基于Silverlight和WCF技術(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖形展示系統(tǒng)研究

安 磊，吳英俊，黃昕穎，黃俊惠

（1.寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315010；2.華北電力大學(xué)，北京 102206；3.寶迅信息技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315020）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)改革和電力企業(yè)信息化進(jìn)程的不斷深入，供電企業(yè)對(duì)生產(chǎn)中的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)提出了更高的需求。在實(shí)施狀態(tài)檢修、負(fù)荷監(jiān)測(cè)、運(yùn)行優(yōu)化等生產(chǎn)操作時(shí)，都需要了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況，并盡可能完整地將生產(chǎn)過(guò)程記錄保存下來(lái)。PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為管控一體化的橋梁，不但在生產(chǎn)監(jiān)測(cè)上發(fā)揮了重要作用，管理部門(mén)也可以通過(guò)PI數(shù)據(jù)庫(kù)獲取歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析過(guò)程歷史數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)、提高效率。

寧波電業(yè)局是浙江省電力公司的PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目試點(diǎn)單位，于2005年啟動(dòng)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，接入了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、蓄電池監(jiān)測(cè)、負(fù)荷監(jiān)控等多個(gè)系統(tǒng)，積累了覆蓋整個(gè)寧波地區(qū)的、豐富的電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，有效利用這些數(shù)據(jù)將有利于企業(yè)進(jìn)一步的精益化管理。

1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及問(wèn)題

雖然PI數(shù)據(jù)庫(kù)中積累了大量的電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，但要讓這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生效益還需要進(jìn)行加工，從數(shù)據(jù)中提煉信息供運(yùn)行管理人員使用，作決策參考。目前使用最多的形式是統(tǒng)計(jì)報(bào)表，業(yè)務(wù)人員通過(guò)PI數(shù)據(jù)庫(kù)提供的基于Excel的客戶端工具，取出實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，按照一定的要求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，制作成各種報(bào)表，如電壓合格率報(bào)表、電容投切統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，這些報(bào)表一般可作為歷史統(tǒng)計(jì)、事后分析、管理考核的依據(jù)。報(bào)表數(shù)據(jù)詳盡，但是不夠直觀，雖然可以利用Excel的圖表功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖形繪制，但是共享卻十分不方便。

在線監(jiān)測(cè)也是目前應(yīng)用較多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使用方式。利用PI數(shù)據(jù)庫(kù)提供的客戶端工具Process-Book制作各種監(jiān)測(cè)圖，具有實(shí)時(shí)更新功能，可以作為運(yùn)行人員的監(jiān)測(cè)手段在本機(jī)使用。如果要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行應(yīng)用，用戶必須安裝ActiveView插件，并正確配置PI系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，而且Active View還要符合ProcessBook的版本要求，否則也無(wú)法通過(guò)Web方式查看。目前在企業(yè)內(nèi)以Web方式進(jìn)行信息交流已成為主流，通過(guò)ProcessBook制作實(shí)時(shí)圖形應(yīng)用的方式已經(jīng)不能適應(yīng)信息化建設(shè)的要求。

鑒于此，本文提出利用微軟公司發(fā)布的Silverlight技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線圖形展示，包含“棒圖”、“趨勢(shì)圖”、“儀表圖”和“值圖”等常用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示圖形控件和在線圖形編輯器，實(shí)現(xiàn)免安裝配置PI運(yùn)行環(huán)境就可以利用PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)制作圖形應(yīng)用，并且方便共享和在線展示，不但解決了傳統(tǒng)圖形的諸多問(wèn)題，其包含的獨(dú)立圖形控件亦可以供其他系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)使用，節(jié)約成本、提高效率。

2 Silverlight和WCF技術(shù)簡(jiǎn)介

Silverlight是微軟公司在.net Framework平臺(tái)上新開(kāi)發(fā)的跨平臺(tái)、跨瀏覽器插件技術(shù)，主要用于創(chuàng)建和分發(fā)用于Web和移動(dòng)設(shè)備的下一代多媒體應(yīng)用，具有豐富的交互式應(yīng)用程序，尤其適合圖形展示應(yīng)用。

