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(西安工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，西安 710600)

0 引言

傳統(tǒng)的電器試驗(yàn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)只基于設(shè)備端，只能在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備端獲取試驗(yàn)相關(guān)信息和對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理，這樣信息的分散導(dǎo)致信息獲取效率和管理效率低下，因此需要開(kāi)發(fā)集中式監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電器試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行信息集成和集中管理[1]。目前，集中式數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域[2]。然而在低壓電器試驗(yàn)場(chǎng)所應(yīng)用的還比較少，且存在兼容性差、難擴(kuò)展、未實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、監(jiān)控對(duì)象受地點(diǎn)限制、客戶(hù)端受平臺(tái)限制、客戶(hù)端維護(hù)升級(jí)困難等問(wèn)題[3-5]。

本文針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種基于web的電器試驗(yàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電器試驗(yàn)設(shè)備的信息集成和集中管理，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)、對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟?？刂啤Ｏ到y(tǒng)不受時(shí)間、地點(diǎn)、平臺(tái)的限制，用戶(hù)可隨時(shí)隨地通過(guò)有網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端掌握現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)狀況。針對(duì)B/S模式實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，采用多種方法有效提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在設(shè)計(jì)中充分考慮了系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展性，能夠兼容常規(guī)的電器試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)于設(shè)計(jì)過(guò)程中未考慮到的特殊試驗(yàn)設(shè)備，只需擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫(kù)模型，即可兼容。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好，能夠滿(mǎn)足試驗(yàn)人員和管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況和對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行集中管理的需求。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S和C/S相結(jié)合的模式，試驗(yàn)場(chǎng)地局域網(wǎng)內(nèi)采用C/S模式，這符合局域網(wǎng)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)量大、專(zhuān)用性強(qiáng)的特點(diǎn)；在Internet上采用B/S模式，無(wú)需考慮客戶(hù)端的兼容，便于對(duì)軟件進(jìn)行維護(hù)升級(jí)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由設(shè)備端、服務(wù)器端和客戶(hù)端三部分組成。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備端是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，電器試驗(yàn)設(shè)備中包含工控機(jī)、主控板卡、試驗(yàn)電路等部分。主控板卡用于數(shù)據(jù)采集、試驗(yàn)過(guò)程控制。工控機(jī)上運(yùn)行的監(jiān)控軟件通過(guò)與主控板卡進(jìn)行串口通信，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)視、對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的控制和對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的采集，試驗(yàn)參數(shù)和試品信息也在設(shè)備端錄入，設(shè)備端監(jiān)控軟件將獲取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為固定格式的字符串后通過(guò)Socket通信發(fā)送給服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互程序，此外還能接收和執(zhí)行服務(wù)器端數(shù)據(jù)交互程序發(fā)送的遠(yuǎn)程控制命令和試驗(yàn)參數(shù)。

服務(wù)器端包括數(shù)據(jù)交互程序、Redis緩存、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)、Web應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)交互程序利用異步I/O模塊asyncio編寫(xiě)，通過(guò)Socket與多臺(tái)試驗(yàn)設(shè)備通信，是Socket服務(wù)器端，用于接收設(shè)備端發(fā)送的數(shù)據(jù)，將其中的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)解析為Key-Value格式的數(shù)據(jù)后存入Redis緩存。如果設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)中包含故障和報(bào)警信息，還需將其存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，為了減輕數(shù)據(jù)庫(kù)壓力，對(duì)于正常的狀態(tài)信息不提供歷史狀態(tài)查詢(xún)，不存入數(shù)據(jù)庫(kù)。設(shè)備端錄入的試驗(yàn)參數(shù)、試品信息也存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)需定時(shí)保存到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，防止內(nèi)存被占滿(mǎn)。此外，數(shù)據(jù)交互程序與Web應(yīng)用程序之間利用Redis的訂閱發(fā)布功能進(jìn)行通信，用于接收Web應(yīng)用程序發(fā)送的請(qǐng)求數(shù)據(jù)、控制命令、控制參數(shù)，向Web應(yīng)用程序推送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。Redis訂閱發(fā)布模式本質(zhì)上是共享內(nèi)存，這種進(jìn)程間通信方式避免了對(duì)進(jìn)程中數(shù)據(jù)的拷貝和傳遞，既節(jié)約了內(nèi)存空間又速度快[6]。Redis緩存用于存儲(chǔ)頻繁更新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)不經(jīng)常變動(dòng)的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。Web應(yīng)用程序負(fù)責(zé)接收客戶(hù)端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求和返回HTTP響應(yīng)，并與Redis和MySQL進(jìn)行交互，從Redis緩存中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取不經(jīng)常變動(dòng)的“冷數(shù)據(jù)”。

