2024电力企业物联网平台设计方案

电力企业物联网平台设计方案2024目录TOC\o"1-3"\h\u23891.1.1.物联网管理平台设计 327685图：电力物联网平台架构 427629.平台设计原则 414112.设计方案 527735.系统架构设计 525843（1）网络架构 623626（2）硬件架构 65364（3）软件架构 62136.功能模块设计 610680图：先一物联网平台应用案例 76114（1）设备管理 718356（2）数据采集和处理 713758.低代码开发平台 828115.数据接入和共享 83818.安全设计 88145.先一物联网平台技术方案 924582.1.平台目标 96236.2.功能架构图 920329图：系统统整体结构 1726952.5.4.配置管理模块 18265.5.4.1.本地网络配置 1825178.5.4.2.本地通用配置 1931385.5.4.3.通讯服务器配置 197031.5.4.4.本地配置管理 1924958.5.4.5.远程配置管理 209526.5.5.任务管理模块 2110640.5.5.1.配置管理模块 2115150.5.5.2.任务调度模块 2117089.5.5.3.任务监控模块 2128016.5.6.采集管理模块 221311.5.6.1.采集配置管理 228970.5.6.2.数据采集模块 2321971.5.7.转发管理模块 249617.5.7.1.转发配置管理 245371.5.7.2.数据转发模块 249726.5.8.日志管理模块 259121.5.8.1.日志协议转换模块 2528001.5.8.2.日志管理模块 252586.5.9.授权管理模块 26物联网管理平台设计新能源电站、分散式能源以及热网的复杂网络、应用需求和自主可控技术要求，建设统一的云边端协同架构的能源工业物联网平台。通过厂（站）资源的网络互连、数据互通和系统互操作，实现生产资源的灵活配置、生产过程的按需执行、调度优化和外部环境的快速适应，达到资源的高效利用，从而构建数据驱动型的新型电力系统。实现电厂“人、机、物、环”泛在感知，实现生产运行数据和生产环境数据的统一接入，实现电站设备状态、生产运行过程及人员工作过程的全面感知，支撑数字设备和数字电厂的能力构建，以及设备运维、经济运行、安全管理等业务领域的智能应用。平台设计原则复杂网络的多源感知：实现边缘智能感知与控制、MQTT海量数据接入、多协议视频接入、物模型业务驱动、实时数据高性能存储，推动企业内外部资源共享、业务模式创新、数字化转型提供强大的技术支撑。平台通过边缘数据融合和数据跨网闸传输技术，将厂（站）侧各区的运行数据、量测数据、管理数据接入并传输到安全III区；通过部署在安全III区的数据融合软件，将数据汇聚到公司物联网管理平台，并提供对外设备服务和数据服务。物理信息融合：云端提供统一的设备资产模型，实现三级模型同步，实现设备管理、设备数据采集的标准化。业务系统的专业人员、开发人员、运维人员等均可根据行业规范与相关标准，在物联网管理平台中建立物资产台账，并通过“模型管理”对各种类型的设备建立物模型，根据业务要求规范物模型所关联的指标与功能方法，通过图形、拖拉拽方式快速搭建物联场景，屏蔽物理设备品类，快速且高质量实现业务需求。云边端融合架构：物联网软硬件一体机内置边端物联网平台、存储系统、网关等，可快速部署到现场，通过网络配置即可搭建出一套完整的物联运行环境，现场边缘计算节点能够采集和处理来自传感器和设备的数据。同时，边缘云的物联网管理平台对所有的设备采集/控制App、边缘终端装置进行了集中式远程管理，处理复杂的数据分析和决策任务。平台化赋能：平台将云原生、人工智能、高精度传感、容器等技术进行集成与融合，统一能源数据采集、传输、存储、边缘计算技术体系。平台通过提供AI物联智能诊断、第三方系统即插即用、“低代码”引擎支撑等一系列创新性功能，实现可视化物模型管理、全量数据采集、全方位云边安全协同、AI算力无缝衔接等能力。设计方案集控侧建立一个物联网设备接入管理平台，依托通信运营商的4G/5G-APN专网，满足不少于2000路IoT设备接入的能力。平台需适配自主可控服务器、操作系统及数据库，支持低代码开发，并提供低代码开发培训。平台还需支持多种工业协议驱动，满足XX分公司数据中台接入和生产管理平台新建新能源智慧生产管理系统的接入要求。