基于WebAccess和Java的多種可再生能源互補(bǔ)供能顯控系統(tǒng)*

趙 爽，溫建武，鮑旭升

(國(guó)睿集團(tuán)有限公司， 江蘇 南京 210019)

基于WebAccess和Java的多種可再生能源互補(bǔ)供能顯控系統(tǒng)*

趙 爽，溫建武，鮑旭升

(國(guó)睿集團(tuán)有限公司， 江蘇 南京 210019)

多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)是綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)、信息采集與發(fā)布、異步分布解耦合中間件及其集成應(yīng)用的展示平臺(tái)。傳統(tǒng)方式的平臺(tái)只能簡(jiǎn)單地監(jiān)控硬件系統(tǒng)的運(yùn)行情況，這種方式缺少很多功能,無(wú)法滿足智能控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能預(yù)警、大數(shù)據(jù)分析等需求。為了實(shí)現(xiàn)該平臺(tái)的智能化控制與運(yùn)行以及專家決策系統(tǒng)、生物質(zhì)能系統(tǒng)、小型風(fēng)能系統(tǒng)等一系列應(yīng)用系統(tǒng)的交互使用,本應(yīng)用平臺(tái)采用WebAccess和Java相結(jié)合的方式,可以使系統(tǒng)的智能化程度更高、平臺(tái)的功能更強(qiáng)大、操作更高效靈活、用戶交互使用更方便。

多種可再生能源；展示平臺(tái)；顯控系統(tǒng)

引 言

多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)支撐平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸、無(wú)線傳感技術(shù)和SOA框架，研制多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)的原型，包括綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)、信息采集與發(fā)布和異步分布解耦合中間件，構(gòu)建面向多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)交互以及數(shù)據(jù)展示。該平臺(tái)的建立將從系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)、資源管理以及應(yīng)用管理等多層面推動(dòng)多種互補(bǔ)供能系統(tǒng)集成示范平臺(tái)及其支撐平臺(tái)的建設(shè)和服務(wù)水平。

傳統(tǒng)的多種互補(bǔ)供能系統(tǒng)是在硬件系統(tǒng)上附帶1 個(gè)簡(jiǎn)易軟件，監(jiān)控硬件系統(tǒng)的運(yùn)行情況。但這種方式缺少大數(shù)據(jù)分析，不能得出各種能源的消耗情況，不具有對(duì)比分析功能，也不能進(jìn)行智能控制和智能預(yù)測(cè)，更不能執(zhí)行高效、節(jié)能的管理策略。所以，研制多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)支撐平臺(tái)具有很重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。由于多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)支撐平臺(tái)邏輯復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，為提高科研人員分析數(shù)據(jù)的便捷性和管理人員的工作效率，可以利用現(xiàn)代化信息通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)控制、智能趨勢(shì)預(yù)測(cè)等功能。

1 顯控系統(tǒng)的組成

多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)支撐平臺(tái)顯控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖包括對(duì)外接口轉(zhuǎn)換板、副顯示器、主顯示器、可編程觸摸鍵盤(pán)、操縱桿、帶保護(hù)裝置鍵盤(pán)、用戶區(qū)、數(shù)字小鍵盤(pán)和電子機(jī)箱單元組成。其中，副顯示器為組態(tài)軟件的調(diào)試、操作、顯示界面；主顯示器為上層應(yīng)用平臺(tái)的操作、顯示界面，如圖1所示。

圖1 顯控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 組態(tài)軟件

傳統(tǒng)的工控系統(tǒng)軟件存在開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、可靠性差等缺點(diǎn)。特別是有的軟件需要購(gòu)買專用的工控系統(tǒng)，而專用的系統(tǒng)通常是1 個(gè)封閉的系統(tǒng)，可以選擇的余地很小，無(wú)法滿足更高的要求，并且很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、升級(jí)和擴(kuò)展。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，組態(tài)軟件的出現(xiàn)把用戶從上述一系列困境中解脫出來(lái)，利用組態(tài)軟件的功能，可以構(gòu)建一套最適合的應(yīng)用軟件。

