（热能工程专业论文）uml在火电厂监控信息系统网站设计中的应用研究.pdf

摘要 随着火电厂监控信息系统的迅速发展，它实现的功能越来越多，因而火电厂 监控信息系统网站的开发设计也日趋复杂。此类系统有诸多的共同点，这为利用 面向对象技术进行系统网站开发创造了有利条件。u m l 作为较成熟的面向对象 语言，在软件开发过程中越来越受到重视和推广。 笔者通过将火电厂监控信息系统与面向对象技术结合起来分析，验证了用 u m l 进行火电厂监控信息系统网站开发的可行性，并对u m l 的w e b 扩展机制 在火电厂监控系统网站开发中的应用进行了研究。 最后，通过温州电厂机组性能计算与运行优化系统网站开发的应用实例，笔 者详细描述了u m l 在系统网站的需求分析、总体设计和详细设计中的应用及关 键技术，并为l r m l 在电厂监控信息系统网站开发中的推广应用进行了探索。 关键字：电厂，监控信息系统，u m l ，p i 数据库，网站设计，面向对象技术 fr ， ；、上 ； 一 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f p o w e rp l a n ts u p e r v i s i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h e a r e ao f i t sf u n c t i o nb e c o m e sw i d e r ，s ot h ed e s i g no f i t sw e b s i t ei sm u c hm o r ec o m p l e x h o w e v e r , t h e r ei ss o m ec o i n m o ng r o u n di ns y s t e mo ft h i sk i n d ，w h i c ho f f e r st h e a d v a n t a g ef o rd e v e l o p i n gt h ew e b s i r ew i t ho b j e c to r i e n t e dt e c h n o l o g y a sa m a t u r e o b j e c t - o r i e n t e dl a n g u a g e ，u m li sm o r ea n dm o r er e g a r d e da n dp o p u l a r i z e di nt h e s o f i 3 v a r ed e v e l o p i n g t h ea u t h o rp r o v e st h a ti ti sf e a s i b l ed e v e l o p i n gw e b s i t ew i t hu m la c c o r d i n gt o a n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i cb e t w e e ns u p e r v i s i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mo fp o w e rp l a n t a n do b j e c to r i e i i t e dt e c h n o l o g y t h e n , t h ea p p l i c a t i o no fu m lw e be x p a n d e d m g c h a n i s mi nd e v e l o p i n gw e b s i t eo fp o w e rp l a n t ss u p e r v i s i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mi s s t u d i e d f i n a l l y , t h ea u t h o ri l l u s t r a t e sh o w t oa p p l yu m lt or e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，g e n e r a l d e s i g n a n d p a r t i c u l a rd e s i g n i n d e v e l o p i n g t h ew e b s i t eo fw e n z h o u p c o o s ( p e r f o r m a n c ec a l c u l a t i o na n do p t i m u mo p e r a t i n gs y s t e mf o rg e n e r a t i n g u n i to fw e n z h o up o w e rp l a n t ) p o p u l a r i z i n gu m li nd e v e l o p i n gw e b s i t eo fp o w e r p l a n ts u p e r v i s i n g i n f o r m a t i o ns y s t e mi se x p l o r e d