（系统工程专业论文）工业变电站监控软件管理组态模块的设计.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文结合系统工程的原理和方法论， 采用 v c +作为主要开发工具， 对工业变电 站监控软件管理组态模块进行了分析和设计。管理组态模块主要包括登陆管理、工 程管理、 系统参数组态管理、决策支持等模块。 针对登陆管理模块设计了不同的用 户组和权限管理;设计了工程管理模块的数据管理和工具栏的权限控制;深入地分 析设计了 参数组态管理模块的 数据结构设置和寻址方式。最后结合工业变电 站设备 的状态检修，将决策支持系统设计思想引入了管理组态软件设计中，提出了 管理组 态软件嵌入状态检修决策支持模块的设计构想。 关键词:工业变电 站，监控组态，管理模块，权限 管理，决策支持 abstract i n t h i s p ape r， u n i o n p rinc i p l e a n d m e th o d o l o gy o f s y s t e me n g i n e e ri n g ， m an a g e ri a l c o n fi g u r at i o nmo d u l eo fmo n i t o r e d s o ft w arein i n d u s t ry tr a n s forme rs u b s tati o ni s ana l y z e dandd e s i g n e d勿 a d o p t i n gth ev c + + as t h em a i nd e v e l o p m e n tm e an. mana g e r i al c o 硫 g urat i o nmo dul e smai ul yc o ntai nthefo1 i o w i n gc at e g o ri e s :l and l n g m ana g e m e ni，pr oj e ct m a n a g e m e 叭 sy s t e m p ar ame t e rc o nfig u r a t 1 o nm a n a g e m e nt ， d e c i s i o n s upp o rtand s o o n . p o i nted t o l an d ing m anage m e nim o d u l e ， d i ffer e nic o n s um er g r o up anda u t h o ri t ym ana g eme nt i s p r o g r a m m e d . d ata m an a g e m e ni o f e 雌i ne e r i n g m an a g eme nt m o d u l eanda u t h o ri ty c o ntro l o fi m p 1 e m e nt fe n c ei se x p 1 o i t e d . d ata s t ru c ture s et 一 up a n d add re s s i n g s y stemo f p arame t e r c o n fi g u r at i o n m ana g e r i alm o dul e i s a n a l y z e d andd e s i gne d tho r o u g hly . a t l ast ， 妙 a s s o c i at i n g s t a t c i n s p e c t i on o f e 妙i p m e n t s i ni n dus try tr ans fo rme r s u b s t atio n ， t h ed e s i g nt hou g b t o f d e c i s i o ns upp o rts y st e mi s i e a d e di nth ed e s i gn o f m ana g e r i aic o n fi g u r at i o ns o ft war e . thei d e a t h a t m ana g e ri a l c o n fi g urat i o n s o ft w ar e b u i l t i n st at e i n s p e c ti o n d e c i s i o n s upp o rt mo d u l e i s p ro pos ed. n i w 七 i q i an g ( s y s t e ln e n g l n e e 山9 ) d i r e c t e d b yp r o f.l i d azh o 昭 k e y wor d s : i n d u s t ryt r a n s for me r s u b s t a ti o n ， m o n i t o red c o n fi g u r a t i o n ， ma n a g e ri a l mo d u l e ， a u t h o r i tyma u a g e m e n t ， d e c 肠 i o ns u p p o d 笠丝.d口 尸刁妇 月 本人 郑重声明: 此处所提交的硕士学位论文 工 业变电 站监控软件管理组 态模块的 设计 ，是本人 在华北电力大学攻读硕士学位期间， 在导 师指导 下进行的研究工作和取 得的 研究 成果。 