系统架构设计（1）网络架构通信网络：依托通信运营商的4G/5G-APN专网，确保高速、稳定、安全的网络连接。网络架构需支持多种接入方式，包括无线和有线连接，以满足不同场景下的需求。设备接入：通过4G/5G模块接入物联网设备，支持不少于2000路设备同时在线。每个设备模块需具备高性能的通信能力，以确保数据的实时传输和接收。（2）硬件架构服务器：使用自主可控的服务器，确保数据安全和系统稳定性。服务器需具备高性能计算能力和扩展性，以支持大量设备的并发接入和数据处理。存储设备：高性能存储设备，确保数据的快速读取和写入。存储系统需支持数据的分布式存储和备份，以确保数据的高可用性和安全性。（3）软件架构操作系统：自主可控的操作系统，如Kylin、麒麟操作系统等，确保系统的安全性和稳定性。数据库：使用自主可控的数据库，如达梦数据库、TiDB等，确保数据存储的安全和稳定。数据库系统需支持大规模数据的存储和处理，并具备高效的查询性能。功能模块设计图：先一物联网平台应用案例（1）设备管理设备注册和认证：支持物联网设备的注册和认证，确保设备的合法接入。设备管理模块需具备设备的自动发现和配置功能，以简化设备的接入流程。设备监控和管理：实时监控设备的运行状态，支持远程管理和控制。监控系统需具备设备故障检测和报警功能，以便及时处理设备异常。（2）数据采集和处理数据采集：支持以下多种工业协议的高效数据采集：OPC-DA（OLEforProcessControlDataAccess）：用于实时数据访问，特别是在工业自动化和过程控制中。OPC-UA（OPCUnifiedArchitecture）：一个平台无关的服务导向架构，支持更安全和可靠的数据传输。Modbus-RTU（RemoteTerminalUnit）：一种在串行通信上使用的协议，广泛用于连接工业电子设备。Modbus-TCP（TransmissionControlProtocol）：一种在以太网上使用的Modbus协议变体，适用于远程设备连接。SNMP（SimpleNetworkManagementProtocol）：用于网络管理的标准协议，主要用于监控和管理网络设备。MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport）：一种轻量级消息传输协议，广泛用于物联网设备的通信。CoAP（ConstrainedApplicationProtocol）：一种用于受限设备的应用层协议，适用于低功耗和有限资源的设备通信。IEC104：用于电力系统监控和控制的标准协议。IEC61850：用于电力自动化系统通信的标准协议。数据处理：对采集的数据进行清洗、处理和分析，支持数据的实时处理和历史数据的存储。数据处理模块需具备数据过滤、聚合和复杂事件处理功能，以实现数据的深度分析和挖掘。低代码开发平台低代码开发环境：提供可视化的低代码开发环境，支持快速开发和部署物联网应用。开发平台需具备丰富的开发工具和模板，以支持不同类型应用的快速构建。培训计划：提供不少于60天的低代码开发培训，帮助开发者快速上手和掌握低代码开发技能。培训内容需涵盖低代码平台的基础知识、开发实践和高级技巧，以确保学员能够独立完成复杂应用的开发。数据接入和共享数据中台接入：满足XX分公司数据中台的接入要求，实现数据的共享和互通。数据中台模块需具备数据接口管理和数据交换的功能，以支持不同系统之间的数据互通。生产管理系统接入：支持新建新能源智慧生产管理系统的接入，实现对生产数据的实时监控和管理。生产管理系统模块需具备生产数据的采集、处理和展示功能，以支持生产过程的优化和决策。安全设计网络安全：采用VPN加密、专网隔离等技术，确保数据传输的安全。网络安全模块需具备网络防火墙、防DDoS攻击和入侵检测功能，以保护网络的安全性。数据安全：数据加密存储，严格的访问控制和审计机制，确保数据的安全和隐私。数据安全模块需具备数据备份和恢复功能，以应对数据的丢失和损坏。系统安全：定期进行安全漏洞扫描和系统升级，确保系统的安全性。系统安全模块需具备自动化的安全检测和修复功能，以确保系统的持续安全。本方案构建一个高效、安全、稳定的新能源发电集控侧物联设备管理平台，支持低代码开发，满足多种工业协议的接入要求。通过该平台，可以实现对物联网设备的高效管理和数据的实时处理，助力新能源发电的智能化和数字化转型。