viewZpráva dílčího cíle: „Komunikační server“ projektu „Smart metering systém pro energetiku“ (TA03011091) Pavol Rybárik. V Trutnově 3.1.2015

Zpráva dílčího cíle:

„Komunikační server“ projektu „Smart metering systém pro energetiku“ (TA03011091)

Pavol Rybárik

V Trutnově 3.1.2015

ZPA SMART ENERGY a.s. – Zpráva projektu TA03011091 1

1. Obsah

1. Obsah.............................................................................................................................................2

2. Seznam zkratek...............................................................................................................................3

3. Zadání dílčího cíle...........................................................................................................................5

4. Popis nabízeného produktu ReadEn...............................................................................................6

4.1. ReadEn – stručná charakteristika software.................................................................................6

4.2. ReadEn – podporované AMR technologie..................................................................................6

4.3. ReadEn – IT struktura.................................................................................................................7

4.4. ReadEn – základní datové entity.................................................................................................8

4.5. ReadEn – základní funkce software..........................................................................................11

4.6. ReadEn – základní vlastnosti uživatelského rozhraní................................................................12

5. Řešení IMS....................................................................................................................................15

5.1. Řešení IMS odečtová centrála..................................................................................................15

5.2. Řešení IMS rozhraní na okolní IT systémy.................................................................................18

5.3. Řešení IMS Web portál a mobilní odečty..................................................................................19

6. Příklad požadavků na technickou architekturu.............................................................................21

7. Závěr.............................................................................................................................................23

8. Seznam obrázků...........................................................................................................................24


2. Seznam zkratek

AMR Automated Meter ReadingAMM Automatic Meter ManagementCOM CommunicationsCOSEM Companion Specification for Energy MeteringCPU Cetral Processor UnitCRIS Current Research Information SystemCSD Central Securities DepositoryDB DatabázeDLMS Device Language Message SpecificationDMZ Demilitarizovaná zónaEDGE Enhanced Data for GSM EvolutionEE Elektrická energieFTP File Transfer ProtocolGIS General Information ServicesGPRS General Packet Radio ServiceGSM Global System for Mobile CommunicationsHTTP Hypertext Transfer Protocolhttps Hypertext Transfer Protocol SecureIMS Integrated Management SystemIP Internet ProtocolM2M Member-to-MemberMM Měřící místoMSSQL Microsoft Structured Query LanguageMySQL My Structured Query LanguageOBIS Object identification systemOKTEOM Odběrné místoOS Operační systémPC Personal ComputerPLC Power line communicationPRIME PoweRline Intelligent Metering EvolutionRAM Random access memoryREST Representational State Transfer

SAP Systeme, Anwendungen, Produkte in der Datenverarbeitung

SAP-ISUSysteme, Anwendungen, Produkte in der Datenverarbeitung - Industry Specific Solution for Utilities Industry

SCADA System Control and Data AcquisitionSEPS Secondary/Solar Electric Power SystemsFTP Secured File Transfer Protocol


SHMU Station House Media UnitsHTTP Secure Hypertext Transfer ProtocolSKALARSMS Short Message ServiceSMTP Simple Mail Transfer ProtocolSOAP Simple Object Access ProtocolSQL Structured Query LanguageSSL Secure Sockets LayerSW SoftWareTCP-IP Transmission Control Protocol - Internet ProtocolUDP/IP User Datagram Protocol - Internet ProtocolURVDEW Verband der ElektrizitätswirtschaftWCF Windows Communication FoundationWSZIS Zone Integration Server


3. Zadání dílčího cíle

Dílčím cílem je zmapovat rozhraní do vyšších systémů sběru dat a navrhnout strukturu a implementovat SW pro řízení komunikace s elektroměry. SW musí být modulární a musí umožňovat nasazení od jednoduchých submeteringů až po systémy sběru dat pro energetické utility. Cílem je navrhnout standardizované rozhraní pro předávání dat do vyšších IT systémů. SW má být rozšiřitelný o další komunikační standardy. Součástí vývojových prací bude i testování SW systému pro sběr dat. Velký důraz bude kladen na zpracování, archivaci a přípravu na prezentaci dat, které mohou klíčovým způsobem vést ke změně spotřebitelského chování při odběru elektrické energie.


4. Popis nabízeného produktu ReadEn

Základní část funkcionality IMS systému, tedy sběr a kontrolu dat řeší softwarový balík ReadEn, produkt společnosti ZPA Smart Energy, a.s..

ReadEn je klient-server-server systém. Z přípustných variant serverového prostředí lze pro ReadEn použít variantu na platformě HP v prostředí WMware s OS Windows server. Databáze Oracle DB, verze 12g je plně podporována a může být použita na libovolné platformě. Klient systému ReadEn podporuje libovolný operační systém Windows s podporou. NET Framework 4, tedy včetně konfigurace Klientské stanice.

4.1. ReadEn – stručná charakteristika software

ReadEn slouží, stručně řečeno, jako univerzální odečtový stroj, databáze odečtů, evidence měřidel a jejich použití v distribuční síti. Zdůrazněme zejména slovo univerzální, protože ReadEn je otevřený systém s podporou nejenom měřidel od různých výrobců, ale skutečně jakýchkoliv měřidel používaných při distribuci energií a služeb. Podporuje měření všech používaných typů registrů (hodnot), počínaje číselnými hodnotami přes časové hodnoty, hodnoty znakové, až po stavové a informační hodnoty. Naměřené hodnoty lze zobrazovat v široké škále rozměrových jednotek a definovat jednotky vlastní. Univerzálnost řešení spočívá i v možnosti exportovat naměřené údaje do dalších informačních systémů pomocí předdefinovaných exportních formátů, uživatelsky definovaných formátů, nebo zásuvných modulů rozhraní.

