郭 潔，王崢瀛，張 煦

（中國水利水電科學研究院中水科技公司，北京 100038）

基于H9000實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)

郭 潔，王崢瀛，張 煦

（中國水利水電科學研究院中水科技公司，北京 100038）

簡要介紹了基于H 9000實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)的設計思路，主要特點及功能描述。

Woix；Web發(fā)布系統(tǒng)；H9000實時數(shù)據(jù)庫；Socket

0 概述

隨著水電廠控制系統(tǒng)的高度自動化，基于B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)信息實時發(fā)布系統(tǒng)日益被各電廠所重視。伴隨自動化程度的提高，水電廠數(shù)據(jù)規(guī)模日漸龐大，同時，電站管理人員對獲取監(jiān)控數(shù)據(jù)的全面性、實時性要求也在逐步提高。

目前各電廠所用的Web發(fā)布系統(tǒng)多數(shù)以商業(yè)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，但是由于海量數(shù)據(jù)造成的數(shù)據(jù)讀寫周期的拉長，傳統(tǒng)Web發(fā)布系統(tǒng)的實時性已經(jīng)不能滿足用戶的需求。例如：三峽右岸電廠包含模擬數(shù)據(jù)量15000點，開關(guān)數(shù)據(jù)量50000點，一個完整的數(shù)據(jù)讀寫周期最長會超過1min，但是實際電廠要求Web發(fā)布系統(tǒng)的分辨率在5s以內(nèi)，基于商用數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)已不能滿足要求，基于實時數(shù)據(jù)庫的Web應用已迫在眉睫。

1 總體設計原理闡述

Woix是基于H9000監(jiān)控系統(tǒng)的Web發(fā)布系統(tǒng)，主要針對各水電廠監(jiān)控數(shù)據(jù)瀏覽、信息發(fā)布、報表查詢等功能開發(fā)而成。H9000是中國水利水電科學院擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的水電廠監(jiān)控系統(tǒng)，在我國有很高的市場占有率。Woix研制的主要目的是在無須增加維護工作的情況下將H9000監(jiān)控系統(tǒng)搬到電力系統(tǒng)辦公系統(tǒng)的瀏覽器上，同時賦予更加豐富多彩的表現(xiàn)形式，以及提供更多分析、統(tǒng)計結(jié)果的展示。

Woix的主要功能是基于H9000實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)Web發(fā)布，采用AJAX（Asynchronous JavaScript and XML，異步JavaScript腳本和XML技術(shù)）框架；圖形使用SVG（Scalable Vector Graphic）格式，系統(tǒng)的畫面可轉(zhuǎn)換為SVG格式在Web站點上展示，動態(tài)縮放，提供多種動態(tài)效果展示生產(chǎn)過程；以面向?qū)ο蟮恼Z言C#為開發(fā)工具，能滿足大型水電廠海量數(shù)據(jù)瀏覽，查詢的需求。Web服務器實現(xiàn)H9000實時數(shù)據(jù)庫訪問接口，能實時接收監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包含模擬量、開關(guān)量、事件、報警等。

2 數(shù)據(jù)處理

Woix的數(shù)據(jù)處理分為客戶端和服務器端兩個部分。

2.1 客戶端部分

本系統(tǒng)的客戶端腳本使用JavaScript，要完成的工作有以下幾項：

（1）向Web服務器要求實時數(shù)據(jù)

實現(xiàn)方法為頁面腳本通過XMLHttp協(xié)議，定時向Web服務器上負責查詢的頁面發(fā)送XML查詢報文。

（2）解析返回數(shù)據(jù)包

服務器端解析查詢數(shù)據(jù)包，對所有數(shù)據(jù)點向數(shù)據(jù)庫進行一次查詢，比較數(shù)值是否發(fā)生變化，對變化數(shù)據(jù)重新組包寫回客戶端?？蛻舳私馕龇祷財?shù)據(jù)包，獲得已變化的數(shù)據(jù)點，以動態(tài)圖符（儀表、棒圖等）、數(shù)值、光字等形式展示在瀏覽器上。客戶端僅需處理已變化數(shù)據(jù)，負荷能得到有效降低。

2.2 服務器部分

服務器端接收客戶端的查詢數(shù)據(jù)包，根據(jù)查詢條件返回XML數(shù)據(jù)包。

系統(tǒng)基于H9000實時數(shù)據(jù)庫，從實時數(shù)據(jù)庫中讀取實時數(shù)據(jù)及報警信息。Web服務器使用Socket接口向數(shù)據(jù)采集服務器發(fā)送請求，接收數(shù)據(jù)（見圖1）。