k e y w o r d s ：p o w e rp l a n t , s u p e r v i s i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m , u m l ，p id a t a b a s e ，w e b s i t e d e s i g n , o b j e c to r i e n t e dt e c h n o l o g y n v f - 弋 l t 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 第一节课题的研究背景 目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制 的新时代。我国现有发电装机容量在2 0 0 0 m w 以上的电力系统1 1 个，其中东北、 华北、华东、华中电网装机容量均超过3 0 0 0 0 m w ，华东、华中电网甚至超过 4 0 0 0 0 1 椰，西北电网的装机容量也达到2 0 0 0 0 0 1 。南方电力联营系统连结广东、 广西、贵州、云南四省电网，实现了西电东送。其它几个独立省网，如四川、山 东、福建等电网和装机容量也超过或接近1 0 0 0 0 m w 。中国电力工业正面临空前发 展机遇，2 0 0 4 年l 9 月全国累计发电量1 5 5 7 4 7 8 亿千瓦时，其中火电累计 1 2 9 2 2 3 9 亿千瓦时，比2 0 0 3 年同期增长1 4 7 。从2 0 0 4 年开始到今后二、三年， 每年投产的装机容量都将达到五千万千瓦以上。继2 0 0 4 年全国发电装机容量突 破四亿千瓦和水电装机突破一亿千瓦之后，电力工业将很快实现新的跨越，预计 2 0 1 0 年达到六点五亿千瓦以上2 0 2 0 年达到九点五亿至十亿千瓦。 随着我国火电机组容量不断增大和电力市场竞争日益激烈，如何运用新技术 最大限度地发挥机组效能，达到发电利润最大效益化，以提高企业生产管理水平 和市场竞争力，成为目前电力企业追求的目标。电力生产企业生产和管理一般分 为3 个层次( 如图1 1 1 所示) ，即下层的控制操作层d c s ，面向运行操作者； 中间的生产管理层s i s ，面向生产和技术管理者；上层的经营管理层m i s ， 面向行政和经营管理者。对于管理者来说，最快、最真实的在线监控实际运行数 据和厂内其他数据指标是最为重要的。达到这个目标需要以d c s 系统为前提，m i s 系统和s i s 系统的协同合作 弋 l 浙江大学硕士学位论文 图1 1 1 火电厂d e s 、s i s 、m i s 结构示意图 在电力改革日益深入的前提下，增加发电效益的有效方式是能科学地分析 本厂的发电成本，优化系统运行，实现电厂售电和电价的最大化。与此同时，减 少生产成本的有效方式是加强电厂的内部科学高效的管理、合理安排检修，实施 全面的预算管理和人力资源管理，提高设备的可靠性，使利润趋于最大化。电厂 的管理重点将从传统的计划生产，逐步过渡到基于竟价决策的市场化生产。管理 信息系统( m i s ) 建设的初衷就是建立一个集办公自动化系统、综合指标查询系 统、计划统计管理系统、人事劳资管理系统、生产管理系统、设备管理系统、安 全监督管理系统、电力负荷管理系统、营销管理系统、燃料管理系统、工程管理 系统、财务管理系统、电网实时信息系统等应用系统为一身的网络化企业管理信 息系统，实现办公环境网络化和计算机化，为公司业务管理和决策服务。 火电厂厂级实时监控信息系统( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称s i s ) 是由著名i t 专家侯子良教授提出的。s i s 是m i s 和分散控制系统d c s 的桥梁。 以分散控制系统为基础，集中各单元机组的参数及设备状态信息，实现整个电厂 范围内的信息共享，为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据。同时 以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进、适用、有效的专业计算 方法，通过数据的分析和比较，能提出科学的、合理的改进方案，为市场运作下 的企业提供科学、准确的经济性指标。同m i s 系统相比电厂中的s i s 系统则侧 重于实时生产过程管理和监控，对实时性要求高“1 。其主要功能包括生产过程信 息监视功能、统计和分析功能、全厂调度和机组负荷优化分配功能、设备状态检 2 p t l 浙江大学硕士学位论文 测和故障诊断以及维修指导功能、机组寿命管理功能、远程监视及技术服务功能 等。而火电厂监控信息系统的人机界面，即火电厂监控信息系统网站，与一般的 门户网站，电子商务类网站等有较大不同，针对此类网站设计的介绍也比较少 面向对象方法是一种把面向对象的思想应用予软件开发过程中，指导开发的系统 方法，其对象内在的可重用性、面向对象系统的可扩展性的特点使其在软件设计 中得到广泛的应用。u m l 是较为成熟的面向对象语言，本文对u 儿在火电厂监 控信息系统网站设计中的应用进行了研究，这就是本课题的研究背景。 