基于Modbus/TCP协议的电力数据监测与分析系统的设计与实现

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某公司在其产品生产过程中需使用多种大型电力设备,但目前公司信息化建设不足,难以有效地对各厂区分散高、低压配电室数据进行在线数据采集,设备运行远程、实时监测不力,电力数据不能充分上传调度中心,对公司整个生产过程中的电能消耗、设备故障等统计和分析的效果不佳。鉴于上述问题,本文设计并实现了基于Modbus/TCP协议的电力数据监测与分析系统,采集电力设备环境运行数据、电气运行数据、设备状态数据等,对电力设备进行集中化动态监测和数字化管理,满足公司对电力设备远程监测、实时管理、数据分析和节能降耗要求,达到发现生产过程中的问题,维护企业利益,保证生产安全的目的。基于Modbus/TCP协议的电力数据监测与分析系统包括总站子系统和分站子系统,总站子系统实现了对系统用户、分站基本信息及分站采集数据的管理;分站子系统实现对分厂采集设备自动化配置、实时数据采集、远程监测、实时报警、数据分析图表展示等功能。本文的主要工作如下:(1)通过多种方式获取需求,利用UML用例模型、用例文本及领域模型进行需求分析,确定该公司电力设备监测与分析需求,明确系统目标。(2)结合技术背景和需求分析结果,设计网络拓扑结构、系统分层体系结构、系统功能模块结构以及模块间的调用关系;并设计数据库概念模型、物理模型以及系统对象模型,完成系统概要设计;本章完成的概要设计符合需求约束。(3)针对关系型数据库查询采集过程中产生的千万级海量数据存在超时这一关键问题,探索该场景下基于Elasticsearch倒排序索引的HBase二级索引方案的应用。关联查询响应测试表明,本方案可以大幅提高海量数据查询效率。(4)进行详细设计,建立时序图描述具体用例场景中对象间交互过程;建立类图描述类、接口的静态结构和其间关系,并用Spring Boot框架实现系统。该系统已交付公司并投入使用,交付反馈表明,本系统已较好地满足了公司的需求。该系统为工业现场设备的在线监测、远程警报、采集数据统计分析需求提供了一套可行的方案,符合我国工业互联网发展诉求,具有一定的工程价值。
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