2.1 WebAccess

研華的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件WebAccess是基于瀏覽器的人機(jī)界面(HMI)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集(SCADA)的軟件，它可用于在復(fù)雜工業(yè)過(guò)程下的遠(yuǎn)程操作。所有功能可用普通瀏覽器在傳統(tǒng)的人機(jī)界面和SCADA軟件包中查看，包括動(dòng)畫(huà)圖形顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制、趨勢(shì)、警報(bào)和日志。

經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐，采用的研華WebAccess組態(tài)軟件的穩(wěn)定性、可靠性已經(jīng)得到了驗(yàn)證，用它來(lái)做采集和控制的接口，代替自己開(kāi)發(fā)的中間件，極大地減少了人員成本和維護(hù)成本。

2.2 應(yīng)用

本應(yīng)用軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)易操作和維護(hù)、可擴(kuò)展性好，能滿足系統(tǒng)采集、運(yùn)算、控制、顯示、報(bào)警、存儲(chǔ)、打印等功能要求。上位機(jī)主要軟件采用先進(jìn)實(shí)用且完全基于Web平臺(tái)人機(jī)界面的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件和安全可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)(SQL Server)軟件。

本上位機(jī)軟件具有監(jiān)控和管理2大功能,由運(yùn)行監(jiān)測(cè)、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)、資料管理等模塊組成。首先從設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)中采集的各個(gè)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)解析、整理存入SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，以用戶需要的方式展現(xiàn)給用戶。我們以動(dòng)畫(huà)的方式展現(xiàn)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行效能。如：采集系統(tǒng)中某臺(tái)太陽(yáng)能熱水器每分鐘的進(jìn)水口溫度、出水口溫度及水量，將它們展現(xiàn)在界面上并統(tǒng)計(jì)計(jì)算出在不同陽(yáng)光輻照情況下每天的產(chǎn)熱量即節(jié)能狀況，從而得出整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效益。

2.3 硬件接口

通用組態(tài)軟件硬件接口一般是由功能模塊、網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)管理等部分組成，具有實(shí)時(shí)多任務(wù)、全數(shù)字化通信以及很強(qiáng)的適應(yīng)性和可維護(hù)性等特點(diǎn)。

該平臺(tái)的硬件控制對(duì)象包括各種控制設(shè)備、總線設(shè)備、帶通訊接口的采集設(shè)備、儀器儀表以及帶接口的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、變頻器，帶通訊接口的小型的新型能源設(shè)備等。為了使系統(tǒng)正常工作，在硬件接口上有如下幾方面的設(shè)計(jì)：

1)數(shù)據(jù)采集方面：采用多端口掃描，讀寫(xiě)硬件I/O利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行個(gè)性化定制，對(duì)同一個(gè)端口采用不同的通訊協(xié)議。

2)通訊控制方面：包括通信協(xié)議的制定，發(fā)送、接收控制的協(xié)議、頻率、格式、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式等。

通過(guò)這種系統(tǒng)硬件組態(tài)的方法，使組態(tài)軟件和下層硬件更好地耦合，可以很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制方案，調(diào)試過(guò)程更直觀、簡(jiǎn)便。

3 上層平臺(tái)軟件

3.1 平臺(tái)軟件的優(yōu)勢(shì)

針對(duì)多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)支撐平臺(tái)的多種互補(bǔ)供能軟件系統(tǒng)，主要是為了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)軟件所不具備的一些功能。我們的軟件系統(tǒng)不僅可以高效管理硬件系統(tǒng)日常供能，還能提供各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)幫助研究人員進(jìn)行科學(xué)研究、驗(yàn)證研究成果。新舊軟件系統(tǒng)功能對(duì)比見(jiàn)表1。

3.2 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)特點(diǎn)