第二节课题的应用价值 火电厂监控信息系统是面向生产管理层的自动化管理平台，它是实现厂内各 个机组和全厂生产过程最优控制及管理的系统，也是一个联系发电厂各生产过程 控制系统及m i s 的纽带；可综合全厂各单元机组、辅助车间有关实时信息，通 过计算、优化和分析，对各单元机组的运行和设备维护提供在线运行指导，并进 行发电厂各单元机组间的负荷经济分配；通过其计算机和通信设施，可实现全厂 各生产部门的实时信息上网共享。 由于火电厂监控信息系统在电厂中的重要地位和作用，火电厂监控信息系统 网站设计是一个复杂的工作，而传统的生命周期方法学尽管曾经给软件产业带来 了巨大的进步，部分地缓解了软件危机。但是，这种方法学仍然存在着比较明显 的缺点，特别是对于火电厂实时监控这么复杂的系统网站设计。因为传统的网站 设计方法主要是那些基于功能分解或数据分析基础上的结构化方法，但在广泛应 用图形界面的交互式应用中，在控制要求非常突出的系统中，在需求经常适应变 动的条件下，用传统的网站设计方法往往暴露出了严重的不适应性。 面向对象技术是一种新的软件技术，不仅局限于程序设计方面，而是已经成 为软件开发领域的一种方法论。u m l 是面向对象技术成熟应用的产物，它拥有 丰富的符号图形表示和灵活的模型结构组合，可以让开发人员用很直观的方式建 立模型，而且已经出现了很多支持u m l 的c a s e 工具，因此u m l 系统建模在 软件设计中得到了广泛的应用。不同的电厂监控信息系统有很多的共同点，这就 为通过建立模型而指导此类网站设计提供了基础，从而可以减少很多不必要的重 复性工作，将有重要的现实意义，这也是本文的研究重点。 i v ：t f 浙江大学硕士学位论文 第三节论文的主要研究内容 本文主要将面向对象的软件思想与电厂监控系统网站的设计结合起来，对 u m l 在电厂监控系统中应用进行研究，用模型化的方法来指导相关网站的建设， 为电厂监控信息化人机界面的设计提供更加简便方法，更加人性化的表现方式， 同时也为u m l 在电厂监控系统网站设计中的应用推广进行了探索。 本文的工作分以下几个部分： 第一部分简要介绍了课题的研究背景、应用价值及论文的主要研究工作。 第二部分结合电厂监控系统的特点，分析了面向对象技术的思想、基本概 念和其在软件设计中的应用，阐述了u m l 的特点及建模机制，并验证了u m l 在网站设计中应用的可行性。 第三部分介绍了电厂监控中的实时数据库系统应用较为广泛的p i ，这是电 厂监控系统网站区别于一般网站的显著特点。 第四部分分析研究基于u m l 的火电厂监控系统网站建模，将网站设计与 一般的软件开发联系起来，为网站的模型化开发提供基础。 第五部分详细介绍u m l 在温州p c o o s 网站设计中的应用实例，全面地阐 述了网站模型化设计过程。 最后基于本课题的研究进展及运行状况，做出结论，提出下一步的研究及其 改进方向。 4 浙江大学硕士学位论文 第二章面向对象技术与u m l 系统建模 面向对象方法是一种把面向对象的思想应用于软件开发过程中，并指导开发 的系统方法，简称o o 方法，它是建立在对象概念基础上的方法。面向对象方法 的发展在2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代中出现了一个高潮，u m l 就是这个高潮的 产物，它不仅统一了b o o c h 、r u m b a u g h 和j a g o b s o n 的表示方法，而且对其作了 进一步的发展，并最终统一为大众所接受的标准建模语言【2 】 第一节面向对象技术与软件开发 针对日趋复杂的软件需求的挑战，软件业界发展出了面向对象( 0 0 ) 的软 件开发模式。面向对象方法，其本质是强调从客观世界固有的事物出发来构造系 统，用人类习惯的思维方式来认识世界、理解和描述客观事物，强调最终建立的 软件系统能够映射问题域，对象及对象之间的关系能够如实地反映问题域中的事 物及其关系。面向对象技术是一种新的软件技术，其概念来源于程序设计，从 2 0 世纪6 0 年代提出面向对象的概念，到现在已发展成为一种比较成熟的编程思 想，并且逐步成为目前软件开发领域的主流技术。同时，它不仅局限于程序设计 方面，而且还是思维科学中的一项技术科学【3 】【4 l ，已经成为软件开发领域的一种 方法论。它对信息科学、软件工程、人工智能和认知科学都产生了重大影响，尤 其在计算机科学与技术的各个方面影响深远。通过面向对象技术，可以将客观世 界直接映射到面向对象解空间，从而为软件设计和系统开发带来革命性影响。 2 1 1 面向对象技术的基本概念 面向对象的基本思想是尽可能的运用人类思维方式来构造软件系统，它直接 反映了人们对客观世界的认知模式从特殊到一般的归纳过程和从一般到特 殊的演绎过程。面向对象是一种试图模仿现实世界的方法，它遵循认识方法学的 基本原理，运用我们已形成的对现实世界的概念、分类和抽象方法，将现实世界 分成不同的对象类，不同对象的组合及相互作用构成了我们要研究分析和构造的 客观世界【卯。面向对象技术的基本观点如下： ， 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) 客观世界是由对象组成的，复杂的对象可以由简单的对象组成。 ( 2 ) 具有相同的数据和相同的操作的对象可以归并为一个类，对象是类的 一个实例。 ( 3 ) 类可以派生出子类，子类继承父类的特性，又可以有自己的新特性； 子类与父类形成类的层次结构。 ( 4 ) 对象之间通过消息传递相互两联系。 因此，软件工程学家c o d d 和y o u r d o n 认为： 面向对象= 对象+ 类+ 继承+ 通信 类的构成过程是人们对事物从特殊到一般的归纳抽象过程；反之，任何一个 具体的对象个体必然是具有它同类的一般属性，即类属性，因此，类继承性的构 成过程反映了个体之间从上到下，从一般到特殊的演绎过程。 面向对象的基本概念是对象、类、继承、消息、多态和封装等 6 1 。 ( 1 ) 对象：对象指的是一个实体，可以是真实生活中的一部分或概念化的 抽象实体。对象能够保存状态( 信息) 并提供一系列操作来读取或者改变这个状 态。 ( 2 ) 类：类是所有有共同行为特征和信息结构的对象集合。 ( 3 ) 继承：一个类可以定义为另一个更一般的类的特殊情况，子类可以继 承父类的所有属性和操作，同时子类可以定义自己特有的属性和操作。 ( 4 ) 消息：对象通过消息请求另一个对象执行活动，消息是对象发送请求 的载体。 ( 5 ) 多态：多态性是指用一个操作作用于不同对象上可以有不同的解释， 并产生不同的执行结果。 ( 6 ) 封装：面向对象封装是将表示状态的操作和属性包装成一个对象类型， 使得对状态的访问或修改只能通过封装提供的接口进行。 2 1 2 面向对象的软件开发 面向对象的软件开发主要包括：面向对象分析o o a ，面向对象设计o o d ， 面向对象编程o o p ，面向对象测试o o t 和面向对象维护o o s m 等。 人们最经常提到的有利于面向对象系统的优势包括对象内在的可重用性、面 6 浙江大学硕士学位论文 向对象系统的可扩展性及一些形式化规格说明方法可以与面向对象方法混合使 用这个事实等等，而正是面向对象设计技术的封装和继承两个方面对重用、可扩 展性做出了很大贡献。 面向对象分析作为面向对象软件开发中的第一项技术活动来说，其主要目的 是分析问题，建立一系列模型，用以描述以满足一组客户需要的软件系统。简言 之，就是一个不断理解和分析问题，建立并完善模型的过程。当然，这个过程的 建模也是面向对象的。 面向对象的建模不仅仅是新的编程语言的汇总，而是一种新的思维方式，一 种关于计算和信息结构化的新思维。面向对象的建模，把系统看作是相互协作的 对象，这些对象是结构和行为的封装，都属于某个类，那些类具有某种层次化的 结构，系统的所有功能通过对象之间相互发送消息来获得。火电厂监控信息系统 功能主要包括生产过程信息监视功能、统计和分析功能、全厂调度和机组负荷优 化分配功能、设备状态检测和故障诊断以及维修指导功能、机组寿命管理功能、 远程监视及技术服务功能等。从面向对象的思想出发，可以把火电厂监控信息系 统看作一个基类，它的子功能系统是对这个基类进行功能扩展的子类，各子系统 通过传递消息执行需要的操作，而火电厂监控信息系统网站则提供用户与这些类 交互的接口。通过对设计类的实例化，即可完成不同监控系统的设计，从而避免 了很多繁琐的重复性工作，这就体现了面向对象的软件设计思想在火电厂监控信 息系统网站设计中的优越性。 第二节u m l 系统建模 建模方法包括建模语言和建模过程，建模语言给出了用该方法进行设计可以 采用的符号；而建模过程则指出用该方法进行设计所要遵循的步骤。建模过程随 着模型应用的领域和具体问题不同而变化，不能提供一个固定的一致的范式，而 建模语言的统- n 可以显示的多。从1 9 9 4 年1 0 月开始，b o o c h 、r u m b a u g h 和 j a c o b s o n 先后参与到建模语言的统一工作中来，他们于1 9 9 6 年6 月发布了成果 种统一的面向对象建模语言u m l 0 9 ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) ，发布 后很快得到工业界和学术界的广泛支持，成为可视化建模语言事实上的工业标 准。1 9 9 7 年u m l l 1 被对象管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，简称o m g ) - 焉 _ 浙江大学硕士学位论文 采纳为基于面向对象技术的标准建模语言。u m l 发展至今，已经广泛应用于软 件系统、机械系统、企业机构或过程工程、工商业系统等各个领域，发挥了巨大 的科学和经济价值川。 2 2 1 u m l 概述 统一建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，简称u m l ) 是一个通用的可视 化建模语言，是面向对象分析与设计的一种标准表示，用于对软件进行描述、可 视化处理、构造和建立软件系统的文档。它记录了对必须构造的系统的决定和理 解，可用于对系统的理解、设计、浏览、配置、维护和信息控制【酊。u m l 具备 了语言的共同特征，即语义和语法。u m l 语义给出了基于u m l 的精确的原模 型的定义，为u m l 的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义 性说明。此外u m l 还支持对原模型的扩充定义。u m l 语法即u m l 表示法，定 义了u m l 符号的表示法，是u m l 原模型的实例【9 】。u m l 提供了一种在面向对 象技术领域内建立模型的工具，这种工具其实就是一种图形符号。