制漿造紙廠照明系統(tǒng)的Web應(yīng)用

羅喜

中國輕工業(yè)長沙工程有限公司 湖南長沙 410114

傳統(tǒng)的制漿造紙廠照明系統(tǒng)，大多依靠DCS兼顧照明的體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制，雖然滿足了工廠生產(chǎn)的基本需要，或僅能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單遠(yuǎn)程集中控制，與真正的信息化和智能化還有很大的差距，且數(shù)據(jù)展示形式相對(duì)單一?；贐/S的Web技術(shù)在工業(yè)照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，用戶可以借助瀏覽器，就可以對(duì)照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，提高了工業(yè)照明系統(tǒng)的時(shí)效性和控制靈活性，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的工業(yè)4．0發(fā)展。因此，研究分析照明控制系統(tǒng)中Web應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 Web技術(shù)在工業(yè)照明系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 DCS兼顧控制與B/S結(jié)構(gòu)對(duì)比

DCS控制結(jié)構(gòu)下，用戶利用DCS向服務(wù)器發(fā)出操作請(qǐng)求，由服務(wù)器將相關(guān)指令發(fā)送至MCC執(zhí)行命令，并將最終的數(shù)據(jù)結(jié)果返回至DCS。而B/S結(jié)構(gòu)，是對(duì)DCS結(jié)構(gòu)進(jìn)行了升級(jí)改造，基于B/S結(jié)構(gòu)下，用戶無需安裝應(yīng)用程序，直接借助Web瀏覽器即可完成數(shù)據(jù)的訪問，大部分?jǐn)?shù)據(jù)均是由服務(wù)器來進(jìn)行處理，減少占用DCS的處理流程。主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，用戶通過在瀏覽器的地址欄中輸入訪問地址，利用DNS解析后，建立與對(duì)應(yīng)服務(wù)器的HTTP連接，并完成相關(guān)數(shù)據(jù)的處理，并將處理結(jié)果返回至客戶端。

圖1 B/S架構(gòu)示意圖

相比較傳統(tǒng)的DCS架構(gòu)，在制漿造紙廠照明控制中采用基于B/S架構(gòu)的Web具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）分布性。用戶不受DCS服務(wù)器位置的限制，只需要通過Web瀏覽器就可以完成對(duì)工業(yè)照明系統(tǒng)的查詢、瀏覽以及控制等操作，不受到時(shí)間、地點(diǎn)、空間的限制。

（2）便捷性。在B/S架構(gòu)模式下，工業(yè)照明控制系統(tǒng)的升級(jí)、維護(hù)工作都可以在服務(wù)器上完成，無需對(duì)客戶端進(jìn)行升級(jí)，簡(jiǎn)化了檢修維護(hù)的步驟和成本。

（3）信息顯示的多樣性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，Web頁面所呈現(xiàn)的信息也愈發(fā)的多樣化，尤其是利用可視化的圖標(biāo)技術(shù)，進(jìn)一步提高了工業(yè)照明控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的多元化[1]。

1.2 數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)

基于Web的工業(yè)照明控制系統(tǒng)當(dāng)中，所有的應(yīng)用程序都需要與數(shù)據(jù)庫建立連接，才能完成數(shù)據(jù)之間的訪問，都離不開數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)的支持。以目前流行的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)而言，大多為OLEDB數(shù)據(jù)庫接口、ODBC數(shù)據(jù)庫接口、JDBC數(shù)據(jù)庫接口技術(shù)等。其中JDBC技術(shù)利用了JAVAAPI實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫之間的連接，利用該項(xiàng)技術(shù)可以完成與各種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之間的訪問，具有操作簡(jiǎn)單、構(gòu)件SQL靈活性高等優(yōu)勢(shì)。

1.3 Web的優(yōu)勢(shì)

（1）頁面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)刷新。常見的Web頁面實(shí)時(shí)刷新技術(shù)主要由Ajax和WebSocket技術(shù)，可以對(duì)工業(yè)照明系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。前者通過以固定的間隔時(shí)間向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，完成了客戶端與數(shù)據(jù)庫端的數(shù)據(jù)同步；后者則是通過與服務(wù)器建立全雙工通信聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了無論何時(shí)、何地都能實(shí)現(xiàn)信息的相互推送，減少了客戶端向服務(wù)器端發(fā)起連接請(qǐng)求的睦州，顯著的提高了頁面實(shí)時(shí)刷新效率[2]。

（2）多維度可視化顯示。在制漿造紙廠照明控制系統(tǒng)當(dāng)中，為了更加直觀、形象的展示現(xiàn)場(chǎng)照明設(shè)備的運(yùn)行情況及照明效果，可以利用數(shù)據(jù)圖形化的手段，為相關(guān)工作者提供可視化的數(shù)據(jù)，幫助其更加直觀的了解現(xiàn)場(chǎng)照明效果，提高工業(yè)照明控制系統(tǒng)的控制精度。

2 在制漿造紙廠照明控制系統(tǒng)中Web的應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1 控制方案設(shè)計(jì)

根據(jù)典型B/S架構(gòu)，在現(xiàn)有DCS架構(gòu)的基礎(chǔ)上，搭建基于Web的工業(yè)照明控制系統(tǒng)，依靠Web服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)用戶的交互功能、數(shù)據(jù)展示功能等。原有的DCS架構(gòu)工業(yè)照明控制系統(tǒng)的控制中心，無需再對(duì)客戶端的交互請(qǐng)求進(jìn)行處理，只需要與底層的數(shù)據(jù)完成交互即可，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是由客戶端、監(jiān)控中心以及照明控制器等三部分組成，如圖2所示。