据本人所知， 除了 文中 特别加以 标注和 致谢之处外， 论文中 不包含其 他 人已 经 发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获 得华北电力大学或 其他教育机构的学 位 或证 书而使用过的 材料。 与我一同工作的同志对 本研究所做的任 何贡献均己 在论文中 作 了明确的说明并表示了谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 二 鱼 里 座 三 全日期 : 词。 ; 关于学位论文使用授权的说明 本人完 全了 解华北电 力大学有关保留 、 使用学 位论文的规定， 即: 学校 有权 保管、 并向 有关部门 送交学位论文的原件与复印件; 学 校可以 采用影印、 缩印 或其它复 制手 段复制并 保存学位论文; 学校可允许学位论文被 查阅 或借阅; 学校可以 学术 交流为 目 的， 复制 赠送和交换学位论文; 同意学校可以 用不同 方式在不同媒 体上发表、 传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的 学位 论文在 解密后 遵守此 规定 ) 作 者 签 名 : 傀斗蜷 日期 : 场7 春 一娜 日期二 之 竺 立:乏上 一 华北电 力大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 . 1 工业变电站自动化系统特点及发展趋势 工业变电站自动化是计算机技术、自 动化技术和通信技术等先进技术的综合 应用， 可以实现变电站的高水平的无人值班管理。 工业自 动控制系统以计算机软、 硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，具有适应性强、开放性好、易 于扩展、经济使用、监控层开发周期短等明显优点。通常可以 把这样的系统划分 为管理层、监控层和控制层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连 接管理层，不但实现对现场的实时监测与控制，而且在自 动控制系统中完成上传 下达、组态开发的重要作用。监控层的硬件以工业级的微计算机和工作站为主， 目 前更趋向于工业微机。 工业变电站自动化发展可分为三个时期。在第一时期，工作人员无法及时地 了解和监视各个车间或线路的运行情况，更谈不上对各个车间和线路进行直接控 制。整个变电站供电系统的设备运行情况，各个生产车间，各条线路的电流、电 压、 功率等情况调度中心都不能及时掌握， 调度员和各个车间的联系主要是电话， 每天由各车间值班人员定时打电话向调度员报告本车间的电流、电压、功率等数 据，调度员根据情况汇总、分析，花费很长时间才能掌握全厂供电系统运行状态 的有限信息。严格说来，这些汇报信息已经属于 “ 历史”了。调度员只能通过大 量人工手算得到的各种系统运行参数信息，结合这些有限的“ 历史”性信息，加 上个人的经验，选择某种运行方式，再用电 话通知各个车间值班人员进行调整控 制。一旦发生事故，也不能及时了解事故现场情况，及时进行事故处理。需要较 长的时间， 才能恢复正常运行。 显然， 这种落后的状况直接影响企业的安全运行。 工业变电站监控系统的第二个发展阶段，是远动技术的采用。安装于各个车 间的远动装置， 采集各车间的负荷情况，各线路电流、电压、功率等实时数据， 以 及各开关的实时状态，然后通过控制电 缆传给调度中心并直接显示在调度台的 仪表和模拟屏上。调度员可以随时看到这些运行参数和全系统运行方式，还可以 立刻“ 看到” 开 关等设备的事故跳闸 ( 模拟 屏上 相应的图 形闪 光 ) . 调度中 心可以 有 效地对整个系统的运行状态进行实时的监控.调度员还可以在调度中心直接对某 些开关进行投入和切除的操作。这种布线逻辑式的装置的采用，使变电站的监控 系统可以实现遥测、遥信、遥控的功能。 工业变电站监控系统的第三个发展阶段， 是计算机在工业控制系统中的应用. 现代企业生产规模越来越大，对电能质量及供电 可靠性的要求越来越高，由于能 华北电 力大学硕士学位论文 源紧张，人们对系统运行的经济性也越来越重视。全面解决这些问题，就需要对 大量数据进行复杂的分析和计算。监控系统需要装备类似人的 “ 大脑”的设备， 这就是计算机。随着计算机技术的飞速发展，计算机在控制领域的应用越来越广 泛， 而且由于微机的价格越来越低， 计算机控制成为一种经济、 实惠的控制方式. 一般在控制系统中用到的多是工控机或普通p c机。 但是， 要使计算机成为一种控 制系统， 不但需要各种各样的硬件设备，控制软件也是必不可少的 14 . 监控组态系统的出现还源于一个矛盾，即许多工程技术人员对传统的仪表控 制方式很熟悉，但是往往缺乏专业的计算机知识，而专业的计算机技术人员又缺 乏实际的控制经验。 这样在计算机与控制之间就存在一个巨大的障碍，而监控组 态系统则成为逾越这一障碍的桥梁。