这些图形符号 由u m l 的语义和语法给出严格的说明。 u m l 适用于各种软件的开发方法、软件生命周期的各个阶段、各种应用领 域以及各种开发工具，从对需求的分析到技术规范，再到结构设计及配置要求， 它都提供了模型化和可视化的支持，是一种总结了以往建模技术的经验并吸收当 今优秀成果的标准建模方法【1 0 】。u m l 包括概念的语义，表示法和说明，提供了 静态、动态、系统环境及组织结构的模型，可被交互的可视化建模工具所支持， 这些工具提供了代码生成器和报表生成器。u m l 标准并没有定义一种标准的开 发过程，但它适用于迭代式的开发过程。它是支持大部分现存的面向对象开发过 程而设计的l l l l 。 u m l 描述了一个系统的静态结构和动态行为。u m l 将系统描述为一些离散 的相互作用的对象并最终为外部用户提供一定的功能的模型结构【1 2 1 。静态结构 定义了系统中的重要对象并最终为外部用户提供一定的功能的模型结构，另外还 定义了系统中的重要对象的属性和操作以及这些对象之间的相互关系。动态行为 定义了对象的时间特性和对象为完成目标而相互进行通信的机制，从不同但相互 联系的角度对系统建立的模型可用于不同的目的【1 3 1 。 s 浙江大学硕士学位论文 u m l 包括可将模型分解成包的结构组件，以便于软件小组将大的系统分解 成易于处理的块结构，并理解和控制各个包之间的依赖关系，在复杂的开发环境 中管理模型单元，它还包括用于显示系统实现和组织运行的组伊。 u m l 不是- f l 程序设计语言，但可以使用代码生成器工具将u m l 模型转 换为多种程序设计语言代码，或使用反向生成器工具将程序源代码转换为u m l 。 u m l 也不是可用于定理证明的高度形式化的语言，这样的语言有很多种，但它 们的通用型较差，不易理解和使用。u m l 是一种综合的通用建模语言，适合对 诸如由计算机软件、硬件或数字逻辑构成的离散系统建模【l 扪。 u m l 中的各种组件和概念之间没有明显的划分界限，它用模型来描述系统 的结构或静态特征以及行为或动态特征，它从不同的视角为系统的架构建模，形 成系统的不同视图。视图的划分具有一定的随意性，在最上一层，视图被划分成 三个视图域：结构分类、动态行为和模型管理。 结构分类描述了系统中的结构成员及其相互关系。类元包括类、用例、构建 和节点。类元为研究系统动态行为奠定了基础。类元视图包括静态视图、用例视 图和实现视图【l “。 动态行为描述了系统随时间交化的行为。行为用从静态视图中抽取的瞬间值 的变化来描述。动态行为视图包括状态图、活动视图和交互视图。 模型管理说明了模型分层组织结构，包是模型的基本组织单元，特殊的包还 包括模型和子系统。模型管理视图跨越了其他视图并根据系统开发和配置组织这 些视副1 n 。 2 2 2u m l 与软件开发过程 u m l 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，而不 是一种标准的过程或方法，也就是说，它只是为软件开发提供了一套工具和规则， 而不依赖于任何特定的软件开发生命周期。它融入了软件工程领域的新思想、新 方法和新技术，其作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析 开始的软件开发的全过程【1 射。u m l 的目标是用面向对象的方式描述任何类型的 系统，最直接的是用u m l 为软件系统创建模型。为了从u m l 中得到最大的收 益，开发人员应该遵循如下过程：首先开发过程应该是用况驱动的，这意味着把 9 浙江大学碗士学位论文 用况作为一种基本的制品，服务于建立和验证系统模型等各个阶段。其次整个开 发过程的每一阶段都必须以体系结构为中心i 姗。软件系统的体系结构包括软件 系统的组织结构、行为，子系统及其指导这些元素的组织规则，体系风格等一系 列内容。在软件开发的整个生命周期中，系统的体系结构应该作为一个最重要的 制品贯穿其中，指导项目的各种工作人员( 如分析人员、系统集成人员、测试人 员等) 的不同角度的工作。最后，整个开发过程应该是迭代和增量的，这意味着 这个过程的每个阶段产生的一个新的发布都致力于处理和降低对于项目成功影 响最为显著的风险刚 上一节介绍了面向对象的软件设计思想在火电厂监控信息系统中应用的可 行性与优越性，u m l 是这方面较为成熟的应用工具。u m l 的用况驱动特点与火 电厂监控信息系统具有相对明确和固定的用户相适应，便于从用户的角度出发分 析建立模型。 第三节小结 面向对象技术在软件行业产生了革命性的影响，它已发展成为一种比较成熟 的软件设计思想，并且逐步成为目前软件开发领域的主流技术。网站设计作为一 种比较特殊的软件开发，其方法理论也在不断发展变化。u m l 系统建模经过了 不断的发展和完善过程，现在已经广泛应用于软件系统开发的多种领域，发挥了 巨大的科学和经济价值。火电厂监控信息系统的组成特点为利用面向对象技术开 发提供了便利条件，通过对监控信息系统的功能子系统的类设计和类的实例化， 就可完成不同功能系统的开发设计，从而节省了大量的人力物力。u m l 为面向 对象技术在火电厂监控信息系统中的应用提供了便捷且功能强大的工具，而火电 厂监控信息系统网站相对明确和固定的用户群等特点又为u m l 提供了建模基 础，因为u m l 系统建模是用况驱动的。 