多組件Web可視化開發(fā)平臺在調(diào)度自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用①

孟 鑫,李 洋,王學(xué)良

1(南瑞集團(tuán)有限公司(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院),南京 211106)

2(北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司,北京 100192)

隨著特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展,主網(wǎng)調(diào)度管理、配網(wǎng)調(diào)度管理等各類自動化系統(tǒng)在管理信息大區(qū)部署的越來越多[1,2].這類系統(tǒng)通?；贐/S 架構(gòu),開發(fā)人員提供了不同技術(shù)和框架造成了界面風(fēng)格各異；同時,電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)需要電力專業(yè)的人員才能勝任.手工編碼不能快速響應(yīng)用戶需求變更.這些影響了用戶體驗(yàn),也不利于系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯變化產(chǎn)生的維護(hù)和開發(fā)工作[3-6].

近年來代碼自動生成的軟件復(fù)用技術(shù)己成為解決上述問題的慣用手段[4-6].文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了一個基于J2EE平臺的企業(yè)信息系統(tǒng)代碼生成工具,實(shí)現(xiàn)了一種基于業(yè)務(wù)模型和場景的代碼生成方法.文獻(xiàn)[6]研究了模型解釋器和代碼生成引擎,給出了基于模型驅(qū)動框架的變電站自動化系統(tǒng)軟件的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)方案.文獻(xiàn)[7]采用數(shù)據(jù)解析引擎和代碼自動生成引擎構(gòu)建海南電網(wǎng)信通公司快速研發(fā)平臺,提出了一種形式化的Web 界面行為描述語言,實(shí)現(xiàn)了行為模型的代碼自動生成.文獻(xiàn)[8]提出了一種基于ASP.NET 的自定義頁面生成引擎,動態(tài)生成Web 表單頁面.文獻(xiàn)[9]提出了一種符合MVC用戶界面開發(fā)最佳實(shí)踐的組件化Web 用戶界面建模方法,從界面數(shù)據(jù)模型、界面組件模型到界面交互模型等3 個方面完成Web 用戶界面建模.文獻(xiàn)[10]展示了近幾年興起的新興技術(shù),指出應(yīng)用和應(yīng)對這些技術(shù)是未來幾年Web 發(fā)展的重要課題.

文獻(xiàn)[11]使用代碼生成工具,通過設(shè)計(jì)成果的復(fù)用和共享提高系統(tǒng)開發(fā)的質(zhì)量和效率.但是大量的代碼生成導(dǎo)致開發(fā)人員過于依賴代碼自動生成,忽略了系統(tǒng)的可維護(hù)性,造成后期維護(hù)成本上升.同時代碼生成工具在實(shí)際使用中還存在操作不靈活、使用不方便、功能整合能力不足的問題.

本文提出的自有知識產(chǎn)權(quán)的多組件Web 可視化開發(fā)平臺(下文簡稱Web 開發(fā)平臺)在模型驅(qū)動的開發(fā)思想基礎(chǔ)之上,采用代碼自動生成結(jié)合手工merge的開發(fā)模式,即基礎(chǔ)功能由代碼生成器生成,電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯由開發(fā)人員自主實(shí)現(xiàn).既保留了自動生成的代碼的便捷性,又避免了受代碼生成器的束縛.本文介紹了Web 開發(fā)平臺的系統(tǒng)架構(gòu),詳細(xì)介紹了平臺中核心組件,包括單點(diǎn)登錄、圖形自動生成、表單設(shè)計(jì)器、布局設(shè)計(jì)器、設(shè)備拓?fù)渖珊蜆I(yè)務(wù)功能快速開發(fā)等組件,并闡述了如何采用Web 開發(fā)平臺中的組件構(gòu)建調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺前端.

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 Web 開發(fā)平臺概述

多組件Web 開發(fā)平臺后端采用SpringMVC 控制邏輯跳轉(zhuǎn)和Hibernate 讀取數(shù)據(jù)庫信息,前端采用Easyui、Jquery 和Echarts 進(jìn)行界面展示.該平臺采用面向聲明的開發(fā)模式[12],由代碼生成器生成通用模塊代碼,基于泛型的編程方式[13,14]實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯代碼,可滿足多樣化的數(shù)據(jù)展示和表單處理等需求.該平臺以組件為單位進(jìn)行功能設(shè)計(jì),便于結(jié)合各個地區(qū)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置；同時,可視化的開發(fā)環(huán)境,也實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯和代碼編程的分離,提高了開發(fā)人員的開發(fā)效率.Web 開發(fā)平臺的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

