SEC系列智能网关在云平台中的应用

彭厚嘉

摘  要：随着信息技术的快速发展，基于物联网的智能工业已成为当前工业的主要发展方向。SEC系列智能网关（以下简称为智能网关）是结合公司云平台远控系统推出的一款多网卡和多串口嵌入式计算机设备，搭载低功耗intel Celeron CPU或ARM CPU，支持主流的Linux和Windows操作系统。具有实时数据库、小型关系数据库、软件防火墙、用户认证和鉴权等功能。内置自主研发的管理软件和诊断工具，包括众多的电力系统规约或自定义规约。

关键词：智能网关;云平台远控;智能发电

中图分类号：TN915              文献标志码：A

1 智能网关硬件参数

硬件参数如表1设备型号及参数所示。

包括智能网关的3种型号，主要的硬件参数以及所支持的操作系统。

2 智能网关的开发组件

2.1 基础库Qt

智能网关使用Qt 5.6.3作为主要的开发类库，使用Qt开发的软件，相同的代码可以在任何支持的平台上编译运行，而不需要修改源代码。它会自动根据平台的不同，表现平台特有的图形界面風格。经过多年发展，Qt不但拥有了完备的C++图形库，而且近年来的版本逐渐集成了数据库、OpenGL库、多媒体库、网路、脚本库、XML库、WebKit库等，其核心库也加入了进程间通信、多线程等模块，极大地丰富了Qt开发大规模复杂跨平台应用程序的能力，真正意义上实现了其研发宗旨“Code Less; Create More; Deploy Anywhere”。Qt有4个优点。1）具有优良的跨平台特性：支持的操作系统Microsoft Windows， Linux，Solaris，SunOS，HP-UX，FreeBSD 等。2）Qt是面向对象的：Qt对于用户开发而言是十分方便的，因为Qt良好的封装机制令Qt的模块化程度非常高并且可重用性好。而且在Qt中也提供了一种称为signals/slots 的安全类型用以代替了callback，这样子各个元件之间的协同工作都会变得简单。3）Qt具有丰富的API：在Qt中包括了至少250个的C++类，并且还提供了基于模板的 collections，serialization，file，I/O device，directory management，date/time 类。甚至还包括正则表达式的处理功能。4）友好的授权方式，使用 LGPL 协议开发闭源程序，如果使用动态链接库的方式，可以以任何形式发布应用程序，包括商业的、非商业的、开源的、非开源的。

2.2 实时数据库 Redis

智能网关使用Redis作为实时数据库，用来存储实时数据和转发控制命令。Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。

2.3 关系数据库SQLite

智能网关使用SQLite作为关系数据库，用来持久化配置参数。SQLite是一款轻型的关系数据库，它包括在一个相对小的C库中，它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式产品中使用了它，它占用资源非常的低，可能只需要几百K的内存就够了。它能够支持Windows、Linux和Unix等主流的操作系统，同时能够跟很多程序语言相结合。

3 智能网关框架图

智能网关系统框架图如图1所示。

4 智能网关安全

在万物互联的大背景下，物联网正在急速发展，物联网终端节点和数据的规模将远远超出传统互联网安全架构的防御能力，物联网终端安全问题在给物联网建设和普及带来极大的挑战。目前，物联网产业发展仍然处于初始阶段，安全防护能力非常薄弱，国家层面和行业内也缺乏相应的安全规范和标准。物联网面临的安全威胁有很多，固件安全、硬件安全、通信安全、数据安全、隐私泄露等，因此需要创新、需要有针对性的新型信息安全解决方案和新型信息产品安全产品来解决这些问题。

针对以上问题，智能网关采用以下方式，力争通信安全、数据安全，保密隐私。1） 裁剪操作系统，只保留和运行必要的模块以及服务。2） 启用操作系统防火墙。3） 启用复杂密码访问。4） 在云平台远控项目中，增加隔离装置NSI-204，不对外网暴露智能网关。5） 与云平台通信传输协议采用自定义协议，对敏感数据采用对称密钥和非对称动态密钥加密传输，确保敏感数据被劫持后攻击者无法有效解析。

5 智能网关功能模块

功能模块如表2功能模块所示。

包括参数配置工具、在线调试工具、智能发电、边缘计算、采集协议和转发协议。

6 智能网关智能发电及案例

针对网关智能发电，智能网关采取以下方法，通过系统控制调整确保稳定性。1）根据增有功和减有功水位设定值实时调整机组有功功率。2）根据功率因数设定值，实时调整机组无功功率。3）根据开机水位和停机水位设定值，自动启停机组。4）案例1。云南省元江县某水电站，电站装有1台1 600 kW水轮发电机组，从2018年4月份上线水电站云平台远控系统。5）案例2。云南省勐海县某水电站，电站装有2台2 000 kW水轮发电机组，从2018年12月份上线水电站云平台远控系统。

7 智能网关解决方案

7.1 在远控系统中的解决方案

智能网关与站内SCADA服务器以IEC60870-5-104协议进行数据交互，通过隔离装置NSI-204和双链路切换装置上送至云平台远控系统，如图2所示。

7.2 在远程监测系统中的解决方案

智能网关通过RS—485总线采集站内交流采样表或电能表，将数据通过有线互联网上送至云平台远程监测系统，如图3所示。

8 结语

SEC系列智能网关性能稳定、性价比高、具有丰富的外围接口和灵活的组网方式，用户可以根据现场设备通信协议进行配置，转换成标准的电力规约（如IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、IEC60870-5-103、DL/T451-91）或自定义规约。可实现变电站、水电站、无人值守配电室、光伏发电系统等场景的通信管理，内部数据的再加工处理，逻辑生成，转发信息的编辑、合成。通过有线或GPRS网络实现远程维护和监控。

在水电站云平台远控系统中，结合智能发电能减少运行人员的工作强度，提升企业发电效益。

参考文献

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