客戶(hù)端即計(jì)算機(jī)或者移動(dòng)終端中的瀏覽器，客戶(hù)端負(fù)責(zé)與用戶(hù)進(jìn)行交互，向Web服務(wù)器發(fā)送HTTP請(qǐng)求，接收Web服務(wù)器返回的響應(yīng)并將其中的HTML文檔解析后顯示在瀏覽器上，將信息展現(xiàn)給用戶(hù)。若請(qǐng)求的頁(yè)面中包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還需與Web應(yīng)用程序維持一條WebSocket連接，用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的推送。

1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有用戶(hù)管理、設(shè)備管理、試驗(yàn)管理、設(shè)備監(jiān)控、報(bào)表管理、日志管理等功能，在此僅對(duì)設(shè)備監(jiān)控功能做詳細(xì)介紹。系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)中的上位監(jiān)控功能，能夠?qū)崟r(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，其中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)包括設(shè)備啟停狀態(tài)、報(bào)警信息、故障信息、安全聯(lián)鎖情況、各工位狀態(tài)信息、控制模式等。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)包括各試驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)室信息、各設(shè)備基本信息、各工位基本信息、試驗(yàn)參數(shù)、工位上的試品信息、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)等，其中試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖的形式顯示。此外，系統(tǒng)還能夠在滿(mǎn)足安全聯(lián)鎖條件的情況下對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟?？刂疲h(yuǎn)程控制和設(shè)備端控制互鎖，以防沖突。在進(jìn)行遠(yuǎn)程控制前需將設(shè)備控制模式切換為遠(yuǎn)程控制模式，然后輸入控制參數(shù)，即可遠(yuǎn)程啟動(dòng)試驗(yàn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用基于Python語(yǔ)言的Django框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使用的IDE為PyCharm，編程語(yǔ)言版本為python3.6.3，Web框架版本為Django2.0。使用MySQL和Redis數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)，前端采用Bootstrap框架，圖表的繪制采用Echarts，這些開(kāi)發(fā)環(huán)境均為開(kāi)源免費(fèi)軟件。下面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的部分關(guān)鍵問(wèn)題分別進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)非常核心的部分，設(shè)備采集和錄入的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行存儲(chǔ)，用戶(hù)、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)場(chǎng)地、試驗(yàn)室等相關(guān)信息都要通過(guò)后臺(tái)管理錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)的合理與否直接影響系統(tǒng)的功能和性能[7]。系統(tǒng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL和Redis緩存相結(jié)合方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，MySQL用于存儲(chǔ)不經(jīng)常變更的“冷數(shù)據(jù)”，Redis用于存儲(chǔ)讀寫(xiě)操作比較頻繁的“熱數(shù)據(jù)”，以滿(mǎn)足對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高并發(fā)讀寫(xiě)的需求。這種數(shù)據(jù)管理方式既能提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，又能保證數(shù)據(jù)的安全。

2.1.1 MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的實(shí)際情況和本系統(tǒng)的功能需求，在充分考慮系統(tǒng)通用性的前提下，將數(shù)據(jù)庫(kù)分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和系統(tǒng)庫(kù)4個(gè)部分。其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地、試驗(yàn)室、設(shè)備、工位、試驗(yàn)主電路基本信息進(jìn)行描述。以設(shè)備信息表為例，其基本信息包括所在地、所在實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備編號(hào)、生產(chǎn)廠(chǎng)家、設(shè)備類(lèi)型等。由于不同類(lèi)型的設(shè)備，其工位信息模型一般也不同，因此需要對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備分別建立相應(yīng)的工位信息表。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)用于對(duì)試驗(yàn)相關(guān)信息進(jìn)行描述，包括試驗(yàn)項(xiàng)目信息、試品信息、試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果、控制命令、故障記錄、報(bào)警記錄。試驗(yàn)項(xiàng)目表與試品信息表通過(guò)外鍵相關(guān)聯(lián)，在進(jìn)行試驗(yàn)前需新建試驗(yàn)項(xiàng)目。試驗(yàn)參數(shù)表和試驗(yàn)結(jié)果表應(yīng)按照不同的試驗(yàn)類(lèi)型分別建立。故障記錄表中只記錄故障設(shè)備、故障代碼和故障時(shí)間，根據(jù)故障代碼查詢(xún)知識(shí)庫(kù)獲取相應(yīng)的故障信息，以節(jié)省數(shù)據(jù)庫(kù)空間。