圖1 基于實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理示意圖

2.3 雙重緩存機制

為了進一步的提高數(shù)據(jù)的實時性，系統(tǒng)采用了頁面緩存和數(shù)據(jù)緩存雙重緩存機制來最大程度的縮短數(shù)據(jù)讀取周期。

當客戶端登錄系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)時，首先判斷服務器端的頁面緩存是否符合要求，如果符合則直接將頁面緩存返回給客戶端，如果頁面緩存不符合，則進入服務器端的數(shù)據(jù)緩存區(qū)查詢符合要求的數(shù)據(jù)并返回，將未查詢到的數(shù)據(jù)組包向數(shù)據(jù)采集服務器發(fā)送請求，查詢結(jié)果存入數(shù)據(jù)緩存區(qū)以備下次使用（見圖 2）。

圖2 基于實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程圖

（1）頁面緩存

頁面輸出緩存通過保存動態(tài)頁面的輸出內(nèi)容，大大提高了服務器應用的能力。輸出緩存常用于把整個輸出頁面緩存起來。對于一個存取繁忙的站點來說，把一些常用頁面放入內(nèi)存會帶來性能上的極大提高。當一個頁面被放入輸出緩存，那么接下來的對該頁面的相同請求將不再執(zhí)行創(chuàng)建它的代碼，而是從內(nèi)存中直接返回該頁面，同時也減少了Web服務器與數(shù)據(jù)源之間的交互。

（2）數(shù)據(jù)緩存

數(shù)據(jù)緩存是指當Web服務器從數(shù)據(jù)采集服務器讀取數(shù)據(jù)后，先將數(shù)據(jù)保存到Web服務器的內(nèi)存中，如果在一定時間范圍內(nèi)其它客戶端查詢此數(shù)據(jù)點，則不必通過數(shù)據(jù)采集服務器讀取數(shù)據(jù)，直接從數(shù)據(jù)緩存內(nèi)讀取數(shù)據(jù)返回。此方式減少了Web服務器與數(shù)據(jù)源之間的交互。

3 畫面處理

畫面處理也分為客戶端和服務器端兩個部分（圖3）。

圖3 基于實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)畫面處理示意圖

3.1 客戶端部分

本系統(tǒng)使用的圖形通常為SVG的格式，各種控件均以SVG圖元實現(xiàn)。通過改變圖元的屬性可實現(xiàn)控件的動態(tài)變化。

按照控件外觀可大致分為普通文本框、數(shù)碼文本框、計數(shù)器、表計、閥門、管道、開關(guān)、刀閘、發(fā)電機組、指示燈、棒圖等等。

SVG圖元的表現(xiàn)力非常豐富，除以上幾種比較常用的控件，還可根據(jù)用戶需要及電廠的特殊要求制作新的控件。

3.2 服務器端部分

由于各個電場實際情況不同，對Web界面的畫面質(zhì)量要求、服務器質(zhì)量、客戶端數(shù)量以及后期維護能力的不同，一種形式的Web發(fā)布系統(tǒng)不一定能滿足所有用戶的需求。因此，出于對畫面質(zhì)量、維護能力及服務器質(zhì)量等方面考慮，Woix通過以下方法實現(xiàn)信息發(fā)布以滿足用戶的不同需求。

（1）手工制作SVG圖片

如大多數(shù)的Web發(fā)布系統(tǒng)一樣，Woix支持手工繪制網(wǎng)站圖片。此方法需要對工程的總體結(jié)構(gòu)及每張頁面重新構(gòu)造、美工設計，要求系統(tǒng)集成人員具有一定的Web發(fā)布知識，熟悉SVG圖形格式及其制作，后期維護人員需有一定電腦使用基礎(chǔ)，最好對XML文檔及SVG制圖軟件有一定了解。

目前支持SVG格式的制圖軟件比較多并且制圖功能非常強大，重新手工構(gòu)圖可根據(jù)用戶的要求對圖片進行再次布局、數(shù)據(jù)篩選或再次運算，所以由此方法所制的畫面質(zhì)量較好。但是因為每張圖片均需要重新制作，前期工作量比較大，對系統(tǒng)集成人員及維護人員的要求也相對較高。

此方法服務器的工作量不大，通常適用于不滿足IPM圖形在Web上的表現(xiàn)能力及外觀，對畫面質(zhì)量要求較高，后期維護能力較強，服務器配置不高或是客戶端數(shù)量較多的用戶使用。