1 0 ， 浙江大学硕士学位论文 第三章p i 数据库在电厂监控信息系统中的应用 数据库系统是电厂运行、管理的核心软件，它必须能够保存、检索连续变化 的生产数据，并行处理成千上万的实时数据，并及时记录过程、报警等。 在电厂等对运行监控有严格要求的行业中，数据的实时存取非常重要，为了 能够准确再现运行过程，通常需要大量的数据接入测点，这样使得每秒可以有百 万的数据流量。实时是对过程控制系统提出的响应时间要求，它要求计算机对现 场的多输入信号进行处理后，在必要的时间间隔内把多个回答信息或指令返回现 场，不同的系统对响应时间有不同的要求。实时处理系统可分为3 部分，从传感 器收集数据，数据的实时处理及输出到控制器或显示器。实时系统与非实时系统 的一个重要区别在于实时系统将时间看成系统中的一个主要资源。系统中的实时 任务都具有多个时间特征，如：启动时间、运行时间和截止时间等。实时系统要 尽可能保证在任务的截止时间之前完成任务。快速性是一个基本前提，各实时任 务都能快速的得到响应。实时系统的另一个更重要的特征是可预测性，即系统能 够对实时任务的执行时间进行判断，决定是否能满足预先的时限要求。容错性在 实时系统的硬件和软件中都得到体现。另外实时系统还要求系统中的错误能及时 检测出来，并且错误能得到恢复。 当今国际国内广泛使用的实时数据库有三个产品：美国o s i 公司的p i ( p l a n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、美国h o n e y w e l l 公司的p h i ) ( p r o c e s sh i s t o r y d a t a b a s e ) 、美国a s p e n t e c h 公司的i p 2 1 ( i n f o p l u s 2 1 ) 。其中使用最为广泛的是 p i 实时数据库系统，本课题接触到的数据库环境就是p i 系统。 p i 实时数据库系统( p l a n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是基于c s ，b s 结构的商品化 软件应用平台，其功能模块分为客户端和服务器端两部分，包括p i - p r o c e s s b o o k ， p i - d a t a l i n k ，p i - d a t a a c c e s sp a c k a g e ，p i c o mc o n n e c t o r s ，p i - i n t e r f a c e s ，p i - i c e 和p i a c t i v e v i e w 等七大模块。p i 系统是一种实时历史数据库，核心是数据档案 管理，采用分布式结构采集并存贮与生产流程相关的上千、上万主节点的数据， 并且提供了当节点失效时数据项的队列管理。目前在国内大中型电厂已经大规模 使用该系统，在自动采集接口、存贮运行历史数据、监视运行工况等功能方面实 浙江大学硕士学位论文 现起来非常便捷。 p i 服务器主要用于采集时间序列的实时数据信息并以数据原型在线存储所 有的历史数据。在数据处理方面采用旋转门压缩技术和二次过滤技术，使进入到 p i 数据库的数据经过了有效压缩，经过压缩后的历史数据库能够保证一定的精 度范围，极大地节省了硬盘空间。据计算，每秒1 万点数据存储一年，仅需要 4 ( 3 的空间，即一只普通硬盘也可存贮五到十年的数据。是一种效率非常高，使 用广泛的实时数据库系统。并且精度可以根据用户需要通过调整压缩偏差值，节 省了存储空间与检索时间。 另外，服务器还提供大量的接口标准、数据异常报警模块、供关系数据库访 问的o d b c 等软件包，具有良好的二次开发环境。 第一节p i 数据库及其工具应用 与关系数据库相比实时数据库着重于数据的实时性，关系数据库则着重于描 述数据之间的关系，对于实时数据库中的数据，它们的关系是很复杂的，需要用 到很多的科学计算和公式翻译。 p i 的客户端产品中底层采用微软w i n d o w s 技术，同时也将用户界面w i n d o w s 化。其提供的软件包主要有界面设计模块p r o c e s s b o o k 、同e x c e l 数据库连接模 块d a t a l i n k 以及二次编程开发需要用到的p i - a p i 接口。其中最主要的 p r o c e s s b o o k 模块支持o l e 2 和a c t i v e x 技术，包括两个功能：一是数据存贮器 的功能，允许用户从其它应用中将”目标”嵌入、链接进入p r o c e s s b o o k ：二是服 务器的功能，允许p r o c e s s b o o k 入口被服务或嵌入到其它应用中，例如，作为一 个a c t i v e x 控件嵌入网页，全厂任何一台入网的主机均可以用w e b 方式浏览实时 数据乜玎嗍嘲。 p i 数据库在火电厂监控信息系统中应用中提供了p i p r o c e s s b o o k 、p i s d k 、 p i s m t 、p i b p 、p i p e 、p i d a t a l i n k 、p i - a c t i v e v i e w 等多种工具，在这里， 只介绍与火电厂监控信息系统网站设计相关的工具及其应用。 