先一物联网平台技术方案先一工业物联网平台基于工业互联网架构研制，拥有完全自主可控的边缘智能感知与控制、MQTT海量数据接入、多协议视频接入、物模型业务驱动、动态图形运维展示、集群扩展等技术，为能源企业实现物与物、物与人、人与人之间的连接，打通生产运行与企业经营管理关键数据流通的各个环节，推动企业内外部资源共享、创新业务模式、数字化转型提供强大的技术支撑。平台目标物联网平台作为智慧场站一体化的基础平台，主要是负责生产数据、智能感知设备的数据采集，实现以下目标：提供工业边缘数据的采集接入以及工业设备的管理能力。这些数据可以提供给AI算法进行训练，构建工业机理模型，为工业生产提供大数据分析能力、仿真预测能力和预警告警能力，实现数据挖掘的价值。提供时序数据的实时计算能力。通过实时计算引擎可以构建实时计算模型，或者调用外部计算模型，获取设备、场站的实时状态以及相关指标，帮助企业建立实时数仓进行实时数据分析，进而提供更具体的业务服务。提供工业设备监控、告警的能力，帮助企业实时掌握场站生产和消费端设备状态。企业通过数据监控、告警应用可以实时查看设备运行时的关键数据，并且通过告警功能能够实时感知设备的运行状况。通过可视化的组态工具，通过配置快速实现数据的接入。功能架构图工业互联网服务平台分为主站与智能物联网终端两大部分。主站部署在云侧，主要负责物联网任务的审核、下送与管理；终端部署在边缘侧，负责接收主站下发的调度任务，并按任务要求执行对终端设备的数据采集与上送操作。工业互联网服务主站为一套基于Web的管理系统，具备元数据管理、数据调度测试子系统、任务管理子系统、调度管理子系统等功能。物联网终端为一套基于软硬件相结合的嵌入式通信设备，该设备内置嵌入式操作系统、在线或离线升级子系统、多任务采集与传输子系统等功能。主站与终端间通过基于Server/Client架构的加密传输机制进行通信。图：物联网平台架构平台能力设备模型定义能力模型能够描述设备的静态信息和实时的测量值，支持常用的数据类型定义。模型可描述设备所支持的服务，包括服务的输入输出，并可以通过模型的服务定义来调用设备的服务。模型可描述设备运行时能上报的事件，包括定义、参数等，帮助中台识别和处理。设备接入能力支持主流的MQTT物联网接入网络协议；支持主流的能源领域设备接入协议，包括但不限于MODBUS、IEC101、102、103、104、OPC；支持传输数据的压缩、加密、解密、解压；支持设备的标准化建模，具备能源行业设备模型库；支持设备全生命周期的管理，包括设备的注册、配置、服务、控制、监控、维护、退役等；支持设备资产拓扑关系管理，体现设备业务组织关系；支持设备状态和数据实时告警，支持自定义告警规；。在设备已经接入第三方系统的情况下，支持和第三方系统数据对接；在网络不稳定或其他异常情况下，支持设备断点续传，不出现数据丢失；设备全线接入的I/O总点数支持100万点。在连接和传输正常情况下，需满足上送的每条数据都能够被设备接入服务接收并处理。在基础硬件标准配置下（128Core,256GBMemory），至少能够支持设备接入测点数据30万点/秒。随着设备数据上送规模不断扩大，需能够通过水平扩展底层资源，逐步支持100万点以上设备消息接入的吞吐能力。工业互联网服务主站终端设备管理该模块提供终端设备的管理功能，具体如下：创建、修改终端设备信息。模块提供终端设备信息的维护功能。按照分公司级，厂级信息，终端设备运行状态对终端设备信息进行检索。提供一键启动/停止该终端下数据调度任务的功能。终端设备授权该模块能够对指定终端进行授权操作。终端设备对时该功能主站与终端设备的对时功能。终端设备升级能实现对终端设备的远程升级功能。终端协议升级为终端上运行的各类数据调度协议提供在线升级功能。采集转发服务模块提供数据调度服务的管理功能，包括数据采集服务以及数据转发服务，一个数据采集任务包括至少一个数据调度服务，本模块功能如下：数据调度服务的增、删、改、查功能。数据调度服务的启动、停止功能。数据调度服务的映射配置功能。点表映射配置该功能提供点表映射功能，每个映射都归属于一个厂级单位，操作人员根据权限对点表映射进行管理。该功能提供excel点表映射导入，excel点表映射导出，单个映射的启用、禁用功能。该模块配置后，在服务创建模块中，能够直接对这些点表映射进行引用。