4.2. ReadEn – podporované AMR technologie

Systém ReadEn podporuje všechny používané komunikační rozhraní a protokoly v oblasti AMR a jejich množina je průběžně doplňovaná. Součástí aktuální verze ReadEn je plná podpora většiny komunikačních rozhraní a protokolů požadovaných zadavatelem (SKALAR soubory, TCP/IP, UDP/IP,GPRS/EDGE/3G, PLC PRIME, PLC G3, FTP, HTTP, sHTTP, DLMS/COSEM, IEC1107, IEC 62056, WS). Příklad záznamů komunikace systému ReadEn s důležitými AMR kanály uvádíme v přílohách tohoto dokumentu. V rámci implementace bude ReadEn rozšířen o požadované rozhraní/protokoly, které v současnosti nepodporuje (sFTP , VDEW, síť CSD).


Obrázek 1 – Blokové schéma ReadEn

4.3. ReadEn – IT struktura

ReadEn systém využívá jedinou centrální SQL databázi. Podporuje SQL databáze Oracle, MSSQL, MySQL. Implementace na zvolené platformě (zde Oracle) sleduje hlavní zásady pro rychlou odezvu systému s využitím obecných SQL nástrojů a specifických vlastností zvolené platformy. Přestože DB ReadEn skladuje po několika letech provozu enormní množství dat, v oblasti kmenových a konfiguračních dat jsou to řádově milióny záznamů a v oblasti odečtů miliardy záznamů, převážná část dotazů do DB směřuje do malé části dat obsahující aktuální údaje. Návrh DB toto zohledňuje a podporuje s využitím DB Partioning, SQL Cache a DB Warehouse.

ReadEn server software se skládá z několika aplikací typu Service hostované na Windows Server OS. Tyto služby jsou navrhované a testované pro provoz 7x24 s využitím ověřených Framework-ů (.NET Framework, WCF…). Jsou centrálně konfigurovatelné a manažovatelné a jejich rozhraní pro komunikaci s klientskými aplikacemi nebo okolními systémy využívá standardizované protokoly (http, https, SOAP, REST …), případně M2M komunikaci šitou na míru dle požadavků zadavatele.

Z uživatelského a administrátorského hlediska bude celý systém přístupný z jediného klienta, včetně všech použitých služeb. ReadEn klientský software je zcela izolován od přímého přístupu do databáze a komunikuje pouze se serverovou službou. Při práci s daty důsledně uplatňuje „serverový“ mód, tedy klientská aplikace pracuje s nutným minimem dat přenášených na klienta. Uživatelské rozhraní obsahuje přehlednou navigační strukturu, silnou podporu vyhledávání a prezentační prvky shodné s MS Office, čímž zmenšuje požadavky na školení uživatelů. Prvky uživatelského rozhraní jako tabulky, karty a grafy mají uživatelský přizpůsobitelný vzhled a ukládají si toto nastavení ve vazbě na uživatele. Po návratu do programu se uživatel vrací na stejná místa programu se stejným vzhledem.


4.4. ReadEn – základní datové entity

Systém ReadEn má kromě odečtených hodnot registrů a zaznamenaných událostí pouze minimální množinu vlastních dat. Zásadní část (cca 90%) velikosti databáze tedy tvoří odečtené registry a události. Další vlastní údaje slouží zejména pro automatizaci sběru dat a identifikaci registrů a nadřazených prvků. Jsou to například AMR konfigurační údaje, komunikační adresy měřidel, IP adresy, komunikační prodlevy, hesla, číselníky AMM procedur, úlohy a podobně.

Kromě odečtů, událostí a vlastních údajů, obsahuje databáze ReadEn převzatá data, která slouží pouze pro zvýšení komfortu uživatele ReadEn, jako kritéria pro analýzu odečtů a jako klíče pro výměnu dat s okolními systémy například při předání odečtů do jiného IT systému. Typickým příkladem jsou kmenová data převzatá ze SAP-ISU.

Registr

Měřidla měří víc než jeden číselný údaj, například elektroměr měří celkovou spotřebu energie, ale též spotřebu pro různé tarify, výkony, napětí, proudy a podobně. Tyto jednotlivé údaje odečtené z měřidla nazýváme registry. Registr má dostatek popisných atributů (OBIS kód, zkratka, jméno, popis…), aby mohli uživatelé rychle a pohodlně identifikovali naměřené údaje.

Na entitu registr jsou navázané všechny zaznamenané odečty.

ReadEn má vlastní DB číselník registrů, který je ve vazbě na registry SAP, nicméně může měřit a vyhodnocovat i registry, které SAP nepoužívá.

Měřidlo, měřicí přístroj

Měřidlo vzniká v DB ReadEn pouze jako výsledek (prvního) odečtu. Jednoznačným identifikátorem měřidla je kombinace výrobního čísla, typu (a výrobce). Vzhledem k tomu, že různý výrobci mohou různým měřidlům přiřadit stejné výrobní číslo, je nutno kombinovat výrobní číslo a typ přístroje (měřidla).

Na entitu měřidlo jsou navázané všechny zaznamenané odečty a události.