组态软件是一种控制系统开发工具，它提供 了系统常用组件的软件抽象，对于不同的系统只需根据各自的硬件结构分别进行 软件组态，就能够很方便地设计出各种不同的控制平台，能够适用于一大类被控 对象，是控制技术人员用最简单的方法，随心所欲地组成自己的控制系统。 工业变电站自 动化技术是在计算机监控、远方调度控制等技术的应用基础上 发展起来的，对变电站运行自 动进行监视、管理、协调和控制，提高了变电站的 安全管理水平。工业变电站的控制简单的说就是将现场设备的运行状况通过某种 方式反映在计算机上。从硬件方面就是监控现场通过电缆或者网线等与计算机连 接起来，用计算机来反映现场，因此两者是存在一种映射关系，如图示1 一 1 如下: 图 1 一 1监控现场与计算机关系略图 1 . 2 监控软件的发展历史 20 世纪 70 年代中期，随着第一代集散控制系统在工业变电站综合自 动化的 应用，最早的监控软件开始出现，当时主要是解决变电站的人机图形界面问题， 但是随着技术的不断发展，监控软件逐渐被赋予了新的内容如数据采集，数据分 析等。8 0 年代中后期，随着个人计算机的普及和监控系统概念的推广，基于个人 计算机的监控系统开始进入市场。作为监控系统重要组成部分的监控组态软件， 也随着计算机技术的 发展而快速发展起来，监控软件的功能在不断改进和增强。 尤其在微软公司的win d o ws 操作系统普及之后，由于 win dows 操作系统直接支 持多 任务， 支持c o m 、 o d b c( 开 放数 据库互 联， o p e n d a t a b a s e c onn e c ti v i t y ) 、 a d o( 活动数据对象， a ctived ata o bj ec o和i ni e r n e t 等多种技术，并具备v b ， 华北电力大学硕士学位论文 v c等多种软件开发工具， 研究变电站自动化系统的国家和大公司越来越多， 德国 的西门 子公司、a b b公司，美国g e公司、西屋公司等都有自己 的变电 站自 动化 系统的 产品。目前世界上监控软件共有几十种之多，而且每年的装机量都在大幅 度增长。 80 年代后期， 投入工业变电站自 动化研究的高等院校、研究单位和生产 厂家逐步增加。9 0 年代，变电 站自 动化己 成为热门话题，研究单位和产品如雨后 春笋般蓬勃发展。 “ 组态 ，的 概 念是 伴随 着 集散 式 控制 系统 ( d i而b ut e d c o ntro l s y s t e m ， d c s ) 的出现才开始被广大的生产过程自 动化技术人员所熟悉的。组态软件 ( 有时也称 为监控组态软件或工控组态软件) 为自 动化工程技术人员提供了一种采用搭积木 的方式制作现场控制过程和控制界面的工具。 组 态的 概 念 最早 源于 英 文 c onfi g 盯 ation， 其含 义是 使 用软 件工 具对 计 算 机 及 软件的各种资源进行配置，达到使用计算机或软件按照预先设置，自 动执行特定 任务，满足使用者要求的目 的。组态软件是面向 监控与数据采集 ( 5 即e rv i so ry c o ntroland a cq ul si ti on，s c a d a )的软件平台工具，具有丰富的设置项目， 使用 方式灵活，功能强大。组态软件最早出 现时，人机接口 h m i ( h u manm ac hi ne i n t e r face ) 或m mi ( m anm a c hi n e l nt e rfac e )是其主要内 涵， 即主要解决人机图 形 界面问题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、s c a d a 、通信及联网、 开放数据接口 、对1/ 0设备的 广泛支持已 经成为它的主要内 容。随着技术的 发展， 组态软件将会不断被赋予新的内容。 组态软件是监控系统的指挥中心，是监控系统发展的产物。监控系统经历了 下面五种发展形式。 ( 1) 集中式监控系统。 集中 式监控系统以单板机为控制装置， 与上位机通过 串 行口 相连，所有模块集中在若干个机柜中，这类系统技术比 较落后，不符合分 布、开放趋势。 ( 2 ) 基于模拟仪表的监控系统。 这类系统以 “ 集散式控制系统d c s为理论基 础， 采用成熟的模拟仪表，以 “ 传感器、变送器、 控制器和执行机构” 为系统模型 构成。 ( 3 ) 基于智能仪表的监控系统。智能仪表是集遥测、 遥控、 遥信于一体的多 功能监控装置，由 软件算法和硬件电 路组成，具有完备的通信联网功能，能通过 网络传输数据。该类系统一般由 监控主机、 c p u模块、 f o模块、智能仪表、 带 电 执行机构、m o d b u s网络等组成。 ( 4) 基于现场总线的监控系统.现场总线控制系统 ( f c s )运用数字诵信、 华北电力大学硕士学位论文 计算机、自 动控制、网络、智能仪表等先进技术，具有全分散、开放性、全数字 化、智能、双向、互联、多变量、多接点、多分支等特点。现场总线智能断路器 与监控主机双向通信可构成智能化的监控、保护、 信息网 络系统。 ( 5) 基于计算机网络的监控系统。 虽然p l c 、d c s 、f c s 也采用了 工控机、 o p c和以 太网技术， 但由 于这些技术被镶嵌 在传统的系统结构中，因此它们的基 本构成无本质改变。 