协议管理该模块提供数据采集协议的管理功能，包括增、删、查、启用、停用功能。运行状态监测查看各设备终端的设备运行状态，包括CPU、内存等信息。网络状态监测查看各设备终端的网络状态，异常的终端通过红色显示。工业互联网服务平台子站工业互联网服务子站通过本地配置管理web系统，进行本地通用配置以及网络配置，在主站进行登记注册。只有经工业互联网服务平台主站注册的终端设备，才可以在主站侧统一管理。终端设备在主站注册完成后，需要根据设备产生的授权码，联系技术支持人员获取终端设备的license文件，在主站侧导入终端设备license文件，激活终端设备。工业互联网服务平台子站总体交互数据流程图如下所示：图：系统统整体结构在功能上划分为以下几大模块：配置管理模块；任务管理模块；采集管理模块；转发管理模块；日志转发管理模块；设备告警功能模块；授权管理模块配置管理模块本模块实现终端设备本地配置管理、主子站远程交互配置管理的功能。交互命令均采用密文通讯。本地模块配置管理客户端使用https协议，通讯过程安全加密。本地网络配置本地网络配置，包括本地网卡设备IP地址配置、本地网络默认网关配置、本地网络dns服务器配置、本地网络路由规则的配置。终端设备出厂设置第一个网络接口作为本地远程配置专用口（即“管理口”），其余网口根据需要作为业务口或者HA（后续系统功能扩展需要）口本地通用配置本地通用配置模块包括：日志的配置管理、终端设备配置管理；通讯服务器配置通讯服务器配置完成主子站通讯服务器配置。功能概述本模块包括以下功能：主子站通讯服务器配置。包括服务器地址、服务器端口、服务器密码配置；通讯服务器配置修改时，终端设备所有任务被停止，并且反馈当前终端的通讯服务器新配置到主站、以及任务的停止状态到主站、并且发送报警信息到主站；反馈信息完成之后，子站设备需要重新接入；本地配置管理本模块对本地通用配置进行导出备份功能，和导入恢复功能。导出配置包括：本地网络配置信息；本地通用配置信息；通讯服务器配置信息；通过“导出”功能，终端设备的网络配置信息、通用配置信息、通讯服务器配置信息以文件的形式导出到配置客户端本地。导出的配置文件请勿进行格式修改，否则导入将报错。根据参数设置，导出的配置文件为加密配置和明文配置两种。通过“导入”功能，浏览选择客户端机器本地配置文件，该配置文件必须为通过“导出”功能生成的配置文件，最终完成配置文件的导入恢复。远程配置管理本模块作为主站与子站交互的核心模块，负责接收远程下发命令，分析命令进行命令派发。本模块接收的命令分为：终端管理命令、任务管理命令、对时命令、授权管理、设备信息总召。本模块子站与主站消息交互使用对称加密方式进行加密。加密算法选用国密认定SM4加密、摘要算法选用SM4。子站接收主站下发的控制命令，根据《主子站通讯规约》定义的命令格式进行命令解析，获取到具体命令类型，进行命令下发。终端管理命令：包括终端重启、终端任务启动、终端任务停止、终端恢复出厂、终端版本查询、终端升级、终端协议升级。任务管理命令：包括任务的创建、任务启动、任务停止、任务查询。采集服务的创建、删除、启动、停止、修改、查询；转发服务的创建、删除、启动、停止、修改、查询；对时命令：根据子站下发时间，设置终端时间进行主子站时间同步。授权管理：根据子站下发的授权文件，终端进行验证及授权。设备信息总召：总召命令返回系统设备信息。任务管理模块配置管理模块本模块作为任务管理模块消息交互的核心模块，订阅任务管理队列，实时接收配置管理模块下发的命令，校验任务参数合法性，并将任务管理命令交由任务调度模块，控制任务的实时状态。任务中每条任务的采集服务编号、转发服务编号必须唯一，每条任务支持多个采集服务、多个转发服务。任务调度模块任务调度模块为任务管理的核心模块，根据主站的任务管理命令，实时完成任务的调度，任务调度负责采集任务和转发任务的创建、停止、删除、查询操作。任务监控模块本模块负责子站终端任务的实时监控。采集管理模块采集配置管理本模块负责任务模块下的采集服务的配置解析以及采集服务创建、删除、修改、启动、停止、查询操作。数据采集模块本模块作为采集的核心模块，流程如下：根据采集配置文件获取是否支持传输模式，不支持传输模式则根据采集协议直接进行数据的采集，跳步骤3，否则到下一步；加载采集协议传输模块，作为传输通讯协议，获取原始数据流；采集协议模块对原始数据流进行协议解析；通过协议解析转换，将数据格式转换为内