知識(shí)庫(kù)用于對(duì)系統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)，其中設(shè)備庫(kù)用于記錄系統(tǒng)中已經(jīng)進(jìn)行建模的各設(shè)備類(lèi)型相關(guān)的知識(shí)，包括相應(yīng)的工位信息表表名、可選試驗(yàn)類(lèi)型等信息。在設(shè)備信息表中將設(shè)備類(lèi)型作為外鍵與設(shè)備庫(kù)相關(guān)聯(lián)，當(dāng)添加新設(shè)備時(shí)，只需勾選相應(yīng)的設(shè)備類(lèi)型，即可獲得其相關(guān)信息，無(wú)需重復(fù)輸入。比如在設(shè)備庫(kù)中存儲(chǔ)工位信息表表名，這樣在為設(shè)備添加工位時(shí)，可根據(jù)不同的設(shè)備類(lèi)型，自動(dòng)關(guān)聯(lián)相應(yīng)的工位信息表，動(dòng)態(tài)生成不同的form表單。元件庫(kù)用于記錄試驗(yàn)主電路中各開(kāi)關(guān)元件的信息，在試驗(yàn)主電路信息表中，將元件作為外鍵，在建立試驗(yàn)主電路模型時(shí)，只需勾選相應(yīng)元件即可。試驗(yàn)庫(kù)用于記錄在系統(tǒng)中已進(jìn)行建模的各類(lèi)型試驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)，包括其對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)表表名、試驗(yàn)結(jié)果表表名、可選設(shè)備類(lèi)型等信息?？紤]到有的綜合型試驗(yàn)設(shè)備可進(jìn)行多種類(lèi)型的試驗(yàn)，這意味著同一種試驗(yàn)也可以在多種類(lèi)型的設(shè)備上進(jìn)行，因此通過(guò)在試驗(yàn)庫(kù)中將可選設(shè)備類(lèi)型設(shè)為“多對(duì)多”字段，將其與設(shè)備庫(kù)相關(guān)聯(lián)。在試品信息表中，將試驗(yàn)類(lèi)型作為外鍵與試驗(yàn)庫(kù)相關(guān)聯(lián)，在添加試品時(shí)，通過(guò)勾選試驗(yàn)庫(kù)中的試驗(yàn)類(lèi)型添加其試驗(yàn)類(lèi)型。

系統(tǒng)庫(kù)用于存儲(chǔ)系統(tǒng)相關(guān)的信息，包括用戶(hù)信息表、用戶(hù)權(quán)限表和系統(tǒng)日志。

2.1.2 Redis緩存

根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的類(lèi)型，在Redis中分別設(shè)計(jì)了不同的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，如表1所示。采用Hash類(lèi)型存儲(chǔ)設(shè)備狀態(tài)和工位狀態(tài)信息，Value部分為一個(gè)HashMap對(duì)象，該HashMap對(duì)象的Key為設(shè)備ID、工位編號(hào)、狀態(tài)名等拼接成的字符串”，Value為字符串類(lèi)型的狀態(tài)數(shù)據(jù)。而試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)由于添加頻繁且需要使用容器盛放，如果采用Hash類(lèi)型存儲(chǔ)，每添加一個(gè)新數(shù)據(jù)都需要取出容器對(duì)象、反序列化、添加新數(shù)據(jù)、序列化、更新，開(kāi)銷(xiāo)較大。因此采用List類(lèi)型存儲(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，每一個(gè)工位的一個(gè)被測(cè)物理量對(duì)應(yīng)一個(gè)鍵值對(duì)，Key為“設(shè)備ID-工位編號(hào)-變量名”，Value部分為L(zhǎng)ist對(duì)象，新的數(shù)據(jù)直接插入即可。為了防止內(nèi)存被占滿(mǎn)，需定時(shí)將舊的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，并從Redis中刪除。