1 . 3 选题的背景和意义 工业变电站的监视控制与数据采集系统(s c a d a ) 是变电站综合自 动化的重要 组成部分，完成对变电站内 数据采集与控制， 它是能量管理系统(em s)和配电管理 系统( d ms) 应用软件的实时数据来源和操作控制的执行机构，是电网调度自 动化的 基础。它作为能量管理系统和配电管理系统主要的子系统，具有信息完整、提高效 率、正确掌握系统运行状态、正确决策、帮助快速诊断出系统故障状态等优势。现 在已经成为电 力调度不可缺少的 工具， 在提高电网 运行的可靠性、安全性和经济效 益，减轻调度员的负担，实 现电 力调度自 动化与现代化， 提高调度的效率和水平方 面有着不可替代的作用。同时监控组态系统又是人与设备之间的桥梁，通过监控组 态，用户可以 深入的了解和控制现场设备131 。 自 上世纪 70 年代变电站综合自 动化的研发开始起步，到 90 年代日 臻成熟. 国内 专门针对变电站配套产品生产的中小型企业也如雨后春笋般的出现。这些中 小型企业相继在自己的硬件产品中嵌入了单片机以满足智能化的市场要求。同时 这些企业急需与硬件配套的上位组态监控软件，从而形成自己 完整的、独立的产 品系列，以求在激烈市场竞争中 处于有利的 地位。当前，国外组态软件占据着市 场的大部分份额，但是由 于价格太贵，成套系统价格在几十万几百万之间，对 于那些生产变电站配套产品的中小型企业来说，巨大的投资资本就使它们望而却 步。同时，组态软件本身也还存在不足之处， 通用性太强，组态软件的许多功能 用不上，造成极大的 浪费，而且一些特殊要求又得不到满足。国产化的组态软件 也正成为市场上的一支生力军， 但存在的问 题是与下位机的通讯不够开放、软件 的可扩充性、集成性和网 络功能 有一定局限 性。鉴于此， 通过研究国内 外工控组 态软件尤其是变电站监控组态软件最新发展状况，发现用以满足中小型企业的要 求，提高变电站的自 动化水平的这类监控组态软件将具有广阔的市场潜力和经济 效益。 目 前国内 外己 有的一些监控软件， 如i nt ouch，i fi x ，组态王，win c c等，但 是它们一般价格较贵，而且在具体的 应用中 也往往无法满足工业变电站监控系统 的特殊要求，再加上没有源代码支持，因此开发具有自 主知识产权的变电站监控 4 华北电力大学硕士学位论文 软件有一定必要性和需求性，自 主开发监控软件可以保证变电 站系统稳定可靠运 行， 并且具有很强的适应性，同时还可以通过出售或授权使用的方式获取丰厚利 润， 这些都将有助于在越来越激烈的电力系统行业竞争中提高公司核心竟争能力 并推广公司的系统产品。 保定三奥自 控工程有限公司主要生 产适用于工业变电站的电力监控器。以满 足国内 城乡、小型企业供电质量不高的问 题。针对这些迫切需求，又考虑到公司 目 前的规模和开发投入能力，因此公司要求开发一套能同时满足中小型变电 站， 以 工业变电站监控为主的通用软件，做到以最小的开发投入而获得最大的回 报。 公司 着手研究和开发的t s s zic n监控软件， 丰富公司 产品线、扩大行业知名度， 同时 通过变电 站监控软件带动电 力监控器产品的发展，利用现在成熟的计算机技 术， 来解决监控软件的开放性问 题. 根据公司发展规划和公司目 前的规模和实力， 该产品定位于中 小型工业变电站监控系统所需的 行业软件。 t s s 2 1 c n变电 站监控软件是基于 w i n d o w s z o 00 平台， 充分利用 w i n d o w s 系 统的安全性、多线程、多任务并发等特性，以矶su al c 什为主要开发工具，良 好 的开放性设计将使系统具有强大的生命力和广泛的适应性， 特别适合技术人员对 它进行工程应用及二次开发，满足了公司对变电 站监控软件的新要求， t s s zic n 具备现有监控软件的通用特点如数据采集、图形显示、控制、通信等功能。适用 范围主要是 10kv、35kv 等中小型变电站监控系统。 1 . 4 本文研究的主要内容 本文针对工业变电站监控软件，通过对上位监控软件管理组态模块的设计， 实现一般工业变电站生产过程的监控管理。 通过查阅、 收集和分析变电 站自 动化 系统和监控软件资料的基础上，确定了本文的主要工作内容: 1 、 工业变电 站监控软件工程管理器模块设计: 重点研究了工程数据的恢复管 理以及工具栏权限的设置。 2 、 工业变电 站监控软件登陆管理模块的设计: 对用户和权限设置进行了重点 分析设计，以满足工业用户的要求， 保证了系统的 安全性。 3 、 工业变电站监控软件参数组态模块的设计: 主要包括模拟量、开关量参数 等的组态，以及系统参数在线修改设置。 4 、 工业变电站监控软件决策支持系统的规划和构想: 运用系统工程理论和方 法论，提出了 将决策支持系统中的故障诊断和状态检修技术嵌入监控软 件的管理 组态模块设计中的构想 。 华北电力大学硕士学位论文 本论文旨在研究监控软件在工业变电站中管理组态模块的设计，使监控软件 能 够更方便地为现场服务。工业变电站自 动化是工业自 动化不可缺少的一部分， 计算机是电力自 动化进程中不可缺少的一部分。 