Systém ReadEn je při implementaci nastaven tak, aby identifikátory měřidla v ReadEn (nebo jejich část) byly shodné s identifikátory měřidla v SAP-ISU, tedy aby mezi oběma systémy mohla existovat vazba spojující konkrétní měřidlo.

Měřící místo (MM)

Měřící místo, nebo též instalace měřidla je místo na distribuční síti, kde lze umístit měřidlo. MM nemění svoje identifikační údaje při výměně měřidla a nelze jej zaměňovat s měřidlem samotným. Typickým identifikačním údajem MM je číslo měřícího místa nebo též logické číslo.

MM je hlavní entitou systému ReadEn pro evidenci AMR konfiguračních údajů měřidel jako jsou například komunikační adresy. Další identifikační údaje o MM (uliční adresa, druh měření, přípojný


objekt, …) jsou vhodné pro orientaci uživatele a identifikaci odečtených hodnot z hlediska nadřízených informačních systémů. Pokud zobrazuje ReadEn další identifikační údaje MM, jsou tyto pouze převzaté z nadřízeného IT systému (ZIS).

Na entitu MM jsou navázané všechny zaznamenané odečty a události.

Systém ReadEn je při implementaci nastaven tak, aby jednoznačný identifikátor MM byl shodný s identifikátorem MM v SAP-ISU, tedy aby mezi oběma systémy mohla existovat vazba spojující konkrétní MM.

Odběrné místo (OM)

ReadEn nemá vlastní data pro odběrné místo. Veškeré údaje o OM přebírá z okolních IT systémů. Systém ReadEn je při implementaci nastaven tak, aby z nadřazených systému převzal požadované množství atributů OM a přiřazení OM <-> MM <-> Registr. Tím je umožněno analyzovat odečtené údaje dle atributů OM.

Kanál (koncentrátor)

V rámci jedné ReadEn databáze dělíme MM do kanálů (komunikačních skupin). Všechna MM v jednom kanálu jsou odečítána s použitím stejných komunikačních parametrů, tedy například jsou připojena na stejný sériový port počítače (stejné číslo COM portu) nebo jsou připojena na stejný uzel TCP/IP sítě (stejná TCP/IP adresa a port). Každé MM patří pouze a právě do jediného kanálu.

MM v jednom kanálu nelze odečítat paralelně (najednou), hlavním důvodem přiřazování MM do kanálů je právě skutečnost, že kanály lze odečítat paralelně, ale MM v jednom kanálu nelze, což vyplývá z technické konfigurace AMR sítě.

Typickým případem kanálu je PLC koncentrátor, tedy všechna MM za koncentrátorem patří do jednoho kanálu.

Konfigurace (nastavení) kanálu a měřících míst

Pro úspěšný provoz ReadEn je potřeba zadat konfigurační údaje o kanálech a měřících místech do databáze programu před zahájením komunikace s měřidly. Jsou to zejména adresy komunikačních portů a komunikační adresy měřících míst dle použitého protokolu. Velice důležitým údajem o měřícím místě je technologický typ měřidla, který se zadává z množiny podporovaných typů. Tyto informace jsou nutné pro navázání komunikačního spoje mezi ReadEn a měřidlem a pro správné zpracování/dekódování odečtených údajů (registrů). Na základě těchto informací může později program automaticky (bez zásahu uživatele) provádět načasované odečty měřidel.

Skupiny měřících míst

Uživatelská skupina MM sdružených na základě geografické pozice, druhu měření, části distribuční sítě a podobně. Skupinu lze vytvořit na základě libovolného kritéria i prostým výběrem členů. Každé MM může patřit do několika skupin zároveň.

Skupiny MM mohou být definované správcem systému (veřejné) a také libovolným uživatelem systému (veřejné / neveřejné).

Skupiny MM umožňují provádět analýzu naměřených dat (bilance, časové řezy …) nad libovolnou skupinou MM podle zapojení distribuční sítě.


Skupiny MM lze získat přes rozhraní z jiných IT systémů, například SCADA, GIS a podobně.

Odečty a systémové události

Každý pokus o komunikaci s měřidlem se zaznamenává jako systémová událost, úspěšný odečet měřidla je událost stejně jako výskyt jakékoliv chyby.

Výsledkem úspěšného odečtu MM je časová značka (datum a čas komunikace dle PC/serveru), status komunikace (kód výsledku komunikace), identifikace MM, identifikace měřidla, status měřidla a sada hodnot registrů. Hodnota každého registru se zapisuje spolu s časovou značkou naměření hodnoty, což je čas serveru pro aktuální hodnoty měřidla, nebo systémový čas měřidla při naměření hodnot pro uložené registry měřidla. Hodnoty registrů se ukládají s odkazem na typ registru a způsob získaní hodnoty (kvalita registru).

Systémové události

Při provádění libovolné úlohy ReadEn, například při komunikaci s měřidly, vznikají výsledky a/nebo různé chybové stavy. Výsledkem každé komunikace (jiným nežli úspěšný odečet) je událost, obsahující stejné položky jako úspěšný odečet, ale mohou zcela chybět identifikátory měřidla a hodnoty registrů. Podle závažnosti chyby se události dělí na chyby a varování. Pokud nastane chyba měřidla, nelze toto měřidlo odečíst. Varování je druh události, která nebrání odečtu měřidla (minimální sady registrů). Varování vzniká pouze společně s odečtem, je to tedy druh události, který nebrání odečtu.

Pro efektivní vyhodnocení událostí je každá událost přiřazena k objektu komunikační infrastruktury, který událost způsobil - události kanálů a události měřidel.