圖2 基于Web的工業(yè)照明系統(tǒng)的整體框架

該系統(tǒng)中，人機(jī)接口由瀏覽器來完成，是客戶與整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互的主要界面，瀏覽器展示了照明控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，用戶可以參考有關(guān)數(shù)據(jù)，完成對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。Web服務(wù)器則是來完成用戶的請(qǐng)求信息的處理，通過與客戶端、數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，來完成相關(guān)參數(shù)的控制。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器包括了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫以及歷史數(shù)據(jù)庫，前者主要是包括一些實(shí)時(shí)的交互數(shù)據(jù)以及控制隊(duì)列等信息，而后者則主要包括用戶賬號(hào)的信息管理以及照明控制器的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

2.2 照明控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

（1）用戶權(quán)限管理。傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)的操作人員一般為工藝人員，且人數(shù)較多?；赪eb的照明系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需求，對(duì)不同的角色分配相對(duì)應(yīng)的操作權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)權(quán)限的管理。例如對(duì)于管理人員可以擁有人員權(quán)限管理的功能，可以對(duì)企業(yè)的相關(guān)工作人員進(jìn)行權(quán)限授予、添加、刪除等操作。同時(shí)在整個(gè)照明控制系統(tǒng)的登錄界面，可以根據(jù)用戶的賬號(hào)信息，識(shí)別用戶角色，并展示相對(duì)應(yīng)的操作頁面。

（2）能耗報(bào)表功能。工業(yè)照明控制系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的照明能耗進(jìn)行整理分析，以柱狀圖、直線圖等形式，為用戶展現(xiàn)照明控制系統(tǒng)的日、月、年報(bào)表能耗狀態(tài)。用戶只需要選擇相對(duì)應(yīng)的時(shí)間段、設(shè)備地址以及參數(shù)類型，就可以調(diào)取相對(duì)應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)，來對(duì)工業(yè)照明系統(tǒng)不同地點(diǎn)、不同時(shí)間的能耗進(jìn)行分析，為大數(shù)據(jù)分析及節(jié)能提供依據(jù)。

（3）遠(yuǎn)程控制功能。用戶只需要登錄瀏覽器就可以利用參數(shù)配置頁面對(duì)整個(gè)照明控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，如實(shí)現(xiàn)定時(shí)的開關(guān)、控制制漿造紙車間照度等。此外，用戶也可以通過對(duì)運(yùn)行參數(shù)信息的修改，來發(fā)出控制指令，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

（4）記錄及報(bào)警功能。當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行過程中部分照明部分出線問題，如部分燈具持續(xù)能耗偏高時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所檢測(cè)到的異常數(shù)據(jù)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒維護(hù)人員處理故障燈具或零部件。多個(gè)故障同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)故障信息的不同程度來分級(jí)提醒，便于相關(guān)工作者優(yōu)先處理級(jí)別最高的故障，同時(shí)記錄故障類型。

2.3 控制系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建

（1）系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。本照明控制系統(tǒng)計(jì)劃采用MyEclipse+Maven的組合對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，前者屬于JAVAWeb集成開發(fā)系統(tǒng)，可以完成相關(guān)代碼的編寫、調(diào)試和部署等操作。后者作為管理和整合工具，有助于提高工業(yè)照明控制系統(tǒng)的搭建工作效率，縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。

（2）數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。采用性能操作便捷、可靠性高且體積較小的MySQL作為本系統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[3]。

（3）Web服務(wù)器。采用Tomcat作為Web應(yīng)用服務(wù)器，該服務(wù)器在部署時(shí)，相對(duì)簡(jiǎn)單，開發(fā)人員只需要將Java項(xiàng)目打包成War保，放置于Tomcat當(dāng)中，就可以讓用戶通過瀏覽器完成對(duì)服務(wù)器的訪問。

2.4 照明系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性及安全性的功能實(shí)現(xiàn)

（1）安全性。在制漿造紙行業(yè)，操作人員較多，權(quán)限控制管理需要分級(jí)管理，同時(shí)利用Shiro框架來實(shí)現(xiàn)管理，杜絕非法用戶對(duì)系統(tǒng)的訪問與操作；其次在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，采用HTTPS協(xié)議代替了傳統(tǒng)的HTTP協(xié)議，利用對(duì)數(shù)據(jù)信息的加密處理有效的提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。最后系統(tǒng)還通過在Web服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)之間增設(shè)防火強(qiáng)，來過濾掉一些不利于系統(tǒng)穩(wěn)定的因素。

（2）實(shí)時(shí)性。受到數(shù)據(jù)在Internet上傳輸過程中存在延時(shí)的影響，導(dǎo)致基于Web的工業(yè)照明控制系統(tǒng)本身存在一定的延時(shí)。為了解決這一問題，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，首先在系統(tǒng)中建立了全雙工通信，無需客戶端對(duì)服務(wù)器發(fā)出連接請(qǐng)求，就可以完成數(shù)據(jù)的讀取，減少了數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸量；其次構(gòu)建了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，通過提高數(shù)據(jù)的交互速度，減少存儲(chǔ)時(shí)間，來提高信息的實(shí)時(shí)性[4]。最后對(duì)于一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)指令，要求其只有在本地時(shí)才能執(zhí)行，提高了整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

3 結(jié)語

綜上所述，為了滿足現(xiàn)代工業(yè)照明系統(tǒng)的需求，基于B/S架構(gòu)的Web技術(shù)額應(yīng)用，提高了工業(yè)照明系統(tǒng)的控制靈活性，降低了系統(tǒng)的整體開發(fā)成本，為客戶提供了更加生動(dòng)的數(shù)據(jù)信息。因此，相關(guān)工作者必須重視相關(guān)技術(shù)的研究，積極推廣和應(yīng)用Web技術(shù)，滿足工業(yè)照明控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)控制以及安全控制的要求，滿足工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求，推動(dòng)我國工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。