權(quán)限實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的用戶管理和安全審計(jì),并提供鑒權(quán)服務(wù)和權(quán)限服務(wù).前臺提供表單、曲線、餅圖和儀表盤等形式的圖形展示.后臺包括UI 組件、通用組件、引擎、數(shù)據(jù)獲取、系統(tǒng)監(jiān)視和數(shù)據(jù)處理模塊.圖形生成通過配置數(shù)據(jù)源和計(jì)算公式,對數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化的展示.拓?fù)渖蓪⑽锢碓O(shè)備的連接關(guān)系以圖形化的方式展示,可以在拓?fù)涔芾砉δ苤泄芾砦锢碓O(shè)備和改變拓?fù)潢P(guān)系.表單設(shè)計(jì)器為用戶提供可視化的表單布局工具.表單組件和表格組件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理供前臺表單標(biāo)簽和表格標(biāo)簽顯示.代碼生成和在線開發(fā)支持在線數(shù)據(jù)庫管理、自動生成維護(hù)功能的代碼.定時任務(wù)通過統(tǒng)一的配置工具將定期執(zhí)行的程序管理起來.國際化支持系統(tǒng)在不同語言/區(qū)域之間切換.報(bào)表引擎提供簡易報(bào)表編輯工具.流程引擎提供流程管理的通用接口.模版引擎提供freemarker 管理器處理模板文件生成HTML 頁面.Web 服務(wù)提供第三方系統(tǒng)接入接口.數(shù)據(jù)獲取包括數(shù)據(jù)采集、分析和計(jì)算,完成指定數(shù)據(jù)采集和處理,支持統(tǒng)計(jì)計(jì)算、設(shè)置閾值等.系統(tǒng)監(jiān)視包括日志管理和性能監(jiān)視,跟蹤日志記錄和監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的CPU、內(nèi)存,磁盤I/O 等指標(biāo).數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)庫訪問組件和事物處理,提供對主流關(guān)系庫的增、刪、改、查操作,并對達(dá)夢、金倉、南大通用國產(chǎn)關(guān)系庫做了適配和數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理功能.

1.2 調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺概述

調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺,實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動化主站、子站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)集中監(jiān)視、協(xié)同分析、異常預(yù)警、準(zhǔn)確定位以及全方位展示.提升自動化設(shè)備的在線監(jiān)測和自動化維護(hù)水平.系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

采集模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集功能；管理平臺負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)的后臺處理分析；Web 開發(fā)平臺為整個系統(tǒng)提供統(tǒng)一的用戶認(rèn)證和登陸界面,以表格式、圖形化等多元化的展示手段提供展示界面,對資源的功能狀態(tài)、分析結(jié)論、異常預(yù)警信息、準(zhǔn)確定位信息等進(jìn)行全方位展示.

2 Web 開發(fā)平臺關(guān)鍵技術(shù)

2.1 單點(diǎn)登錄組件

單點(diǎn)登錄是目前比較流行的企業(yè)業(yè)務(wù)整合的解決方案之一.本文對CAS (Central Authentication Service)服務(wù)端進(jìn)行了改進(jìn),在多應(yīng)用系統(tǒng)整合時保留各個系統(tǒng)的原有登錄頁面.單點(diǎn)登錄的設(shè)計(jì)流程如圖3所示.

圖3 單點(diǎn)登錄設(shè)計(jì)流程

傳統(tǒng)單點(diǎn)登錄是純粹的認(rèn)證中心,用戶每次登錄時,需要進(jìn)入CAS-Server 的登錄界面填寫用戶名和密碼登錄[15].如果對多個已存在的系統(tǒng)進(jìn)行單點(diǎn)集成時,子系統(tǒng)有獨(dú)特風(fēng)格的登錄界面.為了實(shí)現(xiàn)在子系統(tǒng)中登錄成功,Web 開發(fā)平臺對單點(diǎn)登錄模塊進(jìn)行二次研發(fā),從而支持客戶端的自定義登錄界面進(jìn)行登錄.

2.2 圖形自動生成組件

圖形自動生成組件包括界面設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理,開發(fā)人員通過可視化圖形組件快速生成滿足需求的圖形,避免了手工編碼的弊端,提高了開發(fā)效率.前端界面設(shè)計(jì)包括圖形屬性和數(shù)據(jù)源配置.圖形屬性配置支持創(chuàng)建折線圖、餅圖和雷達(dá)圖等圖形,以及設(shè)置圖形的橫軸、標(biāo)題、統(tǒng)計(jì)值等基本信息.數(shù)據(jù)源配置指定圖形中數(shù)據(jù)的來源和類型,通過后端拓?fù)溆?jì)算傳遞到前端進(jìn)行展示.后端數(shù)據(jù)處理包括圖形屬性解析、數(shù)據(jù)源處理和公式計(jì)算組件.圖形處理組件根據(jù)前臺配置的圖形屬性生成對應(yīng)的源代碼,平臺根據(jù)配置的數(shù)據(jù)源和拓?fù)溆?jì)算將數(shù)據(jù)返回前端顯示.自動圖形生成的設(shè)計(jì)原理如圖4所示.