2.2 遠(yuǎn)程控制與安全聯(lián)鎖

系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程啟?？刂乒δ?，通過(guò)點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕并輸入控制參數(shù)即可遠(yuǎn)程啟動(dòng)設(shè)備。首先用戶(hù)需要進(jìn)入想要控制的設(shè)備的監(jiān)控頁(yè)面，點(diǎn)擊按鈕將其控制模式切換為遠(yuǎn)程控制模式，然后在聯(lián)鎖條件滿(mǎn)足的條件下點(diǎn)擊啟動(dòng)或停止

表1 Redis存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

按鈕，Web應(yīng)用程序會(huì)生成一條固定格式的控制命令字符串。如果是啟動(dòng)命令，頁(yè)面會(huì)跳轉(zhuǎn)到該工位中的試品對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)輸入界面，用戶(hù)輸入試驗(yàn)參數(shù)后點(diǎn)擊提交，生成一條固定格式的試驗(yàn)參數(shù)字符串，生成的命令和參數(shù)經(jīng)數(shù)據(jù)交互程序發(fā)送給相應(yīng)設(shè)備，設(shè)備端監(jiān)控程序?qū)⒖刂泼詈涂刂茀?shù)解析后傳給其控制子程序執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

試驗(yàn)應(yīng)在滿(mǎn)足安全條件的情況下進(jìn)行，因此遠(yuǎn)程控制功能也需進(jìn)行安全聯(lián)鎖。一方面，設(shè)備端控制與遠(yuǎn)程控制需進(jìn)行互鎖，設(shè)備的控制模式為設(shè)備端控制時(shí)，監(jiān)控界面不顯示啟?？刂瓢粹o；另一方面，需要對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行前后端驗(yàn)證。在前端驗(yàn)證中，若不滿(mǎn)足試驗(yàn)條件，則將啟動(dòng)按鈕設(shè)為禁用狀態(tài)；后端驗(yàn)證中若不滿(mǎn)足試驗(yàn)條件，則點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕后重定向到當(dāng)前頁(yè)面，并顯示警告信息。

2.3 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新

本文采用Websocket技術(shù)和Redis發(fā)布訂閱模式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，WebSocket是HTML5提出的一項(xiàng)瀏覽器和服務(wù)器之間的通信協(xié)議，其本質(zhì)上是TCP連接，瀏覽器其和服務(wù)器可以利用該協(xié)議實(shí)現(xiàn)雙向通信，使B/S模式具備了C/S模式的實(shí)時(shí)通信能力。該方法與傳統(tǒng)的Ajax輪詢(xún)技術(shù)相比，避免了不必要的請(qǐng)求，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少，因此其資源消耗少、實(shí)時(shí)性強(qiáng)[8]。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新的具體流程為：客戶(hù)進(jìn)入包含動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的頁(yè)面時(shí)，客戶(hù)端通過(guò)javascript代碼與服務(wù)器建立WebSocket連接，并向服務(wù)器發(fā)送設(shè)備ID、工位編號(hào)等請(qǐng)求數(shù)據(jù)，服務(wù)器端的Web應(yīng)用程序接收請(qǐng)求數(shù)據(jù)后通過(guò)Redis發(fā)布訂閱將其發(fā)送給數(shù)據(jù)交互程序，并等待交互程序的數(shù)據(jù)，交互程序接收到請(qǐng)求數(shù)據(jù)后，對(duì)后續(xù)接收的設(shè)備端數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果與請(qǐng)求數(shù)據(jù)相關(guān)，則在將其保存到Redis緩存的同時(shí)，通過(guò)Redis發(fā)布訂閱發(fā)送給Web應(yīng)用程序，Web應(yīng)用程序接收到數(shù)據(jù)后通過(guò)Websocket發(fā)送給客戶(hù)端瀏覽器，瀏覽器接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)監(jiān)控頁(yè)面中的數(shù)據(jù)進(jìn)行局部刷新，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。這種更新方式實(shí)現(xiàn)了由設(shè)備端主動(dòng)向客戶(hù)端推送數(shù)據(jù)，設(shè)備狀態(tài)未發(fā)生變化或沒(méi)有新的試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生就不會(huì)有數(shù)據(jù)傳輸，最大程度上節(jié)省了系統(tǒng)資源和帶寬。

