基于Web的能耗數據管理系統部分設計與實現

楊永語，戴毅茹，王堅

（同濟大學CIMS研究中心，上?！?01804）

基于Web的能耗數據管理系統部分設計與實現

楊永語，戴毅茹，王堅

（同濟大學CIMS研究中心，上海201804）

為了實現對大型民用飛機制造企業能耗數據的有效管理，論文利用ASP.NET+Highcharts+SQL SERVER 2008相關技術，開發一種基于B/S架構的能耗數據管理系統。論文首先介紹能耗數據管理系統的四層邏輯架構，然后詳細的介紹系統的基本實現，最后闡述了系統的各個模塊的具體功能。系統已經在目標企業部署運行，運行情況良好。

實時監控；Highcharts；能耗數據管理

0　引言

能耗數據管理是大型民用飛機制造企業生產經營管理的一個重要方面。能耗數據管理包括兩大部分，一部分是能耗數據的實時監控，為一部分是能耗歷史數據的系統管理［1］。設備的能耗數據是時間序列化數據，反應了不同設備在不同的時間里的能耗情況。如果用圖形展示這個能耗的實時數據和歷史數據，那就更能直觀表現能耗設備的能耗值在一個時間范圍內的變化過程，同時可以監控該設備是否正常工作。因此，實現能耗數據圖形化展示無論是用于數據分析還是設備的監控，都能起到很好的應用效果。根據企業業務的需求，結合項目的實際情況，本文采用ASP.NET+Highcharts+SQL SERVER 2008技術，完成了企業能耗數據管理系統的開發和設計。該系統為企業能耗數據的信息化、集成化管理提供了有效平臺，有利企業充分挖掘歷史能耗數據的價值，積極開展節能減排工作［2］。

1　系統的基本架構

在大型民用飛機生產制造過程中，設備能耗實時數據監測系統往往通過各類可靠的監測設備進行數據采集和存儲，形成存儲能耗數據的實時數據庫的。通過編寫應用程序，用戶可以獲取不同時間粒度的能耗數據，并以此數據為基礎，進行系統的設計與開發。本文設計的基于Web的能耗數據管理系統結構如圖1所示。

圖1　基于Web的能耗數據管理系統結構圖

基于Web的能耗數據管理系統體系結構是四層結構的［3，4］。能耗設備層包括各種能耗設備以及能夠監控各種設備能耗值的檢測設備，如鍋爐房中加熱設備和監測電量消耗的電表等。通過OPC（OLE for Process Control）技術［5］，經由網閘從企業的工業網中的工控機采集到所需的設備能耗數據，并且通過一定的技術方法將這些數據儲存入系統的數據庫中。系統的數據獲取及處理層包含根據指定時間從實時數據庫中獲取數據的.net類，用于實現Ajax異步通信機制的用戶處理程序，以及基于Highcharts開源類庫的開發的用于展示能耗實時消耗數據動態變化圖形的Web界面程序?；赪eb的能耗數據管理系統可以實時顯示能源消耗值，并且滿足用戶實時性需求。對于歷史數據，則通過應用程序，按小時為最小時間粒度，定時存儲能耗設備的歷史能耗數據信息存儲到SQL SERVER 2008數據庫中。以此數據庫為基礎，經過數據處理和分析，結合企業需求，用戶可以對不同時間粒度的能耗數據進行統計和分析。

2　系統中的主要技術

2.1系統數據采集

系統數據采集主要應用OPC技術，OPC技術主要包括兩部分，一部分是OPC服務器，另一部分是客戶機。服務器主要用來收集計量設備的數據信息，然后通過標準定義的OPC接口，把采集層獲取的數據信息傳送給OPC客戶端應用程序。在大型民用飛機生產制造過程中，企業為了采集鍋爐房，變電站，供油與消防系統等生產車間的各相電流、有功功率、燃油消耗量等數據，以OPC技術為支撐，建立了能耗數據實時采集系統。首先，系統從企業工控系統中采集到各個監控點的設備的實時能耗數據信息，為系統提供基本的數據基礎。然后，在保證企業內部的工業網絡安全性和穩定性的情況下，系統傳輸層運用網閘技術［6］，通過數據信息轉移的方式進行能耗數據的傳輸，使企業內部的工業網絡與其它的辦公網網絡進行正常的通信，為系統采集層與系統存儲層之間數據交換提供了安全的數據傳輸通道［7］。最后，通過系統存儲層，存儲來自系統采集層獲取的能耗數據，為能耗數據管理系統提供基本的數據基礎。