Typickým příkladem systémové chyby měřidla je úplný výpadek komunikace s měřidlem, případně situace když data zaslaná měřidlem nejsou platná (chyba kontrolního součtu).

Příkladem varování o měřidle může být situace, kdy odpověď měřidla neobsahuje všechny požadované registry.

Dalším příkladem systémové chyby kanálu je chyba při v IP komunikaci s koncentrátorem (rozpad spojení, nedostupná nebo neplatná IP adresa).

Události měřidel

Všechny události na měřidle, vznikající nezávisle na činnosti centrály IMS, se evidují jako události měřidla nebo též autonomní události měřidla.

Typickým příkladem události měřidla je manipulace s krytem měřidla, výpadek jedné nebo více fází, výpadek EE, překročení limitních hodnot a podobně. Množina událostí měřidla je definovaná schopnostmi měřidla, tedy vlastnostmi jeho firmware.

Události měřidla se do systému zapisují téměř okamžitě po vzniku (pokud to umožňují komunikační vlastnosti měřidla), nebo se zpožděním. Události měřidla se evidují se skutečným časem výskytu a s časem zaznamenání do systému. Události měřidla se evidují v systému s vazbou na číselník událostí a měřidlo, čímž je umožněno vyhodnocení událostí podle všech požadovaných kritérií.


Události kanálu

Všechny události na koncentrátorech a dalších komunikačních zařízení, vznikající nezávisle na činnosti centrály IMS, se evidují jako události kanálu nebo též autonomní události kanálu.

Typickým příkladem události kanálu je manipulace s krytem koncentrátoru, detekce nového měřidla na PLC, výpadek EE a podobně. Množina událostí kanálu je definovaná schopnostmi komunikačního zařízení, tedy například vlastnostmi firmware koncentrátoru.

Události kanálu se do systému zapisují téměř okamžitě po vzniku (pokud to umožňují komunikační vlastnosti zařízení), nebo se zpožděním. Události kanálu se evidují se skutečným časem výskytu a s časem zaznamenání do systému. Události kanálu se evidují v systému s vazbou na číselník událostí a zařízení, čímž je umožněno vyhodnocení událostí podle všech požadovaných kritérií.

4.5. ReadEn – základní funkce software

Systém ReadEn je 24x7 systém, který vykonává širokou škálu programovatelných úloh:

Základní AMR úlohy pro sběr odečtů a událostí měřidel Parametrizaci komunikačních prvků a měřidel Detekci nových měřidel a výměn Kontrolu naměřených údajů s možností reagovat na poruchy měření a nestandardní vývoj Budování datového skladu s časovými indexy Export/import dat a výměnu dat s využitím M2M komunikace

Konfigurace programovatelných úloh

Úloha je popsána svým názvem a popisnými atributy. Dále lze úloze přiřadit prioritu, s jakou se bude vykonávat a kolikrát se bude opakovat v případě chyby (počet opakování AMM procedury na úrovni měřícího místa nebo registru).

Časování - úloha může být spuštěna dle plně konfigurovatelného časového plánu, například s explicitní periodou, nebo denně ve specifikované časy, nebo ve vybrané dny v týdnu, v měsíci či roce.

Předmět - specifikuje typ (účel) úlohy:

• Odečet a/nebo parametrizace měřidla

• Odečet a/nebo parametrizace datového koncentrátoru

• Detekce měřidel

• Kontrola, analýza, oprava, doplňování dat

• Příprava pomocných a napočítaných dat pro vyhodnocování (aktualizace data warehouse)

• Export dat


• Import dat

Výběr měřících míst - úloha může pracovat s libovolným statickým nebo dynamickým výběrem měřících míst, nebo kanálů nebo skupin měřících míst. S využitím dynamického výběru například na základě vybraného stavového atributu měřícího místa lze provádět efektivně zaměřené „do-odečítání“ chybových nebo chybějících údajů.

Cíl komunikace - určuje prvek AMR sítě, se kterým bude v rámci úlohy komunikováno:

• Komunikace s měřidlem

• Komunikace s koncentrátorem

• Zpracování souborového úložiště

Výběr AMM procedur - v systému jsou definovány AMM procedury pro odečítání / parametrizaci podporovaných typů měřidel / koncentrátorů a protokolů. V rámci úlohy je možné vykonávat libovolnou sadu z těchto AMM procedur nad vybranou množinou měřících míst. U každé AMM procedury je dále možné blíže určit sadu registrů, které se mají v rámci procedury odečítat nebo zapisovat. V případě DLMS protokolu to znamená možnost volit DLMS objekty, které se mají v rámci procedury odečítat nebo zapisovat. AMM procedury, které pracují s událostmi, dovolují obdobně nastavit konkrétní události, které se mají načítat.

Uložené hodnoty - v úloze odečítající datové profily z koncentrátoru nebo měřidla je možné určit, z jakého časového úseku v historii se mají hodnoty získávat. Je možné, buď odečítat hodnoty z uživatelsky definovaného časového úseku (relativního nebo absolutního) nebo dočítat hodnoty, které v systému chybí.

Protokolování programovatelných úloh a úloh na vyžádání

Z každého běhu úlohy vzniká sada protokolů. Vzniká souhrnný protokol popisující průběh úlohy samotné. Dále vzniká protokol komunikace pro každý kanál, přes který je v rámci úlohy komunikováno. Vzniká také komunikační protokol pro každé měřící místo, se kterým je v rámci úlohy komunikováno.