WCF是微軟公司為構(gòu)建面向服務(wù)的應(yīng)用提供的分布式通信編程框架，建立在基于消息通信的概念基礎(chǔ)之上，可以在不同傳輸機(jī)制間提供統(tǒng)一的API（應(yīng)用程序接口）。針對(duì)PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)私有的數(shù)據(jù)獲取協(xié)議的情況，要實(shí)現(xiàn)用戶免安裝配置即可使用PI數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，WCF為基于Web的圖形與PI的數(shù)據(jù)通信提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通道。

3 系統(tǒng)基本功能及實(shí)現(xiàn)

3.1 基本功能

為了滿足業(yè)務(wù)人員對(duì)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖形展示的要求，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖形展示系統(tǒng)必須具備以下基本功能：

（1）靈活多樣的數(shù)據(jù)展示手段。業(yè)務(wù)人員常用的圖形分為“棒圖”、 “值圖”、 “儀表圖”、 “趨勢(shì)圖”等，前3種分別通過(guò)柱形圖、指針儀表和數(shù)值等不同形式展示了一個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)在指定時(shí)刻的數(shù)值，便于用戶查看數(shù)值的大小以及判斷是否符合要求。“趨勢(shì)圖”則用來(lái)展示一段時(shí)間內(nèi)的多個(gè)數(shù)據(jù)，通過(guò)曲線的方式表明測(cè)量點(diǎn)的數(shù)值變化趨勢(shì)，供業(yè)務(wù)人員分析生產(chǎn)運(yùn)行趨勢(shì)，或通過(guò)在同一張“趨勢(shì)圖”中繪制多條曲線，從而比較、分析不同測(cè)量點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)或?qū)Ρ汝P(guān)系。

根據(jù)圖形復(fù)用的要求，系統(tǒng)將這些圖形包裝為Silverlight圖形控件，其他系統(tǒng)可以利用Silverlight編輯環(huán)境使用這些圖形控件。這些圖形控件通過(guò)WCF技術(shù)可以“主動(dòng)”、不斷地從PI數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，也可“被動(dòng)”地接受用戶提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，還可以根據(jù)用戶的輸入調(diào)整背景色、大小等外觀。

（2）方便進(jìn)行圖形的編輯。普通的業(yè)務(wù)人員并不熟悉Silverlight編輯環(huán)境，要利用這些圖形控件十分不方便，因此實(shí)時(shí)圖形展示系統(tǒng)須為普通業(yè)務(wù)人員提供在線圖形編輯器。用戶只需要打開(kāi)瀏覽器，進(jìn)入實(shí)時(shí)圖形編輯器，即可建立個(gè)性化的實(shí)時(shí)圖形應(yīng)用，并向應(yīng)用添加、刪除、修改各種圖形，還可以進(jìn)行移動(dòng)、縮放等操作，設(shè)置圖形控件及編輯器自身的屬性，并將各種圖形控件的屬性和整個(gè)編輯器自身的屬性存入數(shù)據(jù)庫(kù)。在下次使用時(shí)，用戶通過(guò)選取上次保存的記錄，軟件調(diào)用WCF服務(wù)將數(shù)據(jù)傳輸至Silverlight應(yīng)用程序，使其在瀏覽器中自動(dòng)生成相應(yīng)的圖形應(yīng)用界面，還原前次的編輯結(jié)果。用戶也可以在編輯器中通過(guò)共享模式的設(shè)置來(lái)設(shè)定是否允許其它用戶查看甚至修改編輯好的圖形應(yīng)用。實(shí)時(shí)圖形編輯器效果圖見(jiàn)圖1。

圖1 圖形控件及編輯器演示

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

整套系統(tǒng)使用Visual Studio 2008 Team System作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以Visual C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，SQL Service 2005作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，利用PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)應(yīng)用情況分為圖形控件和編輯器兩大模塊，既可聯(lián)合應(yīng)用也可獨(dú)立使用。