工业变电站监控管理系统的应用 可以节省很多的人力、物力，甚至能够减少事故的发生，使变电站等用电 场所达 到真正的无人值守的目的。 _华北 电 力 大 学 硕 士 学 位 论 文_ 第二章 工业变电站监控软件管理组态模块的总体设计 2 . 1 监控组态软件的一般功能 软件的总体设计是整个系统功能得以实现的最重要的环节之一。 它的正确性、 可行性、先进性等因素直接决定了系统的功能和性能，并对系统的可靠性、实时 性、可扩展性以及运行效率等性能指标有很大的影响。 如同其它软件开发，在设 计组态软件的总体结构前，首先需要了 解监控组态软件自 身的特点，针对要实现 的基本功能， 并结合用户的实际需求， 制定出 合理、有效的设计方案。 对于通用的工控软件，即使工程的情况不同， 也无需修改底层软件，只要在 上层对工程作适当的组态配置即 可使用。 所以， 强大的组态功能是监控软件的重 要部分。 根据工业系统的实际需要和客户要求，组态部分软件在设计时着重考虑 系统的组态功能和图形用户界面， 确保向用户提供可以满足不同工业生产情况及 特定需求的组态功能和操作方便的用户界面。 组态的目 的在于提供一个用户按照 实际需求定制系统的环境， 并根据用户的组态信息， 生成相应的组态信息数据库， 并确保信息的正确性。 以 使用软件的工作阶段划分， 也可以说是按照系统环境划分， 从总体上分析， 在工业应用中组态软件一般是由系统开发环境和运行环境两大部分构成的。 ( 1) 系统开发环境: 它是自 动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态 软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。 通过建立一 系列用户数据文件，生成最终的图形 应用系统，为系统运行时使用。系统开发环 境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、参数组态程序、实时数据库组 态程序等. ( 2 )系统运行环境:主要供一般操作人员使用，通过监控程序实现现场设备 的监控和数据的采集。在系统运行环境下，目 标应用程序被装入计算机并投入实 时运行。 系统运行环境由 若干个运行程序组成，如图形运行程序、实时数据库运 行程序等17 。 2 . 1 . 1 组态软件的开发环境选择 组态软件的开发工具以 c + 为主，也有少数开发商使用 d el p hi 或者 c 一b ui ld er ，一般来讲，使用 c 升开发的产品运行效率高，程序代码较短，运行 速度更快，但开发周期要长一些，其它开发工具则相反。vis 回 c + + 6 .0能够成为 当今最流行的软件开发工具之一，与其卓越的性能分不开。其主要优势体现在: 华北电力大学硕士学位论文 ( 1) 使用c 十 + 编成的源代码效率高。 ( 2) visu alc +6. 0 开发环境友好， 其高度的 可视化开发方式和强大的向 导工具能 够帮助用户轻松地开发出多种类型的应用程 序。( 3) 由于微软在p c操作系统上的垄断地位，使用 m i cr os o ft发行的编程工具 能够提供与 win d o ws 操作系统的最大兼容性。( 4) 作为桌面操作系统的霸主，微 软自己 开发的编程工具 vis u a 1 c +，不仅能 够提供强大的图形支持，而且能够使 应用程序与硬件相互独立。 ( 5) mf c类库和windo ws a p i 为实现应用程序功能提 供了强大的功能支持。( 6) visualc + + 6. 0 中为用户提供了许多的工具，能帮助用 户寻找错误和提高程序效率。 2 . 1 . 2 监控组态软件的数据处理流程 监控组态软件通过u o驱动程序从现场f o设备获得实时数据， 对数据进行必 要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上;另一方面按照组态 要求和操作人员的指令将控制数据送给 f o设备， 对执行机构实施控制或参数调 整控制。对要求存储的采集数据存储于历史数据库， 对历史数据检索请示给予响 应。监控实时数据库是组态软件的核心。历史数据库的存储和检索、数据的运算 处理、f o数据连接都是由监控实时数据库系统完成的。图形界面系统、u o驱动 程序等组件以 监控实时数据库为核心，通过内部协议相互通信，共享数据15 . 图2 一 1 组态软件的数据处理流程 2 . 2 工业变电 站监控组态软件的基本功能结构 上位监控软件系统整体设计思想是在基于开放性、模块化、组件式的基础之 上， 采用v c +、 s q l serv e r 设计开发工具进行制作， 实现对工业变电站生产过程 的在线监视和控制。基本功能模块如下所列: ( 1) 管理组态模块 项目 管理器对项目的总体管理控制;口 令登陆对所有用户和操作权限进行设 华北电力大学硕士学位论文 置:决策支持模块对现场设备的故障诊断和优化控制。 ( 2 )参数组态模块 模拟量输入组态 ( 定值、量纲、量程及报警限值) ;开关量与事故信号组态; 电度参数组态，要求对各类参数实现统一的寻址方式和数据管理方式。 ( 3) 数据库管理模块 静态数据管理模块 ( 人员档案记录、参数定值、限值、报警值、电度计量定 值等) ; 动态数据管理模块 ( 实时检测数据信息、 远方遥控设定值、 遥控开关信号 等) 。 ( 4 )矢量图设计模块 矢量图 保存的是图元各点的坐标，图元的存取采用m f c 的串 行化技术。对画面组 态时 候， 依照操作系统的图 形标准， 采用面向 对象的图形技术，为使用者提供丰富、 强大的绘图编辑、动画连接，提供右键菜单功能，帮助使用者简化操作. ( 5 )历史数据记录模块 历史数据主要将最近时期的数据进行打包保存，可以满足历史数据的打印和 事故原因的查找。 ( 6 )运行操作记录模块 主要将运行人员的操作进行记录，有利于事故追忆。 ( 7 )通信模块 现场总线 以n协议通信模块;r s 4 8 5 协议通信模块。主机通过接口 控制电路 来访问c an 控制器，最终完成数据通信。为了提高系统的抗干扰能力，在 c an 控 制器和c a n收发器增加了隔离电 路。 可以 用图形来描述系统基本结构形式，如下 图2 一 2 所示: 图2 一 2监控组态软件基本结构形式 华北电 力大学硕士学 位论文 2 . 4 本章小结 本章阐述了管理组态软件概念，及其所要实现的 基本功能，然后从用户的具 体需求出发给出了系统的总体结构以 及模块划分，并介绍了各模块所要实现的基 本功能。关于登陆管理模块、工程管理模块、参数组态模块、决策支持模块下面 将详细分别进行介绍。 华北电力大学硕士学位论文 第三章 登陆管理模块的设计 3 . 1 登陆管理模块的需求 登录管理模块一般包括用户密码、 用户角色、 操作权限等，主要涉及数据库的 安全使用和对功能模块的操作权限。不同的用户拥有不同的权限，同时，随着用户 的变化，其权限 也需要变化，这就要求系统具有动态可变性和柔性。另外， 在实际 工作中，功能的 使用权限与相应的工作岗位密切相关。无论何人，只要在此工作岗 位，都有相应的不同 操作权限， 并且一个岗位可能对应多个人，一个人也可能有多 个岗位。 为了适应企业中人员变动的灵活性，提高系统的安全性和 自 适应性，并且 保持系统操作的继承性，采用用户/ 岗位角色/ 操作权限模型来实现系统的用户权限 管理。 从安全性考虑，系统中的许多基础信息都是软件项目 管理过程中的基础信息， 为了 确保这些信息不被随意修改和破坏，为本系统设置了四级安全体系: 超级用户 级别、管理员级别、标准用户级别、一般用户级别。 由于系统中包含了不同的子系统 ，每个操作人员只能操作和管理权限范围内的 子系统，每个子系统需要有不同的操作人员的身份验证 .针对不同的使用者，根据 不同的级别， 分配不同的使用权限， 以便最大程度地确保数据库中基础数据的安全。 3 . 1 . 1 基于角色的授权管理 系统用户和操作权限 之间是复杂的对应关系， 如果采取传统的权限管理，也 就是将相关权限 直接授予用户， 一方面工作量 特别大， 比如将m种权限授给n个 用户 ， 需要 进行 ( m * n ) 次 授 权操作: 另 一方 面， 系 统 如果 扩充 新的 功能 ， 需 要增 加新的操作权限，则所有的用户都要重新设置用户权限。借鉴大型数据库的角色 管理思想，采用了基于角色的权限管理， 模式为: 用户/岗 位角色 / 操作权限， 这样的授权方式给系统用户的授权设置提供了保障，也就是在用户和权限之间设 置相应的角色，角色是一组相关权限的集合，它描述了 组织结构内的某种工作岗 位 所 具 有的 权限 和职 责。 这 样， 如果 将m种 权限 授 给n个 用 户， 只 需要 ( m +n) 次 授权操作就可以了， 如果增加减少某种权限，也只需要一次授权即可。由此，可 以 看出采用岗 位角色的权限控制模型， 简化了授权管理，具有机动灵活的特点， 特别是在权限变更时，操作简便， 且不易产生安全泄漏，授权方式如图3 一 1 示。 华北电力大学硕士学位论文 图3 一 1两种不同的授权方式 基于角色的权限管理模型是指管理员根据需要创建角色，然后把需要的权限 赋 予 给 角 色 ， 最 后 将 该 角 色 授 予 合 适 的 角 户 ， 这 样 用 户 就 可 以 获 得 该 角 色 所 拥 有 的权限。 这种基于角 色的 权限管理有效增强了系统的安全性，操作简单而且能很好地适 应组织结构变化，用户权限控制能够最大可能方便软件维护和最终用户使用，既注 重灵活性又要兼顾安全性. 3 . 1 . 2 用户角色管理的设计 采用基于角色的权限管理方式， 把用户授予相应的角色， 角色对应一组功能， 功能对应系统界面菜单。用户面对的操作界面就是他的权限范围，简洁明了，不 会出 现望着纷杂的菜单不知所措的情况。为了方便对用户进行操作权限的管理， 将界面设计为窗口的形式，但该界面的可操作菜单针对不同级别的用户会有相应 的隐藏， 这种界面操作很方便。 基于角色的权限管理有效增强了系统的安全性。 基于岗位角色的系统设计中，系统仅存在一个系统管理员， 其他人员的全部信 息都由系统管理员统一管理， 为了 更好体现系统的灵活性， 设计了岗 位角色、 用户、 用户职务表、 功能和权限5 个数据表来支持管理: ( 1 ) 用户表:用来存储系统所有用户信息，其中包含的信息项主要有:用户 名、口令、所属级别和岗位等信息。 ( 2 ) 用户职务表:用来存储用户状态信息，主要信息项有:编号、用户名、 处室名称、岗 位角色名称、当前状态、 登陆起始时间和终止时间等: ( 3 ) 功能项表:用来存储系统不同级别用户的操作权限，主要信息项有:权 限代码和权限名称等信息项。 ( 4 )岗 位角色表:用来管理各个部门登录用户的基本信息，主要信息项有: 角色名称、角色代码和权限代码等信息项。 ( 5 ) 用户权限表:用来存储某一用户对应的操作权限，主要信息项有:用户 名、权限代码等信息项。 华北电力大学硕士学位论文 在电 力监控系统中不同的用户被定义为不同的级别， 每个级别的操作权限各有 不同，被限 定在一定的范围内 ， 表3 一 1 对用户分级及其权限大体划分做出了定义. 表 3 一 1用户权限表 用户级别权限范围 超级用户 拥有对整个系统的管理权限;同时可以为其它用 户授予权限并做出更改 管理员用户 拥有系统中特定区域的对象的特定管理权限 ( 这 种权限的授予完全 由上一级的系统超级用决定) 标准用户 拥有对特定对象的 特定管理权限 ( 该权限由系统 超级用户授予) 一般用户 只能进行画面监控，没有任何权限 为了保证系统的安全性，每个用户均配有加密的个人口 令和密码，该密码只有 个人可以 设置和修改其他人均无法知道该口 令，也不可以 修改。用户登录时要输入 用户名和密码经过校验成功才可以进入，校验不成功则不可进行操作，在得到有效 的用户名和密码后，进行校验，登陆成功以后，将登陆记录写入操作日 志中。新创 建的用户设置合适的用户名， 然后设置当前用户的密码，密码二次校验通过，完成 密码的设置。新用户只是一般用户的权限 级别，只允许设置当 前用户的密码，不能 设置其他用户的密码。 3 . 2 登陆控制的窗口实现 当一个用户要求登录系统时，首先输入其用户名和口 令，通过验证后根据其用 户级别取得相应的 权限。权限是我们控制的 重点，通过统一的界面把所有的处理模 块以菜单方式集成为一个统一的系统，并且将每一个处理模块按需要分割为若干独 立的操作区域，即在一个窗体上的功能可以 让不同的操作人员进入， 并且拥有不同 的操作权限.在用户使用时按其角色配置其可操作的真实界面，不可操作的处理模 块可以 不激活， 我们获取权限的流程图如图 3 一 2 所示。 ( 1) 用户输入用户名和密码; ( 2 )系统检验输用户名是否正确， 若错误，系统强行退出: ( 3 )检验用户名和密码授权是否允 许操作， 是否恰当; (4)将数据库表中密码解密，验证用户角色， 判断能否执行软件; 对于用户权限 控制， 通过禁止功能型权限 控制方式来实现， 就是在用户登录系 统的时候，系统主动去获取该用户所属级别拥有的功能权限。用户进入系统后，将 华北电力大学硕士学位论文 用 户 不 具 有访问 权限 的功 能 按钮 设置 灰 色， 禁 止 ( dis ab le) 无权 执行的 按 钮， 而 只激 活(e n a b le ) 用户权限对应的命令按钮。 图3 一 2 用户获取权限流程 3 . 21 登录主窗口的设计 系统登陆 程序要在显示窗体之前显示，采用我们常见的登陆窗口形式，具体的 代码如下: l rus p q l : :h itc o 朋e c 妞 p 。( ) ; 刀 初始化c mo s ，进行数据库连接 c d l g l o g i n d l g ;刀 创建登录窗口对象 i f(dlg.d o m odal o ” = ido k)刀 显示登录窗口 c a i d l g * p d l 爹n e wc a i d l g ; / 创建主窗口 对象 m jma i n wn d ，冈1 9; p d l g 一d o mo d al o ; 一 1/ 显示主窗口 d e l e t e p d l g ; 娜 峨 ip d l g = n t j l l ; m em. d u m p all o bj e ct s s in c e o ; l r u n s q l: :c 肠 se ();/l 断 开 数据 库 连 接 r e t u rnf a l s e ; l 6 华北电力大学硕士学位论文 3 . 2 . 2 用户密码的设计 我们在进入登陆窗 口后，通过调入数据库中的文件，进行有户名和密码的判 断， 在我们的流程设计中密码判断次数和用户名的判断次数定为三次。用户单击 确定按钮时候，进行密码判断和次数判断， 处理按钮的消息响 若不相同， 则返回; 如果相等，则加密后修改数据库。函数如下 c a i a p p *a p p = ( c a i a p p * ) a f x g e t a p p ( ) : s q l . f o r m a t ( ， s e l e c ta d o i ja s s ， o r d ， a d m i ju r v i e ，fro mt a b p u r v i e 份贾 h e r e a d m i 一 n a m e = % 5 ， 尸 ， s u s e r n ame); / / 转换用户名数据类型 i f ( 田 - r u n s q l . c h e c k s q l r e s u l t ( s q l ) ) v a l u e = 几r u n s q l处r e c o r d s e t 一 g e t c o l l e c t ( 尸 a d m i 一a s s 份 o r d ， ) ; 刀获取用户密码 i f ( v a l u e . v t ! 