2.2能耗實時數據的獲取

能耗實時數據的獲取，是能源實時消耗情況展示至關重要的一個環節。系統建立了實時數據庫以后，根據該實時數據庫的特性，把數據獲取方法封裝在一個.NET類［8，9］。通過該類進行相應的操作，獲取實時能耗數據。該類主要屬性和方法如圖2所示。

該類中Conn用來定義連接實時數據庫字符串，ibase用來尋找能源設備監控點在實時數據庫中的唯一標示符號，Newconnection用來建立一個與實時數據庫的連接。

圖2　實時數據獲取類主要屬性和方法

類中GetConsumption（）方法是該類的構造函數，用來建立連接和類的一些初始化。方法connclose（）用來關閉與實時數據庫的連接，GetDoubleSingleValue（），IntGetValues（）等方法用來獲取不同精度的能耗數據值。

2.3Highcharts實時曲線的繪制

Highcharts是一個完全用JavaScript語言編寫的一個圖表庫，Highcharts完全基于本地瀏覽器技術，不需要任何插件，甚至不需要安裝任何服務器環境，只需要兩個js文件即可運行，能夠使用戶方便快捷的在自己的Web網頁上添加有交互性的圖表，提升用戶體驗。Highcharts的兼容性比較好，能夠兼容主流的瀏覽器，比如IE，Firefox，Chrome，Safari，Opera等［4］。

（1）使用Highcharts，首先要在頁面中引入相應的JS庫，先下載jquery.min.js和Highcharts.js庫，并在代碼中引用。

（2）進行調用Highcharts組件，在var chart=new Highcharts.Chart（｛｝）中設置Highcharts屬性，如Title（圖表標題）、Axis（坐標軸：橫坐標和縱坐標）、Series（數據列）等。

（3）在頁面引入一個div，作為放置Highcharts圖表的容器，Highcharts圖像將在該div內渲染。

（4）通過后臺異步請求，不斷獲取能源設備的能耗實時數據，對Highcharts數據源進行局部的實時的更新，即可繪制能源消耗數據實時曲線。

2.4異步實時顯示

異步實時顯示主要應用Ajax技術。Ajax（Asynchronous JavaScript and XML）是一種基于瀏覽器的Web應用程序開發模式［10］。它的基本特點是主要由JavaScript編寫，程序異步執行，并且用XML來封裝和傳輸數據。用戶通過設置前臺中的window.setInterval（）中調用函數的時間間隔值，周期性的調用前臺中的函數getForm（），其程序流程如圖3所示。該函數含有一個$.ajax（｛｝）請求。$. ajax（｛｝）異步請求后臺的getDataTableByAjax（）以獲取數據，獲取數據以后，重新用圖表展示該數據值。

圖3　異步請求流程圖

2.5歷史數據顯示

歷史數據顯示的數據來源主要是存儲歷史數據的SQL數據庫。數據庫中主要包括人員信息表，公司信息表，能耗設備信息表和能源數據消耗表等。其中，人員信息表用來存儲系統使用人員的信息；公司信息表主要存儲各個公司的信息；能耗設備信息表用來存儲監控能源消耗的設備信息；能源數據消耗表用來存儲設備的能源消耗信息。在人員信息表中，定義了用戶在系統中的權限，普通用戶只能查看自己所在公司的設備的能耗信息，而企業管理員則能夠查看全部設備的能耗信息。