p i 系统支持c s ，b s 结构，c s 结构简单图例如图3 1 1 所示。 浙江大学硕士学位论文 鞠_ = 图3 1 1p i 数据库系统c s 结构图 p i 系统采用的是三层结构，第一层与d c s 的接口，第二层是p i 服务器，第 三层是p i 客户端。 b s 结构简单图例如3 1 2 所示。 图3 1 2 p i 数据库系统b s 结构图 p i 数据库提供的工具中与火电厂监控信息系统网站设计联系紧密的主要是 p 1 p r o c e s s b o o k 和p i a c t i v e v i e w ，现在分别介绍它们的功能和应用。 ( 1 ) p i p r o c e s s b o o k 是一个客户端流程画面在线组态和运行工具。以流程 图和趋势图的方式组织和显示来自p i 实时数据库和关系数据库的数据。兼容微 软的w i n d o w s 标准。其特点有： a ) 提供记事本的操作环境； b ) 支持普遍使用的网络协议( 如t c p i p ，d e c n e t ) ； c ) 为用户提供一个图形界面，用户可在此建立或显示各种画面，如趋势图， 流程图，棒图动态图形； d ) 具有w i n d o w s 软件的缩放、拖曳等功能，另外具有点搜索功能帮助用户 浙江大学硕士学位论文 查找所需的点； e ) 自定义数据集( d a t as e t ) 可以让用户随时对任意数据进行加工处理和 分析； f ) 对用户的一些特殊需求可用此软件内嵌的v b a 作简单的编程来实现。该 工具易学易用，并具有较强的伸缩性和功能扩展性；工艺工程师和生产管理者使 用该工具可以及时掌握过程的变化，并实时的作出有关生产和管理方面的决策。 在p i - p r o c e s s b o o k 中可以显示各种工艺流程画面的静态和动态信息，可以 显示流程图、棒状图、参数表、趋势图等画面以及各经济技术指标和统计量，组 态画面无需编译，组态时是所见即所得，显示画面可进行移动、放大、缩小，自 动适应显示器分辨率( 如8 0 0 * 6 0 0 、1 0 2 4 7 6 8 等) ，在一台p c 机上组态的画面可 以拷贝到其它p c 机上使用，避免重复组态工作。用户通过p i p r o c e s s b o o k 软件 可以查看工艺流程图、实时生产数据、历史生产数据。通过趋势图还可以分析装 置的运行状况。 ( 2 ) p i - a c t i v e v i e w p i a c t i v e v i e w 是一个客户端w e b 组件 2 4 1 ，由用于构建网站的开发者工具 包，终端用户软件( p i - s q c ，p i b a t c h v i e w , v b a 和a d o 等组件) ，p i a c t i v e v i e w a c f i v e x 控件和联机文档组成。它支持基于网络的远程交互，通过i n t e m e t ( 或 i n t r a n e t ) 可以获取多种数据源的实时和历史数据，也可以呈现来自p is e r v e r 中 的显示和分析数据的图形界面文件以及来自o d b c 的各种信息( 通过a d o 或 v b a ) ，在信息集成和远程诊断等方面有重要作用。另外，p i - a c t i v e v i e w 显示界 面可被作为a c t i v e x 控件应用在电子制表软件或其它报表工具中。p i - a c t i v e v i e w 在服务器端与客户端之间数据传输作用如图3 1 3 所示。 当用户打开含有p i a c t i v e v i e w 的网页时，从服务器端到客户端的信息交互 可以分为以下四个阶段，如图3 1 4 所示。 a ) 、用户打开浏览器并输入需要查看的h t m l 网页的i n t e m e t 或i n t r a n c t 地址( u r l ) ，h t m 臣网页从服务器端下载到本地p c 。 b ) 、浏览器在解释h t m l 网页的过程中会按照p i - a c t i v e v i e w 控件的 c o d e b a s e 属性指定的路径从服务器端自动下载p i a c t i v c v i e w ( c a b 文件) 到本 地p c 。 1 4 浙江大学硕士学位论文 服务器端 !客户端 w e bp a g e s l 一w 曲s e r v e r l 。 i本地p c r i 一一一一 i 网面 p i - a c t i v e v i e w 一一，一i j d i s p l a y 一一，一一一_ 一一 ： m d a t a ip i d a 协a r c h i v e r 一 图3 1 3p i - a c t i v e v i e w 作用示意图 c ) 、p i a c t i v e v i e w 控件按照控件的d i s p l a y u r l 属性中指定的路径将服务器 端的p id i s p l a y 文档( p a l 文件) 下载到本地p c ，然后控件启动a c v i e w e x e d ) 、a c v i e w e x e 通过p i a p i 连接p i 服务器，得到p id i s p l a y 文档中所需 要的数据并即时更新，这样用户在客户端看到的p id i s p l a y 文档就与在服务器端 在p i - p r o e e s s b o o k 的动态显示保持同步，具有相同的效果瞄j 。 