二 v t n u l l ) s u s e r p a s s w o r d = ( c h a r * ) (- b s t r _ t ) v a l u e : v a l u e = 几r u n s q l . 口 r e c o r d s e t 一 g e t c o l l e c t ( ， a d m i 一u r v i e w ， ) ; i f ( v a l u e . v t ! 二 v t 一u l l ) s p u r v i e ， 二 ( c h a r * ) ( 一s t r _ t ) v a l u e : i f ( s u s e r p a s s w o r d = = c c r y p t : : e n c r y p t ( s l n p u t p a s s w o r d ) ) 刀判断用户输入密码是否正确 a p p 一 m- s u s e r n a m e = s u s e r n am e ; / / 保 存用 户 名 a p p 一 几s p u r v i e r s p u r v i e w : b l o g o n = t r u e ; el s e 华北电力大学硕士学位论文 s e r r o r 了请重新输入密码。n注意大小写! ， 尸 密码错误气 t h i s 一 ) 贬e d i t p a s s 贾 o r d . s e t f o c u s ( ) : el s e s e r r o r 二 ， 请确认用户名大小写是否正确! 矛 ， 户 无此用户尸 ; t h i s 一 m-e d i t u s e r n a m e . s e t f o c u s ( ) ; i f ( b l o g o n )e n d d i a l o g ( i d o k ) : e1 s e 几i l ogo n c o u nt+ + ; 刀密码输入次数累计 if( 几ilogo ncount 二 3)刀密码输入次数超过三次输入错误信息 t h i s 一 e n d d i a l o g ( 0 ) ; e l s e m e s s a g e b o x ( s e r r o r ) : 最后进行焦点 控制。定义焦点的函数，该函数定义了当用户单击 “ e nter ” 键 时，焦点改变的顺序，当需要改变焦点时候，调用此函数。 b o o l c dl g l o g i n : :s e t t b e f o c 蟹0 h wn dh w n 卜: : g e tfo c u s ( ) ; u int i 卜: : get d l g c tr l l d伍wn d); 一 一 一 一 竺 壑 叻叁 学 砰 士 输论 客 c a s o idc 一 e d i 几n a me : 伪 1 卜 m e d itpas s 从 b r d 名 e 盆 f o o u s o ; : : p o s t ft e m ( m ， d i t p as s 认 乞 rd . g o t s afeh w n d ( ) ， w m一 k e y d o wn ， v k-e n d ， 0) ; 比加r nt rue ; case1 d c 一 e d i t 以s s w o r d : t h i s 一 g e t d l g l t e m ( i d o k ) s e t f o cus o ; 化重 u r nt r u e ; c a s ei do k: th i s 一0 n 0 k 0 ; r e 歇 u r 幻t 印e ; c a s ei dc anc e l: 面5 一 ( n c a n 。 目 0 ; r e 玄 u r nt 几e ; r e 加 r n佃犯; 3 ， 3 权限 设置模块的设计 权限设置模块主要是针对不同用户级别的管理。 对用户权限设置的设计思路 是:首先选定用户所在的级别组， 取得此用户可能拥有的所有权限， 然后根据对该 工作组中每项权限的设置允 许或禁止，实现用户权限的授权和撤消。当禁止某模块 的 功能时， 只激 活用 户权限 对应 的操作 ( 菜单或命 令按钮 ) ，禁止用 户无权 执行的 操 作调用。这种控制方式的优点是能够全面体现系统所具体的保密安全功能，使用户 对系统进行的 操作有相对性，保证了系统的安全，可以让我们进行无忧的操作和开 发. 1 、实现的目 标 ( 1) 设定超级用户、管理员、标准用户及一般用户四个用户组. ( 2 )超级用户的权限不能随便变，全部选中。 l 9 华北电力大学硕士学位论文 4 . 2 工程管理器的功能组成 工程管理器的设计核心部分即为项目 数据库的设计和管理。由于考虑到项目 数 据库需要保存的数据量并不是很大，并且为了使用的方便我们选用mi 帅50 几 的 a cc es s 作为我们的项目 数据库。 大致上分为三块，即工程管理、数据管理和系统连 接管理，其中项目 管理为本模块的重点部分。 工程管理器是提供应用程序的搜索、 备份、 建立新应用等功能的专用管理工具。 在用户应用组态软件开发工程设计时， 会遇到下面一些烦