2.3 表單設(shè)計(jì)器與布局設(shè)計(jì)器組件

表單是常用的收集數(shù)據(jù)的組件,是完成用戶交互的組成部分[16].針對編碼實(shí)現(xiàn)表單耗時的問題,Web 開發(fā)平臺提供了可視化的表單設(shè)計(jì)器,支持自定義布局和數(shù)據(jù)源和在線完成數(shù)據(jù)展示.通過表單設(shè)計(jì)器快速實(shí)現(xiàn)用戶界面設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)零代碼或者少量代碼編寫前端界面,使業(yè)務(wù)和編程分離提高了開發(fā)效率.表單設(shè)計(jì)器的設(shè)計(jì)原理如圖5所示.

圖4 自動圖形生成設(shè)計(jì)原理

圖5 表單設(shè)計(jì)原理

表單設(shè)計(jì)器制定控件的設(shè)計(jì)規(guī)則和HTML 規(guī)范.控件模板指定HTML 的表單模板控件并且快速生成表單原型.同時,根據(jù)控件設(shè)計(jì)規(guī)則和模板制定常用的界面控件.根據(jù)控件屬性和數(shù)據(jù)源的設(shè)置完成界面原型的開發(fā),快速生成自定義的界面.通過控制轉(zhuǎn)換器把控件轉(zhuǎn)換成源代碼.表單項(xiàng)操作都完成后,保存即可完成表單的生成.開發(fā)人員可以在線預(yù)覽界面效果和源代碼.最后,所有的界面數(shù)據(jù)都存入數(shù)據(jù)庫中,便于進(jìn)行多次編輯和修改.

Web 開發(fā)平臺的可視化頁面布局設(shè)計(jì)器的設(shè)計(jì)原理與表單設(shè)計(jì)器基本相同,優(yōu)點(diǎn)在于布局更靈活,組件更豐富,適用于比較復(fù)雜的界面布局,另外,其樣式支持目前移動端設(shè)備的展示.

2.4 設(shè)備拓?fù)渖山M件

設(shè)備拓?fù)渖山M件根據(jù)物理設(shè)備位置和連接關(guān)系生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?拓?fù)渖赏ㄟ^設(shè)備連接關(guān)系生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并對設(shè)備屬性信息及狀態(tài)進(jìn)行展示；節(jié)點(diǎn)自操作機(jī)制管理設(shè)備節(jié)點(diǎn)的位置、連接關(guān)系和基本操作.設(shè)備拓?fù)渖傻脑O(shè)計(jì)流程如圖6所示.

圖6 拓?fù)渖稍O(shè)計(jì)流程

設(shè)備拓?fù)渖山M件在頁面發(fā)送HTTP 請求后,獲取拓?fù)漤撁娴呐渲眯畔⑦M(jìn)行重新封裝.頁面獲取此結(jié)果集形成拓?fù)漤撁?包括節(jié)點(diǎn)布局和節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系),同時存儲每個節(jié)點(diǎn)的閾值.告警定時刷新指頁面觸發(fā)告警定時刷新請求后臺的事件,該事件獲取節(jié)點(diǎn)實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù),循環(huán)對比實(shí)時數(shù)據(jù)與閾值得大小.若大于閾值,則產(chǎn)生告警并顯示告警提示；否則,恢復(fù)正常顯示.

2.5 業(yè)務(wù)功能快速開發(fā)組件

業(yè)務(wù)功能快速開發(fā)組件基于模型驅(qū)動,根據(jù)數(shù)據(jù)庫表之間的關(guān)系,自動生成數(shù)據(jù)維護(hù)功能代碼.在此基礎(chǔ)上編寫業(yè)務(wù)代碼,快速實(shí)現(xiàn)功能.業(yè)務(wù)功能快速開發(fā)的設(shè)計(jì)流程如圖7所示.

3 Web 開發(fā)平臺的應(yīng)用

調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺前端采用Web 開發(fā)平臺設(shè)計(jì)開發(fā),并在冀北電網(wǎng)、福建電網(wǎng)進(jìn)行了實(shí)施部署.該平臺實(shí)現(xiàn)了自動化系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)視、協(xié)同分析、異常預(yù)警和全方位展示,解決了現(xiàn)有系統(tǒng)監(jiān)視范圍過小、關(guān)聯(lián)分析不足和展示手段單一的問題,滿足了自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性、監(jiān)視及運(yùn)維管理水平不斷提升的要求.關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用說明如圖8所示.