Protokoly obsahují zápis proběhlé komunikace a její výsledky, případně jsou zaprotokolovány chyby a chybová hlášení.

4.6. ReadEn – základní vlastnosti uživatelského rozhraní

Hlavní ovládací prvky

Uživatelské rozhraní program ReadEn je podobné uživatelskému rozhraní aplikacím MS Office. Uživatelům těchto programů tedy uživatelské rozhraní programu ReadEn připadá „známé“ a ovládaní nečiní žádné potíže.


Hlavní okno programu obsahuje:

1 - Pás karet (hlavní nabídka) - nahrazuje klasickou roletovou nabídku a panely nástrojů, podrobnosti v hesle Pás karet.

2 – Navigační panel - umožňuje přepínat obsah datového panelu (MM, skupiny, odečty, ...).

3 - Datový panel - zobrazuje aktuálně zvolený datový pohled.

4 - Stavový řádek - zobrazuje informace o uživateli, o roli, o prostředí a další stavové informace.

Množina příkazů v pásu karet a počet položek v navigačním panelu jsou závislé na aktuální uživatelské roli. Nejméně datových pohledů a příkazů uvidí čtenář a nejvíc uvidí správci. Také množina sloupců v tabulkách může být různá v závislosti na roli uživatele.

Jednotlivé části uživatelského rozhraní je možno uživatelsky přizpůsobit, tedy změnit velikost jednotlivých panelů, přesunout panely a "připnout" je k libovolnému okraji okna, skrýt nebo zobrazit. Všechny části hlavního okna, kromě datového pohledu lze skrýt nebo minimalizovat, což se hodí zejména, chcete-li získat maximální prostor pro práci s datovým panelem.

Uživatel může otevřít hlavní okno programu opakovaně, může tedy v jednom okně zobrazit MM, v jiném okně skupiny a v dalším okně další data. Další okna lze zobrazit kliknutím pravého tlačítka myši na položku v navigačním panelu a volbou příkazu "Otevřít v novém okně".

Použití schránky

Kopírování CTRL+C a vkládání CTRL+V - obecně lze kopírovat text ve všech tabulkách a editačních polích pomocí standardní kombinace kláves CTRL+C. Do editačních polí, například při editaci MM, je možno vkládat pomocí standardní kombinace kláves CTRL+V. Tabulky programu nejsou editační. Editace záznamu se provádí vždy v okně zobrazujícím pouze vybraný záznam. Výjimkou je skupinová editace, která dovoluje editovat několik záznamů najednou.

Hledání

Program poskytuje plnou podporu hledání ve všech prvcích UR, včetně fultextového prohledávání databáze.

Řazení, filtrace a výběr v tabulkách

Tabulky v programu dovolují řadit zobrazené záznamy dle libovolného sloupce nebo kombinace sloupců.

Filtrace - tabulky v programu dovolují provádět filtraci záznamů dle libovolného sloupce s možností kombinovat libovolný počet podmínek (sloupců).

Výběr - tabulky v programu dovolují provádět vícenásobný výběr (označit několik řádků najednou). Souvislý vícenásobný výběr se provádí přidržením klávesy SHIFT a kliknutím myši na konec výběru. Nesouvislý vícenásobný výběr se provádí přidržením klávesy CTRL a klikáním myši na položky výběru.


Odečtení MM nebo spuštění komunikace obecně

Vždy, když uživatel nahlíží na informace o MM nebo související informace (výběr MM, skupina, kanál, odečty, události a podobně), má k dispozici tlačítko pro spuštění odečtu vybraného/vybraných MM. Provedení odečtu je podmíněno aktuální uživatelskou rolí. Kromě odečtu lze spustit libovolnou AMM proceduru, průběh vykonávání odečtu (procedury) lze sledovat „online“ v okně protokolu.

Export

Libovolnou tabulku zobrazenou programem lze exportovat do formátů TXT, RTF, DOC, DOCX (MS Word), XLS, XLSX (MS Excel), HTML, PDF. Pro export do databázových formátů (například MS Access) je potřeba použít export do textového formátu a následně import do cílové aplikace.

E-mail

Libovolný exportovaný soubor lze odeslat příjemci emailu, program ReadEn zobrazí poštovního klienta dle konfigurace daného PC, vytvoří novou zprávu a dovolí uživateli dokončit odesílání emailu.

Tisk

Libovolnou tabulku zobrazenou programem lze vytisknout. Po stisknutí tlačítka Tisk (nebo klávesy CTRL+P) se zobrazí náhled na tisk. Uživatel má k dispozici standardní nástroje, tedy například volbu tiskárny, nastavení tiskárny, volby pro tiskovou sestavu (velikost, orientaci a okraje stránky a podobně).

Uživatelské nastavení

Pozice a velikosti oken - program si ukládá posledně použitou pozici a velikost každého typu okna a ostatní uživatelská nastavení, takže okna při opakovaném spuštění programu obnovují svojí pozici a stav (normální, maximalizovaný). Ukládání podporuje použití více monitorů, okna obnovují svojí pozici na příslušném monitoru. Při změně počtu monitorů nebo rozlišení obrazovky se konfigurace oken ukládá do samostatné sekce, takže například při odpojení druhého monitoru se okna v něm naposled zobrazená objeví na výchozím monitoru.

Rozložení panelů hlavního okna - program si ukládá posledně použitou pozici a velikost jednotlivých panelů hlavního okna, takže při opakovaném spuštění programu se obnovují. Uživatel může kdykoliv obnovit výchozí rozložení panelů hlavního okna.

