULLTb采样配置表里的标志字ISDEAL是否已修复过TINYTINTNOT NULL0-未修复，1-已修复DESCRIPTION错误描述VARCHAR(64)NULL如：极大值或突变值(上次值的10倍+1000),本次值=1500,上次值=104.2.4 通信接口4.2.5 模块

27、接口主站与子站通信结构体定义：4.3 主站数据同步功能4.3.1 实现方案主站支持多通信连接管理和AES128解密功能，数据通道发生断链/重新建链需要及时告警/恢复等功能。主站能够接入多个子站的通信连接，单独针对子站每个通信连接进行接入认证、连接管理、数据加解密、数据上传、断链告警等功能处理。4.3.2 处理流程4.3.3 数据库表结构4.3.4 通信接口主站与子站通信结构体定义：4.3.5 模块接口5 质量要求5.1 质量要求6 系统安全设计6.1 应用系统安全性设计1、权限验证对于退出后台服务器的操作，进行权限验证，保证无权限的用户无法退出重要程序；2、看门狗服务（1）看门狗程序配置为开机

28、自启动，防止用户人为重启电脑或意外断电重启时，整个后台无法启动的问题；（2）对整个系统的所有程序，如服务器程序、客户服务程序、定时计算程序、短信服务程序、告警服务、Web Service服务进行监视，如程序退出，则重新启动程序；如CPU或内存在一定时间内长期高于某个值，则对服务进行重启；3、主备服务架构整个后台系统采用主、备服务器架构及单数据库模式，两台电脑实现热备，当其中一台电脑因错误退出时，另一台电脑可在30秒内接替主机运行，保证服务器仍处于可用状态。6.2 数据存储安全性设计1、权限验证对所使用到的存储过程设置权限，对于无权限的用户只有查看权限；2、数据文件备份（1）整个数据库系统采用微软操作系统（Windows2008 R2企业版）自带的功能，设置RAID1，两块硬盘互为备份，保证数据的安全；（2）数据在程序启动时完成备份脚本的初始化工作，通过Windows的任务计划功能，实现对数据库文件的定期备份，系统默认周二、四、六的0：13备份一次；3、只有值班服务器才具有操作数据库服务器的权限。