图3 1 4p i - a c t i v e v i e w 网页与服务器的信息交互示意图 第二节p l 数据库在火电厂监控系统中的应用 p i 数据库在火电厂监控系统中的作用及特点基本相同，本文以温州发电厂 为例介绍p i 数据库在电厂监控系统中的应用( 如图3 2 1 所示) 。温州发电厂引 进的实时数据产品p i 数据库系统，采用了分布采集、集中管理、信息互通的方 式。数据中心有八台i b ms e r i e s 服务器，八台服务器皆安装w i n 2 0 0 0 操作系统， 斯扛大学硕士学位论文 图3 2 1 濑州发电实时系统结构示意图 p i 簸务器软终运褥在彝3 鼹务器t ，终为s i s 嚣夔p i 驻务器，莓4 鬏务嚣笼p l 数 据的实时备份，作为m i s 区的p i 服务器。所有接口机和用户都和船服务器连接， 是一种典型的b r o w s e r s e r v e r 结构。应用稷序运行在# 5 服务器上，采用v i s u a le + 6 0 语言壤写，软舞静运移效率、霉纛搜稻灵活毪都缀嵩，可敬袭年安全稳 定地运行。接口机上安装了两块网卡，一块网卡与工厂网相连，一块网卡与低层 控制网楣连，接阳软件有容错的功能，当p i 服务器发生故障或网络出现故障时， 接弱凝霹戳继续曩终，把采集瓣豹数据彗隧僚存在本戆磺鑫，当p l 辍务器或阙 络恢复正常时接口机能把数据补回到p i 服务器，这样可以确保数据不薏失。并 且通过光缆与p i 服务器连接，搬生产装置巾的生产数据传送到管理网的p i 服务 器审。甬蔚备套装鹫酶生产数撵已实辩集成籀p i 服务器巾。 p i 系统中集成了多种数据，有测量值、操作值、设定值、计算假、报警信 号锩，其中测量毯占了绝大部分，这些数据在接口机上采集盼捌新频率是6 秒， 运行箍控人员在榘控室或管瑷嚣在办公室羲翻豹生产数攒与现场保持阏步。历史 浙江大学硕士学位论文 生产数据保存时间在一年以上p i 数据的采集频率可以在线调整，这样对不同 特性的数据可以采用不同的采集频率，以便获得最佳的信息量和达到系统资源最 合理地利用，数据的采集率可以达到1 0 0 。p i 实时数据库系统中位号属性值的 变化、位号的增加、删除和修改，接口软件能自动接收这些变化了的信息，并且 无需重新启动接口程序就可执行这些改交。 为实现p i 实时数据库在b s 模式体系结构中的应用，我们采用a c t i v e x 技 术，充分利用了p i 实时数据库自带的组件p i - a e t i v e v i e w 的功能并结合h t m l ， a s p ，i i s 等技术，开发过程中作了一下几方面的工作： ( 1 ) 在p i p r c o s s b o o k 上创建p d i 文件。把需要监控的电厂运行信息以流程 图，棒状图，参数图，趋势图，报警图等形式显示在p , t i 文件上。 ( 2 ) 利用p i - a c t i v e v i e wc a b w i z a r d 创建c a b 文件。c a b 文件是一种特殊格 式的文件，其内部包括a c t i v e x 控件及所需的所有必要的支持文件。运行 c a b w i z a r d c x c , 根据引导提示，选择h t t p 协议，填写所要创建c a b 文件在服务器 上的保存位置，写明所需要的a c v i e w i n f 及关于p l 服务器信息的i n i 文件的路径， 在添加组件项中选择p i b a t c h v i e w 和p i s q c 即可完成创建过程。 ( 3 ) 创建h t m l 页面。在h t m l 中加入下面一段代码，这段代码利用 o b j e c t 标识人工地实现a c t i v e x 嵌入h t m l 啪b j e c 伊 o b j e c t 定义了a e t i v e x 的序号，名称，以及在w e b 页面中所占的空间大 小( i ) 标准a e t i v e x 属性：c l a s s i d 是a c f i v e x 在系统中的注册号，可以在p i 中查找；c o d e b a s e 定义u r l 指向a c t i v e x 文件，v e r s i o n 给出了p i - a c t i v e v i e w 的版本，浏览器端根据本地机器有无p i - a c t i v e v i e w 及其版本高低自动下载。( i i ) p id i s p l a y 文件属性，d i s p l a y u r l 为1 x i i 文件的定义名，v a l u e 给出了p d i 文件的 1 7 浙江大学硕士学位论文 下载路径。 ( 4 ) 服务器端设置。在 i s 中设置服务器的i p 地址，文档及主目录，把所 需要的文件复制到相应目录。在本例中将其拷贝到m y w e b s e r v e r 中的 p r 指向 的实际目录中。 ( 5 ) 客户端设置。在h t m l 页面的o b j e c t 元素的c 州e b a s e 属性中已经 指定了