Vzhled tabulek - tabulky lze uživatelsky nastavovat, tedy je možno nastavit libovolné pořadí sloupců, šířku sloupců, sloupce skrýt anebo zobrazit. Program ukládá a obnovuje posledně použité nastavení vzhledu tabulky. Uživatel může kdykoliv obnovit výchozí rozložení tabulky.

Formát čísel - program používá formát dle nastavení v ovládacích panelech (Windows).

Formát pro datum a čas - program používá formát dle nastavení v ovládacích panelech (Windows).

Rozměrové jednotky - program dovoluje uživateli používat vlastní rozměrové jednotky pro zobrazování naměřených údajů. Zvolené rozměrové jednotky budou použity pro zobrazování hodnot registrů v celém programu, a tedy budou použity též pro export a tisk. Nastavení nijak neovlivňuje způsob ukládání hodnot do databáze nebo přenos hodnot do okolních IT systémů.


5. Řešení IMS

5.1. Řešení IMS odečtová centrála

Jádrem systému budou níže uvedené části softwarového balíku ReadEn. Obrázek 2 popisuje základní strukturu systému ReadEn, nejsou znázorněné rozhraní do ostatních systémů a není znázorněn Web portál (jsou znázorněné v následujících kapitolách).

Obrázek 2 - IMS odečtová centrála

ReadEn DB

Další informace viz „Produkční a testovací prostředí“ a „Režim aktivní-aktivní uzel“.

Odečtové služby

Odečtová služba je služba operačního systému, která poskytuje rozhraní pro provádění dálkových odečtů, provádění dálkové parametrizace, načítání odečtů ze souborových úložišť nebo webových služeb. Je to služba zodpovědná za vykonávání všech AMM procedur popsaných v předchozí kapitole.

Její součástí je plánovač, který dokáže spouštět AMM procedury automaticky podle plánu. Služba protokoluje svou činnost do aplikačního logu operačního systému, v případě chyby odešle


upozornění. Odečtových služeb může v systému běžet víc s tím, že si rozdělují výkon AMM procedur podle volné kapacity. Další informace viz „Load Balancing“.

Požadavky na systémový software jsou: Operační systém Windows Server x64, Mictosoft.NET 4.0.

Použité vývojové prostředí a technologie: Microsoft Visual Studio 2013, Mictosoft.NET 4.0, WCF.

Datová služba

Datová služba je služba operačního systému, která provozuje dva koncové body REST, které poskytují rozhraní k databázi IMS. První z nich poskytuje datové entity a operace v plném rozsahu podle úrovně přístupu. Druhý koncový bod poskytuje omezenou množinu entit a operací (převážně pouze ke čtení), například základní kmenová data a odečty. Druhý koncový bod je plánován pro volání z DMZ (mobilní odečet, web portál), čemuž odpovídá i rozšířené zabezpečení. Je dostupný pouze z vyjmenovaných IP adres a vynucuje použití SSL vrstvy.

Požadavky na systémový software jsou: Operační systém Windows Server x64, Mictosoft.NET 4.0.

Použité vývojové prostředí a technologie: Microsoft Visual Studio 2013, Mictosoft.NET 4.0, WCF Data Services, Entity Framework 6.0.

Klient

Klient je spustitelná aplikace, která vyžaduje instalaci na klientské stanici. Nabízí kompletní funkcionalitu pro uživatele systém na všech úrovních. Pro administrátory například možnost spouštět a konfigurovat automatické úlohy, sledovat aktuální stav vykonávání úloh, sledovat okamžitý stav systému (služeb) a podobně. Každý uživatel s příslušným oprávněním může kdykoliv provádět odečty na vyžádání.

Tento klient umožňuje přístup ke všem dostupným funkcím, které poskytují Datová a Odečítací služba. Program nevyžaduje instalaci databázového klienta.

Aplikace je zaměřena na komfort uživatele, její uživatelské rozhraní je možné přizpůsobit a nový vzhled zachovat.

Požadavky na systémový software jsou: Operační systém Windows, Microsoft.NET 4.0.

Použité vývojové prostředí a technologie: Microsoft Visual Studio 2013, Microsoft.NET 4.0.

Produkční a testovací prostředí

ReadEn využívá jedno Oracle schéma pro produkční prostředí a další jedno schéma pro každé další testovací prostředí. Tyto schémata mohou být na stejné nebo různých Oracle instancích. Vždy ale platí, že produkční a testovací prostředí ReadEn používají vlastní zcela nezávislé Oracle schéma.

ReadEn využívá speciální sadu Odečtových služeb pro každé prostředí. Tyto sady odečtových služeb mohou být na stejných nebo různých instancích Windows Server.

ReadEn využívá speciální jednu Datovou službu pro každé prostředí. Tyto odečtové služby mohou být na stejných nebo různých instancích Windows Server.


Jednotlivá prostředí jsou na sobě nezávislá, údržba, upgrade nebo odstávka libovolného testovacího prostředí neovlivní jiné testovací nebo produkční prostředí. Pokud dojde ke změně navrženého řešení a zadavatel si přeje rozdělit instance nebo sloučit instance Oracle nebo instance Windows Server, pak tomu nic nebrání. Každá služba systéme ReadEn má konfigurovatelné DB připojení, takže lze kdykoliv přesměrovat službu na jinou instanci nebo schéma Oracle.