（2）利用轉(zhuǎn)換器生成SVG圖片

為了降低系統(tǒng)集成人員及后期維護人員的工作量，我們研制了一種SVG轉(zhuǎn)換器可將IPM制作的監(jiān)控畫面直接轉(zhuǎn)換成SVG格式。轉(zhuǎn)換器只需對轉(zhuǎn)換路徑，版本等基本信息進行配置即可批量將H9000畫面轉(zhuǎn)換為SVG圖片。此方法的SVG圖片完全來自轉(zhuǎn)換器，大大減少了前期制作及后期維護的工作，對系統(tǒng)集成人員及維護人員的要求較低，只需學會使用轉(zhuǎn)換器即可。由于圖片是由監(jiān)控系統(tǒng)畫面轉(zhuǎn)換而來，畫面同監(jiān)控系統(tǒng)所用的畫面完全相同，Web發(fā)布系統(tǒng)的美觀程度完全取決于監(jiān)控畫面。轉(zhuǎn)換器可配合手工制圖共同使用，以達到更好的效果。

利用轉(zhuǎn)換器生成SVG圖片比較適用于對畫面質(zhì)量要求不高，希望后期維護工作量較小，服務器配置不高或是客戶端數(shù)量較多的用戶使用。

（3）動態(tài)生成SVG圖片

動態(tài)生成SVG圖片是指客戶端在切換畫面時，由服務器實時對圖片進行轉(zhuǎn)換再發(fā)送給客戶端。此方法是動態(tài)生成SVG圖片，實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的完全同步，服務器本地沒有存放SVG圖片，加大了安全性。放棄轉(zhuǎn)換器改由服務器實時轉(zhuǎn)換，雖然加大了服務器的工作量，但是卻完全解放了維護的工作，也減少了系統(tǒng)集成人員的工作。此方法只能獨立使用，不能與前兩種方法配合使用。

此方法服務器的工作量較大，比較適用于對畫面質(zhì)量要求并不十分高，希望后期維護工作量較小，服務器配置較高或是客戶端數(shù)量較少的用戶使用。

（4）選擇性動態(tài)生成SVG圖片

以上幾種方法都具有其優(yōu)點，卻也難免有些弊端。所以我們綜合其優(yōu)勢，開發(fā)出一種兼顧服務器及后期維護工作量的畫面處理方式（圖4）。

圖4 基于實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)畫面處理流程圖

選擇性動態(tài)生成SVG圖片是指當客戶端登錄系統(tǒng)發(fā)送畫面請求時，服務器先判斷本地是否有已經(jīng)生成的SVG畫面，如果沒有則由服務器生成新畫面；如果服務器本地有已經(jīng)生成的畫面再判斷H9000的畫面是否有修改，如果有修改則由服務器生成新畫面，如果沒有直接將畫面返回客戶端。

此方法服務器工作量適中，Web畫面與監(jiān)控畫面實時同步，由于可配合手工制圖共同使用，系統(tǒng)美觀程度不局限于監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)集成及后期維護工作量極小，對于服務器的配置及客戶端數(shù)量的限制不高，適用于大部分水電廠的需求，也是目前大部分Woix應用項目的畫面處理方式。

4 性能對比

現(xiàn)將基于H9000實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)與基于商用數(shù)據(jù)庫Web發(fā)布系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信息量、實時性、環(huán)境要求等幾方面進行性能比較，如表1所示。

表1 基于H9000實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)與基于商用數(shù)據(jù)庫Web發(fā)布系統(tǒng)性能對比

5 結(jié)束語

作者通過對電力系統(tǒng)實時Web發(fā)布系統(tǒng)的深入研究，結(jié)合當前大型水電廠的實際情況，開發(fā)出了基于H9000實時數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在三峽右岸投入運行，運行狀況良好。經(jīng)過三峽電廠專業(yè)技術(shù)人員的嚴格測試，性能遠優(yōu)于基于商用數(shù)據(jù)庫的Web發(fā)布系統(tǒng)，滿足了大型水電廠對生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)在Web上發(fā)布的需求。

[1]郭潔，王崢瀛，王桂平.H9000監(jiān)控系統(tǒng)Web子系統(tǒng)—Woix的研究與開發(fā)[J].水電廠自動化，2006，（增）.

TP274

B

1672-5387（2011）03-0038-03

2011-04-11

郭潔，女，工程師，從事水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)研制、開發(fā)工作。