3　系統的基本實現

3.1系統的管理界面

系統的管理界面如圖4所示，系統的主要功能主要有：①能源數據實時顯示，主要通過實時數據庫的支持，實時的給用戶展示設備的能耗數據。當數據異常時，通知相關人員進行處理；②通過歷史數據查看，用戶可以查看設備的主要歷史能耗數據，查看的時間粒度主要有按月，按天，按小時等；③在能耗監控設備點管理模塊，用戶可以新增，修改，刪除所要監控的能源設備。

圖4　系統管理界面

3.2系統的能耗數據顯示界面

系統的能耗數據顯示界面如圖5左上圖所示，設備的實時能耗情況，采用了Ajax技術，頁面可以無刷新的進行數據更新，頁面的更新頻率可以由用戶自主設計。其它界面是用來顯示設備歷史的能耗數據，右上圖是按月進行設備的能耗統計，顯示設備一個月的總消耗情況。左下圖是用來顯示設備一個月中每天的消耗情況，右下圖是用來顯示設備在按小時的時間粒度中的消耗情況。

圖5　系統的能耗數據顯示界面圖

4　總結

本文以企業實時采集數據庫為基礎，采用ASP. NET+Highcharts+SQL SERVER 2008技術，主要探討了大型民用飛機制造企業能耗數據管理系統的部分設計與實現。目前，經過不斷的調試和優化，該系統已經正式投入企業運行。大型民用飛機制造企業通過對能耗設備的實時監控，可以充分的掌握設備的運行情況和能源消耗的具體情況。企業通過對能源數據進行信息化的管理，可以為企業能耗分析和預測提供數據基礎，進而更有效的開展節能減排工作。

［1］周永良，李鐵克，王偉玲.基于實時歷史數據庫技術的鋼鐵能源管理系統［J］.冶金能源，2010，2.

［2］姜黎萍.寶鋼股份羅涇區能源管理系統［J］.冶金自動化，2012，2.

［3］張栗，張風元，危勝軍.基于DWR框架的WEB應用的設計與實現［J］.計算機技術與發展，2008，8.

［4］張建軍，劉虎，倪芳英.基于SHH與Highcharts整合架構的Web應用研究［J］.計算機技術與發展，2013，9.

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［6］張友能.基于網閘技術的網絡安全研究［J］.通信技術，2008，5.

［7］游雪峰，文玉梅，李平.以太網分布式數據采集同步和實時傳輸研究［J］.儀器儀表學報，2006，4.

［8］謝川.基于B/S的異構數據源集成系統設計［J］.計算機應用，2007，2.

［9］蔣薇，賴青貴，揚興林.基于ADO.NET的數據訪問技術探索［J］.儀器儀表學報，2009，6.

［10］游麗貞，郭宇春，李純喜.Ajax引擎的原理和應用［J］.微計算機信息，2006，6.

The Partial Design and Implementation of Energy Data Management System Based on Web

YANG Yong-Yu，DAI Yi-Ru，WANG Jian
（CIMS Research Center，Tongji University，Shanghai 201804，China）

A based on B/S model system was developed by taking advantage of the ASP.NET，Highcharts and SQL SERVER 2008 technology.The system could provide an effective way to manage the energy consumption data for large civil aircraft manufacturing companies. Firstly，the paper introduces the four independent tier structure of the system；and secondly it describes the basic system realization in details；finally，it interprets the specific function of each module in the system.This system has been well deployed in the target company.

real-time monitoring；highcharts；energy consumption data management

TP311

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.028

1002-6673（2015）01-078-03

2014-12-01

項目來源：上海市信息化發展專項資金項目（大型客機生產制造能源綜合管理系統-201102023）

楊永語（1989-），男，廣西賀州人，碩士研究生。研究方向：智能生產系統，能源系統工程；戴毅茹（1972-），女，河南新蔡人，副教授。研究方向：系統工程，能源系統工程，企業建模與仿真。