圖形控件采用表現(xiàn)層、WCF服務(wù)接口、編輯器接口和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。Silverlight應(yīng)用程序根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)繪制圖形控件及其內(nèi)容，響應(yīng)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等用戶操作進(jìn)行交互，并作為系統(tǒng)表現(xiàn)層在客戶端瀏覽器中運(yùn)行。WCF服務(wù)接口定義了客戶端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)通信的地址，基于HTTP的通信協(xié)議、異步數(shù)據(jù)操作方法，實(shí)現(xiàn)了部署于服務(wù)器的PISDK獲取PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行于客戶端瀏覽器的Silverlight程序進(jìn)行展示的異步數(shù)據(jù)通信。編輯器接口引用了編輯器定義的方法，用于圖形控件在被編輯器使用時(shí)響應(yīng)編輯器發(fā)出的“縮放”、“序列化”、“反序列化”等操作指令，實(shí)現(xiàn)了控件與編輯器聯(lián)合使用交互功能。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層用來(lái)接收處理控件接收到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以是通過(guò)WCF主動(dòng)連續(xù)定時(shí)獲取的，也可以是其它應(yīng)用程序直接向數(shù)據(jù)訪問(wèn)層發(fā)送的。這樣圖形控件就能被其它Silverlight應(yīng)用程序通過(guò)類似Windows標(biāo)準(zhǔn)控件的方法來(lái)使用，便于二次開(kāi)發(fā)。

圖形控件編輯器的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)與圖形控件一致，分為4層結(jié)構(gòu)，分別如圖2、圖3所示。不同的是編輯器的WCF服務(wù)在服務(wù)器端，不訪問(wèn)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，而是與SQL Service 2005后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)交互。SQL Service 2005后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)保存、修改、刪除使用編輯器的人員信息和用戶自定義的圖形應(yīng)用記錄。編輯器接口定義了各種方法用來(lái)向圖形控件發(fā)出編輯器獲取的各種用戶操作，由用戶控件完成指令反饋結(jié)果。由于接口方法由編輯器統(tǒng)一定義，控件只需實(shí)現(xiàn)即可，大大方便了編輯器使用新的圖形控件，而無(wú)需修改編輯器。

圖2 圖形控件架構(gòu)

圖3 圖形編輯器架構(gòu)

4 系統(tǒng)應(yīng)用

圖形展示系統(tǒng)包括WCF服務(wù)、SQL Service 2005后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，均部署于后臺(tái)服務(wù)器。用戶在電力系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)通過(guò)瀏覽器即可訪問(wèn)。系統(tǒng)為用戶提供了如下服務(wù)：

（1）多用戶可同時(shí)通過(guò)瀏覽器加載應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)添加、刪除、修改、移動(dòng)、縮放等功能，編輯獨(dú)立的圖形并加以保存。再次使用時(shí)可根據(jù)權(quán)限查看和修改自己或他人的圖形應(yīng)用，達(dá)到應(yīng)用再現(xiàn)和數(shù)據(jù)共享。

（2）多個(gè)圖形應(yīng)用中的圖形控件通過(guò)WCF技術(shù)可同時(shí)獲取不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，相互獨(dú)立、互不影響，保證數(shù)據(jù)的安全性。

（3）圖形控件可拆分應(yīng)用于其它項(xiàng)目，用于特定的數(shù)據(jù)展示，并不局限于PI數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，靈活方便。圖4、圖5均是控件在其它項(xiàng)目中單獨(dú)應(yīng)用的效果。

圖4 圖形控件在無(wú)功補(bǔ)償項(xiàng)目應(yīng)用（局部）

圖5 圖形控件在超載模塊應(yīng)用（局部）

利用上述功能，寧波電業(yè)局開(kāi)發(fā)了“主變壓器及線路超載分析”、“鎮(zhèn)海配電變壓器及無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)”和“鎮(zhèn)海SCADA電量及ERTU電量對(duì)比分析圖”等多個(gè)應(yīng)用，用戶可快速方便地查詢PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，并且實(shí)現(xiàn)了多用戶環(huán)境下的電網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)的展現(xiàn)更加美觀友善，數(shù)據(jù)傳輸更加安全快速。

5 結(jié)語(yǔ)

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖形展示系統(tǒng)采用Silverlight技術(shù)，利用WCF技術(shù)建立數(shù)據(jù)通道，滿足了電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行中對(duì)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)在線圖形化應(yīng)用的需求，解決了多用戶環(huán)境下數(shù)據(jù)共享困難、PI應(yīng)用環(huán)境配置復(fù)雜等問(wèn)題，提高了用戶的工作效率，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

系統(tǒng)中的圖形控件還能被其它項(xiàng)目靈活應(yīng)用，方便開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本。

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