ReadEn Klient se může připojovat k libovolnému prostředí, tedy z hlediska uživatele jsou všechna prostředí přístupná z jediného programu. Při spuštění a přihlašování program dovoluje zvolit prostředí. Pokud si zadavatel přeje, umožňujeme programu Klient spuštění ve více instancích, pak může uživatel pracovat ve více prostředích zároveň. Stavový řádek programu Klient zobrazuje aktuální prostředí, jméno a roli uživatele.

Monitoring

V systému ReadEn lze definovat jednu nebo více bran pro zasílání monitorovacích zpráv. Například emailové SMTP brány nebo SMS brány. Je možno definovat pravidla, které k výskytu libovolné události přiřazují automatickou reakci pro odeslání monitorovací zprávy přes zvolenou bránu zvolené množině příjemců. Příkladem událostí, které mohou generovat monitorovací zprávy:

Systémové události - pád služby, kritická chyba služby, vykonání úlohy, chyba při v IP komunikaci s koncentrátorem a podobně.

Události kanálů a události měřidel – manipulace, výpadek EE a podobně.

Režim aktivní - aktivní uzel

Důležitým předpokladem pro Load Balancing a podporu režimu aktivní - aktivní uzel je, aby všechny běžící služby ReadEn přistupovali ke stejné instanci databáze. Což je zcela zabezpečeno v rámci jednoho uzlu (výpočetního střediska), protože všechny služby ReadEn používají stejnou databázi.

Load Balancing

Pokud systém ReadEn využívá více odečtových služeb, lze implementovat vyvažování zátěže při provádění úloh komunikujících s měřidly. Předpokladem je, že více serverů (odečtových služeb) dokáže komunikovat se stejnými kanály. Připomeňme, že kanál je uzel AMR sítě, například PLC koncentrátor nebo GSM modem. Vyvažování zátěže nelze použít na úrovni měřících míst, protože jsou-li připojené stejným kanálem, nelze kanál otevřít z více než jedné služby. Vyvažování zátěže lze použít na úrovni kanálů.

Systém ReadEn využívá „řadič kanálů“, což je společný zásobník požadavků na komunikaci s kanály, které mohou vyřizovat různé odečtové služby. Rozhodovací algoritmus k určení služby, která odečet vykoná, bude předmětem implementace na základě analýzy projektu. Nejčastěji používaným kritériem je počet aktuálně otevřených kanálů (IP spojení), tedy jednotlivé služby si rozdělují komunikaci tak, aby měli zhruba stejný počet otevřených kanálů.

Další možnost uplatnění vyvažování zátěže je rozdělování klientských požadavků na datovou službu, včetně rozdělování požadavků klientů z webového portálu a mobilních zařízení. Zde se jedná o standardní vyvažování zátěže síťové komunikace. Předpokládáme, že toto zajistí (zajišťuje) zadavatel například dedikovaným HW zařízením, pro přepínání na síťové vrstvě.


5.2. Řešení IMS rozhraní na okolní IT systémy

Požadavky na rozhraní systému IMS vůči ostatním IT systémům řeší balík ReadEn s typy exportních / importních úloh a samostatné speciální služby (aplikace typu služba).

Podle složitosti formátu a obsahu rozhraní, lze použít dva různé přístupy:

Jednodušší rozhraní stačí konfigurovat množinou exportních/importních úloh, kterou provádí standardní odečtová služba. Zdrojem importních úloh systémů ReadEn jsou soubory (TXT, XML, …) nebo sdílené DB tabulky nebo sdílené DB pohledy včetně DB objektů v jiné DB. Cílem exportních úloh jsou soubory (TXT, XML, …) nebo sdílené DB tabulky včetně tabulek v jiné DB.

Pro složitější nebo více sofistikované rozhraní lze doplnit systém o samostatné aplikace typu service (služba).

Obrázek 3 popisuje maximalistickou variantu, kdy každé rozhraní hodno služby, dostalo vlastní službu. To se nám zdá vhodné pro nezávislou údržbu, upgrade a ladění výkonu jednotlivých rozhraní. Jednotlivé služby mohou být na stejných nebo různých instancích Windows Server. Připomínáme, že nezávisle na počtu služeb a jejich umístění, jsou všechny centrálně spravované z jediného místa (Klient). Dle požadavků zadavatele můžeme počet služeb zredukovat až na 1 případně až 0. 1 znamená jednu samostatnou službu pro všechna rozhraní. 0 znamená, že funkce všech rozhraní budou naprogramované do odečtové služby.

Obrázek 3 - IMS rozhraní na okolní IT systémy


Rozhraní pro SAP

Jedná se o službu operačního systému s plánovačem, která dokáže načítat data ze SAP a publikuje SOAP metody pro případné volání ze SAP. Vyřizuje volání metody pro zápis informací do SAP nebo požadavků na zápis do SAP, například požadavky na změnu kmenových dat, požadavky na pracovní příkazy.

Rozhraní pro GIS

Jedná se o službu operačního systému s plánovačem, která dokáže načítat data z GIS a publikuje SOAP metody pro případné volání z GIS. Předpokládáme, že detaily analýzy rozhraní budou součástí dodávky.

Rozhraní pro CRIS

Jedná se o službu operačního systému s plánovačem, která dokáže načítat data z CRIS a publikuje SOAP metody pro volání z CRIS. Předpokládáme, že detaily analýzy rozhraní budou součástí dodávky.

Rozhraní pro OKTE, SEPS

Jedná se o službu operačního systému s plánovačem, která dokáže načítat data z externího systému a prostřednictvím Datové služby je ukládá do databáze ReadEn.