3.2.1 采用Java

Java是當(dāng)前比較流行的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，使用人數(shù)眾多，分布比較廣泛，以此開(kāi)發(fā)有利于后期的維護(hù)。

由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量非常大，后期可擴(kuò)展的功能非常多，后續(xù)會(huì)向Linux服務(wù)器遷移。Java 正是以開(kāi)源、跨平臺(tái)的特點(diǎn)著稱，所以用Java非常適合[1]。

3.2.2 采用Web方式

Web方式的優(yōu)點(diǎn)是客戶端基本不用配置,只要網(wǎng)絡(luò)暢通即可使用,可以方便地滿足多用戶登錄和后期復(fù)雜的權(quán)限管理擴(kuò)展，對(duì)于用戶使用來(lái)講是一個(gè)很好的選擇[2]。

表1 新舊軟件系統(tǒng)功能對(duì)比

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)

該平臺(tái)使用MySql 5.5、SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)中間軟件將SQL Server 2008的數(shù)據(jù)整合到MySql，以便為后臺(tái)提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)源。MySql為平臺(tái)的直接數(shù)據(jù)源，SQL Server 2008 為第三方硬件設(shè)備存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.4 功能模塊組織結(jié)構(gòu)

上層軟件功能模塊組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 上層軟件功能模塊組織結(jié)構(gòu)圖

3.5 平臺(tái)架構(gòu)

本平臺(tái)采用MVC架構(gòu)[3]，使用Spring + Struts + mybaits 模型，如圖3所示。

圖3 平臺(tái)架構(gòu)圖

4 主要應(yīng)用與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)最重要的功能是根據(jù)給出的各種能耗公式，計(jì)算出實(shí)際能耗結(jié)果，并進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)把結(jié)果展示給用戶，幫助用戶制定管理策略。

4.1 客戶端能耗圖表生成過(guò)程

由于能耗相關(guān)的數(shù)據(jù)種類繁多，主要來(lái)自氣象數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)采集是由采集設(shè)備的原始數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)化生成，考慮到2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)操作共同點(diǎn)比較多，所以定義了統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，同時(shí)后臺(tái)定義了圖表展示類，前臺(tái)定義了圖表展示共用的JavaScript腳本方法[4]。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖4所示。

圖4 能耗生成過(guò)程表

4.2 能耗數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程

能耗公式大體分2 類：

(1)同時(shí)刻數(shù)據(jù)之間的計(jì)算以及與上一分鐘數(shù)據(jù)的計(jì)算

R= 0.001×4.2×(Lj+1-Lj)×(Toutj-Tbotj)

式中：R為空氣源熱泵的熱量；Lj為4樓當(dāng)前時(shí)刻流量計(jì)讀數(shù)；Lj+1為4樓下一時(shí)刻的流量計(jì)讀數(shù)；Toutj為熱泵出水口溫度；Tbotj表示水箱下部溫度。

(2)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間比較長(zhǎng)(一般為24 h左右)

Q= [(Drfj+1-Drfj)/100+(Drsj+1-Drsj)/100+

(Dctj+1-Dctj)/100+(Dcfoj+1-Dcfoj)/100+

(Dcfij+1-Dcfij)/100+(Dsj+1-Dsj)×0.8+

(Dhj+1-Dhj)/100+(Dbj+1-Dbj)/100]×3.6×0.95×r

式中：Q表示總耗電量計(jì)算；Ds表示1號(hào)電加棒電表讀數(shù)；Dh表示學(xué)生宿舍熱水供水泵電表讀數(shù)；Db表示回水循環(huán)泵電表讀數(shù)；Drf表示食堂1層電表讀數(shù)；Drs表示食堂2層電表讀數(shù)；Dct表示太陽(yáng)能單元系統(tǒng)3號(hào)宿舍電表讀數(shù)；Dcfo表示太陽(yáng)能單元系統(tǒng)4號(hào)宿舍電表讀數(shù)；Dcfi表示太陽(yáng)能單元系統(tǒng)5號(hào)宿舍電表讀數(shù)；r為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