圖7 業(yè)務(wù)功能快速開發(fā)設(shè)計(jì)流程

圖8 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用說明

單點(diǎn)登錄中用戶登錄一次,可以進(jìn)入調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺和訪問所有相互信任的應(yīng)用系統(tǒng),避免了在不同系統(tǒng)間頻繁登錄.Web 開發(fā)平臺的單點(diǎn)登錄不使用單點(diǎn)登錄服務(wù)端統(tǒng)一的登錄界面,而是繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的登錄界面.原有系統(tǒng)通過集成單點(diǎn)登錄的客戶端,客戶端會自動與服務(wù)端進(jìn)行通信進(jìn)行登錄鑒權(quán),從而完成系統(tǒng)登錄驗(yàn)證.圖形生成組件生成調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺中設(shè)備信息監(jiān)視界面中的圖形,例如,折線圖、柱狀圖和環(huán)形圖等圖形.傳統(tǒng)開發(fā)模式中,需要編寫圖形代碼和后端處理邏輯.Web 開發(fā)平臺可以在線設(shè)計(jì)圖形和修改圖形樣式；同時,后臺提供圖形的屬性解析、數(shù)據(jù)源處理和公式計(jì)算組件.開發(fā)人員只需編寫SQL 語句和配置數(shù)據(jù)公式生成圖形.通過修改配置屬性及時響應(yīng)需求變化,降低后期維護(hù)工作量.

表單設(shè)計(jì)器生成用于生成各種表單界面.傳統(tǒng)開發(fā)模式中布局由開發(fā)人員編碼實(shí)現(xiàn).Web 開發(fā)平臺結(jié)合表單插件的屬性配置實(shí)現(xiàn)了各個插件的轉(zhuǎn)換；同時,表單設(shè)計(jì)器結(jié)合數(shù)據(jù)源配置可以完成數(shù)據(jù)源的在線切換.表單設(shè)計(jì)器通過布局設(shè)計(jì)器的布局管理功能,實(shí)現(xiàn)整體布局和單個插件展示順序的在線調(diào)整,開發(fā)人員通過平臺提供的表單設(shè)計(jì)器與布局設(shè)計(jì)器配置表格、數(shù)據(jù)源和布局規(guī)則完成界面的開發(fā).拓?fù)渖山M件包括添加、編輯設(shè)備連接關(guān)系、調(diào)整布局、展示設(shè)備屬性和設(shè)備越限告警等功能.傳統(tǒng)開發(fā)模式根據(jù)設(shè)備的拓?fù)溥B接關(guān)系和需求開發(fā)設(shè)備的展示.增加設(shè)備時,需要手工操作管理設(shè)備信息和添加告警事件.該組件通過設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系自動生成拓?fù)潢P(guān)系,拓?fù)渖山缑嬷泄芾碓O(shè)備和事件,只須配置設(shè)備告警規(guī)則,即可根據(jù)規(guī)則實(shí)現(xiàn)設(shè)備越限告警,以閃爍或者變色標(biāo)識.業(yè)務(wù)功能快速開發(fā)完成數(shù)據(jù)的維護(hù)功能,表格以通過代碼生成工具自動生成,無須編碼即可完成數(shù)據(jù)維護(hù)功能.例如,調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺設(shè)備告警信息的閾值配置、設(shè)備信息的展示等都是基于此功能在線生成.傳統(tǒng)開發(fā)模式中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護(hù)功能開發(fā)繁瑣耗時.該平臺提供的業(yè)務(wù)功能快速開發(fā)可完成在線開發(fā),通過表單配置、建立數(shù)據(jù)庫表,即可完成數(shù)據(jù)的維護(hù)功能.當(dāng)業(yè)務(wù)有特殊的要求,可以在生成代碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能,提高了開發(fā)效率.

4 結(jié)語

本文闡述了Web 開發(fā)平臺的單點(diǎn)登錄、自動圖形生成、表單設(shè)計(jì)器、布局設(shè)計(jì)器、設(shè)備拓?fù)渖?、業(yè)務(wù)功能快速開發(fā)等組件的特點(diǎn),以及在構(gòu)建調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺前端中的應(yīng)用.采用Web 開發(fā)平臺構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)能夠統(tǒng)一開發(fā)架構(gòu),減少重復(fù)代碼編寫量,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的復(fù)用和共享,使開發(fā)人員專注于電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn),提高開發(fā)效率和質(zhì)量,及時響應(yīng)需求變化,縮短項(xiàng)目實(shí)施周期,降低后期維護(hù)工作量.目前調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控平臺已經(jīng)在冀北電網(wǎng)、福建電網(wǎng)進(jìn)行了部署,獲得了用戶認(rèn)可.后續(xù)研究Web 開發(fā)平臺在不同應(yīng)用類型的調(diào)度自動化系統(tǒng)前端中的應(yīng)用,滿足智能電網(wǎng)建設(shè)對系統(tǒng)運(yùn)行可維護(hù)性、穩(wěn)定性的要求.