2.4 數(shù)據(jù)可視化

電器試驗(yàn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通常需要利用波形圖的形式對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示，通過(guò)對(duì)目前常用的幾款前端可視化插件進(jìn)行對(duì)比，本文選用ECharts實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，ECharts是一款基于HTML5的圖形庫(kù)，圖形創(chuàng)建簡(jiǎn)單、支持的圖形豐富[9]。其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1)引入JS文件:

2)準(zhǔn)備一個(gè)放置圖表的容器:

3)利用Ajax請(qǐng)求或WebSocket從后臺(tái)獲取數(shù)據(jù):

對(duì)于靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，只需在頁(yè)面加載完成后，進(jìn)行一次Ajax請(qǐng)求獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)；對(duì)于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，需與Web應(yīng)用程序建立WebSocket連接，獲取服務(wù)器端推送的新數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為試驗(yàn)是否已完成。

4)初始化圖表，設(shè)置參數(shù)，生成圖表:

var realtime_data_chart = echarts.init(document.getElementById("realtime_data")) //初始化圖表

option = {----}; //設(shè)置option屬性，將上一步獲取的后臺(tái)數(shù)據(jù)設(shè)置在option中

realtime_data_chart.setOption(option,true) //生成圖表

設(shè)置option屬性和生成圖表需放在上一步返回?cái)?shù)據(jù)之后的回調(diào)函數(shù)中，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)刷新效果。

3 系統(tǒng)測(cè)試

基于以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)控功能模塊進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試階段采用個(gè)人筆記本電腦上的Django框架自帶的輕量級(jí)Web服務(wù)器，其性能能夠滿(mǎn)足測(cè)試環(huán)境的需求。所監(jiān)控的對(duì)象是一臺(tái)脫扣器吸合釋放電壓測(cè)試設(shè)備，其設(shè)備端監(jiān)控系統(tǒng)界面和各工位如圖3和圖4所示。

圖3 設(shè)備端監(jiān)控系統(tǒng) 圖4 設(shè)備端工位

監(jiān)控主界面如圖5所示，按所在地和試驗(yàn)室對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢索后，頁(yè)面顯示相應(yīng)的設(shè)備列表，列表中包含設(shè)備類(lèi)型、啟停狀態(tài)，控制模式、聯(lián)鎖條件等信息。點(diǎn)擊運(yùn)行狀況進(jìn)入設(shè)備主界面，如圖6所示。在實(shí)時(shí)波形列點(diǎn)擊查看，即可查看設(shè)備實(shí)時(shí)采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖7所示，其橫坐標(biāo)由預(yù)設(shè)的試驗(yàn)次數(shù)決定，每進(jìn)行一次試驗(yàn)，試驗(yàn)曲線(xiàn)中動(dòng)態(tài)增加一組數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊試品列中的試品編號(hào)可查看試品的相關(guān)信息，包括基本信息、試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果，如圖8所示。點(diǎn)擊切換為遠(yuǎn)程控制，最右側(cè)會(huì)新增一列，用于對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程啟?？刂?。點(diǎn)擊開(kāi)啟后在跳轉(zhuǎn)的新頁(yè)面中輸入并提交控制參數(shù)，設(shè)備即按照設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行，同時(shí)開(kāi)啟按鈕變?yōu)橥Ｖ拱粹o。

測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)監(jiān)控模塊的各項(xiàng)功能運(yùn)行狀況良好，可實(shí)時(shí)地對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新過(guò)程無(wú)頁(yè)面刷新和卡頓，更新響應(yīng)時(shí)間小于0.5 s，表明本文所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)框架能夠在滿(mǎn)足基本監(jiān)控功能的同時(shí)，保證了較高的實(shí)時(shí)性，基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖5 設(shè)備監(jiān)控主頁(yè)面

圖6 設(shè)備運(yùn)行狀況頁(yè)面

圖7 實(shí)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖8 試品信息

4 總結(jié)

4.1 總結(jié)

為了解決低壓電器試驗(yàn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)信息集成和網(wǎng)絡(luò)化集中管理的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了低壓電器試驗(yàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟?？刂疲哂辛己玫娜藱C(jī)交互界面。在滿(mǎn)足以上基本功能的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)還具有以下優(yōu)勢(shì)：