實(shí)現(xiàn)方法：如果在生成統(tǒng)計(jì)圖表時(shí)計(jì)算，數(shù)據(jù)量大，計(jì)算速度慢，會(huì)給服務(wù)器造成很大的壓力，所以應(yīng)該把計(jì)算壓力分散到每次數(shù)據(jù)插入時(shí)[5]。

按分鐘計(jì)算：給數(shù)據(jù)庫(kù)加觸發(fā)器，每次插入時(shí)，需要查關(guān)聯(lián)的此刻數(shù)據(jù)并與上一分鐘數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果保存到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的能耗數(shù)據(jù)處理表里。按天或更長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算：給數(shù)據(jù)庫(kù)加計(jì)劃，如每天23:50分計(jì)算，查詢昨天晚上離此刻最近的數(shù)據(jù)和此刻時(shí)間的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果保存到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的能耗數(shù)據(jù)處理表里。

4.3 智能控制過(guò)程

本系統(tǒng)的智能控制是根據(jù)控制策略控制服務(wù)，判斷觸發(fā)條件，動(dòng)態(tài)地進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的過(guò)程。控制策略的制訂由專家決策模塊負(fù)責(zé)管理，同時(shí)該模塊還負(fù)責(zé)能效公式的添加和修改。

為了安全起見(jiàn)，系統(tǒng)子模塊的控制不能超越整體系統(tǒng)的最低限制，如系統(tǒng)的某部分關(guān)閉熱水供應(yīng)后，該部分所有模塊的自動(dòng)熱水控制將失效。過(guò)程如圖5所示。

圖5 智能控制

5 結(jié)束語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)多種可再生能源互補(bǔ)供能系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)的智能控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能預(yù)警、大數(shù)據(jù)分析等一系列功能，通過(guò)引入WebAccess和Java相結(jié)合的形式，使數(shù)據(jù)傳輸、處理、計(jì)算、顯示更迅速、更方便、更有效，用戶的操作感更清晰、更直接。

[1] 王飛劍, 羅義兵, 郝香山. 基于B/S結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)空間信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2009, 30(8): 2034-2039.

[2] 鄢愛(ài)蘭, 鹿江春. 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)程應(yīng)用研究[J]. 南華大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 20(2): 100-102.

[3] ECKEL B . Java編程思想[M]. 陳昊, 譯. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007: 169-186, 525-539.

[4] 張南平, 朱富利. 基于MVC模式的Struts框架的研究與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2006, 16(3): 229-231, 234.

[5] 周楊. AJAX應(yīng)用的典型設(shè)計(jì)模式[J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用, 2011, 20(1): 128-132.

趙 爽(1981-)，女，工程師，主要從事信息化平臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作。

溫建武(1987-)，男，主要從事計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)信息化上的應(yīng)用。

鮑旭升(1963-)，男，高級(jí)工程師，主要從事信息化平臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

Multiple Renewable Complementary Energy Display and Control System Based on WebAccess and Java

ZHAO Shuang，WEN Jian-wu，BAO Xu-sheng

(GlarunGroupCo.,Ltd.,Nanjing210019,China)

Multiple renewable complementary energy system is composed of integrated application database, information collection and release, step distribution decoupled middleware and integrated display platform. Traditional platform can only monitor the operation of hardware system, this method can not meet the needs of intelligent control, real-time monitoring, intelligent warning and big data analysis. In order to realize intelligent control and operation of the platform and interactive use of a series of application systems such as expert decision system, biomass energy system and small wind energy system, the application platform uses WebAccess and Java combination, making the system more intelligent, more powerful, more efficient, more flexible, and easier to use.

multiple renewable energy; display platform; display and control system

2016-10-18

國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014BAJ01B06-04)

TQ436+.6

A

1008-5300(2017)02-0061-04