Rozhraní pro SHMÚ

Jedná se o službu operačního systému, která dokáže načítat data ze SHMÚ a prostřednictvím Datové služby je ukládá do databáze ReadEn.

Rozhraní obecně

Požadavky na systémový software jsou: Operační systém Windows, Mictosoft.NET 4.0.

Použité vývojové prostředí a technologie: Microsoft Visual Studio 2013, Mictosoft.NET 4.0, WCF.

5.3. Řešení IMS Web portál a mobilní odečty

ReadEn obsahuje webový server poskytující sadu dynamických stránek, ale na základě zkušeností z podobných projektů předpokládáme, že portál bude specifickým řešením.

Mobilní odečty jsou součástí balíku ReadEn, ale struktura údajů, které se zasílají na, nebo čtou z mobilních terminálů (například Psion), je specifická pro každou implementaci ReadEn.

Obecně - ReadEn obsahuje mobilní aplikaci, spustitelnou na mobilním Windows OS (Windows Mobile, Windows CE, Psion Workabout G2-G4) anebo na libovolném desktopovém Windows OS (notebooky). Hlavní funkcionalitou mobilní aplikace je stáhnout z centrály ReadEn požadavky na


odečet a související kmenová data, naplnit požadavky odečtením a předat data zpátky do centrály. Komunikace probíhá s ohledem na odečítače (uživatelský účet) nebo montážní četu.

Obrázek 4 - IMS Web portál a mobilní odečty


6. Příklad požadavků na technickou architekturu

Objem dat

Odhad byl proveden z počtu odečtených hodnot a vynásobením průměrné velikosti dat pro uložení jedné odečtené hodnoty. Koeficient průměrná velikost dat pro uložení jedné odečtené hodnoty byl stanoven na základě našich zkušeností jako cca 0,25 kB. Odečtené hodnoty nejsou jedinou informací, která se skladuje v databázi, ale v koeficientu jsou zahrnuty související údaje, například události, protokoly, hlavičky, změny konfigurace a parametrizace, auditní záznamy a podobně.

PočetodečítanýchEM

Průměrná frekvenceodečtů za den

Průměrnýpočet registrův jednom odečtu

Počet odečtených registrů za rok [mil.]

Objem dat v roce[GB]

Objem dat celkem[GB]

100 000 96 5 17 500 4 000 4 000

200 000 96 5 35 000 7 000 11 000

300 000 96 5 53 000 10 000 21 000

500 000 96 5 88 000 18 000 39 000

750 000 96 5 130 000 26 000 65 000

1 000 000 96 5 175 000 35 000 100 000

Systémové požadavky

Databázové prostředí Oracle:

velikost paměti RAM 64 GB

1 CPU – 12 jader

objem uložených dat 100 TB

maximální zátěž diskového pole 3 000 000 iops, hrubý odhad

Aplikační prostředí:

velikost paměti RAM 144 GB, pro všechny aplikační servery celkem

1 CPU – 16 jader, pro všechny aplikační servery celkem


objem uložených dat 0 TB, aplikační serverové služby využívají pouze relativně malé množství dočasných pracovních souborů, typicky XML soubory s velikostí kolem desítek až stovek kB

maximální zátěž diskového pole 3 000 iops, jedná se pouze o zápis/čtení event log na úrovni OS


7. Závěr

Systém ReadEn je komunikační a datový server pro AMM a AMR měřidla. Je navržen dostatečně modulárně a díky struktuře klient-server-server je možné do budoucna připojovat širokou škálu měřidel. Neomezuje se jenom na elektroměry, přestože v tomto projektu jsou elektroměry řady AMx60 a AMx65 hlavní skupinou implementovaných měřidel.

Odečítací služba zabezpečuje přes komunikační kanály komunikaci s různými typy měřidel. Vlastní komunikační drivery vázané na konkrétní komunikační protokol jsou dynamicky linkované rutiny a díky tomu může systém akceptovat prakticky libovolné množství nových typů do budoucna. Odečítací služba ukládá data do relační databáze.

Relační databáze je centrální úložiště dat systému, kde se ukládají jak provozní data z měřidel, tak inventární data systému a okolního prostředí.

Datová služba zprostředkovává informace z měřidel klientovi a pracuje s inventárními daty v databázi.

Klient umožňuje přístup uživatele k datům a je vyvinut jak ve formě desktopové aplikace tak tenkého webového klienta.

Modulární struktura celého řešení umožňuje škálovat instalace od nasazení systémů v řádech desítek měřidel až po velké instalace pro národní energetiky. Na systému probíhá a dále bude probíhat další intenzivní vývoje, zejména se budou implementovat nové typy měřidel, nové komunikační kanály a protokoly. Důležitou částí jsou zákaznické modifikace uživatelského rozhraní a implementace rozhraní na externí systémy.

Podrobnou dokumentaci k tomuto produktu lze najít v prostorách ZPA.


8. Seznam obrázků

Obrázek 1 – Blokové schéma ReadEn.....................................................................................................7Obrázek 2 - IMS odečtová centrála.......................................................................................................15Obrázek 3 - IMS rozhraní na okolní IT systémy.....................................................................................18Obrázek 4 - IMS Web portál a mobilní odečty......................................................................................20


Documents

viewZpráva dílčího cíle: „Komunikační server“ projektu „Smart metering systém pro energetiku“ (TA03011091) Pavol Rybárik. V Trutnově 3.1.2015