1)通用性和可擴(kuò)展性好：本系統(tǒng)從設(shè)計(jì)之初就考慮到其通用、可擴(kuò)展的需求，對(duì)于不同類(lèi)型的設(shè)備和試驗(yàn)，分別建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)模型。因此系統(tǒng)對(duì)于開(kāi)發(fā)階段考慮在內(nèi)的不同類(lèi)型、不同地點(diǎn)的設(shè)備均適用，在開(kāi)發(fā)階段未考慮到的特殊設(shè)備，可以通過(guò)擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫(kù)的方式使其兼容，因此系統(tǒng)具有較高的可擴(kuò)展性。

2)易維護(hù)和管理：管理員可通過(guò)Django自帶的后臺(tái)管理模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，無(wú)需開(kāi)發(fā)額外的后臺(tái)管理軟件，這也是Django的優(yōu)勢(shì)之一[10]，新設(shè)備的添加可以通過(guò)后臺(tái)管理輕松完成。系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)也只需在服務(wù)器端進(jìn)行，對(duì)用戶(hù)的正常使用沒(méi)有影響，減少了系統(tǒng)維護(hù)人員的工作量。

3)易用性：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化且不受平臺(tái)限制，用戶(hù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端中的瀏覽器隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)，無(wú)需安裝專(zhuān)用的客戶(hù)端軟件，并利用Redis緩存、WebSocket技術(shù)和Redis共享內(nèi)存通信等方法減輕了因此帶來(lái)的實(shí)時(shí)性變差的問(wèn)題。

4)低成本：系統(tǒng)所采用的開(kāi)發(fā)環(huán)境均為免費(fèi)軟件，能夠大幅度降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用。此外，由于維護(hù)方便，系統(tǒng)在以后使用中的維護(hù)費(fèi)用也比較低。

4.2 展望

本系統(tǒng)的成功測(cè)試給電器試驗(yàn)設(shè)備通用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)提供了一個(gè)良好的開(kāi)端。遠(yuǎn)程監(jiān)控所涉及的內(nèi)容廣泛，由于時(shí)間和能力有限，很難對(duì)其中的每個(gè)細(xì)節(jié)做深入的研究，因此系統(tǒng)還存在諸多不足。在以后的工作中，需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善和充實(shí)。

數(shù)據(jù)庫(kù)模型需要進(jìn)一步完善和擴(kuò)充。電器試驗(yàn)設(shè)備種類(lèi)繁多，不同類(lèi)型的試驗(yàn)設(shè)備，其工位信息模型不同，不同類(lèi)型的試驗(yàn)，其試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果模型一般也不相同；同一類(lèi)型的試驗(yàn)設(shè)備由于生產(chǎn)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)理念或應(yīng)用場(chǎng)景的不同，也會(huì)存在差異。這可能導(dǎo)致試驗(yàn)設(shè)備與數(shù)據(jù)庫(kù)模型不匹配的情況出現(xiàn)，因此需要在今后的運(yùn)用過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)模型不斷進(jìn)行擴(kuò)充，以提高系統(tǒng)通用性。

建立和完善基于A(yíng)ctiveX控件的元件庫(kù)。目前該監(jiān)控系統(tǒng)尚未在元件庫(kù)中添加ActiveX控件，因此無(wú)法在網(wǎng)頁(yè)中動(dòng)態(tài)顯示試驗(yàn)主電路的狀態(tài)和試驗(yàn)過(guò)程。在以后的工作中需要建立和擴(kuò)充基于A(yíng)ctiveX控件的元件庫(kù)，在監(jiān)控頁(yè)面中嵌入ActiveX控件來(lái)顯示主電路的單線(xiàn)模擬線(xiàn)路圖，以實(shí)現(xiàn)其試驗(yàn)過(guò)程的可視化。這也是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，需要在以后的實(shí)際應(yīng)用中逐步擴(kuò)充元件庫(kù)。

添加手動(dòng)控制功能。電器試驗(yàn)設(shè)備上位監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能通常都包含手動(dòng)控制，因此在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中也不應(yīng)缺失此功能。開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程手動(dòng)控制功能之前，應(yīng)先保證元件庫(kù)中有相應(yīng)的元件，并且能夠動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)主電路的狀態(tài)。