基于Silverlight和WCF技術(shù)的實時數(shù)據(jù)圖形展示系統(tǒng)研究

安 磊，吳英俊，黃昕穎，黃俊惠

（1.寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315010；2.華北電力大學(xué)，北京 102206；3.寶迅信息技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315020）

0 引言

隨著國內(nèi)電力市場改革和電力企業(yè)信息化進程的不斷深入，供電企業(yè)對生產(chǎn)中的實時/歷史數(shù)據(jù)提出了更高的需求。在實施狀態(tài)檢修、負(fù)荷監(jiān)測、運行優(yōu)化等生產(chǎn)操作時，都需要了解現(xiàn)場的實時生產(chǎn)狀況，并盡可能完整地將生產(chǎn)過程記錄保存下來。PI實時數(shù)據(jù)庫作為管控一體化的橋梁，不但在生產(chǎn)監(jiān)測上發(fā)揮了重要作用，管理部門也可以通過PI數(shù)據(jù)庫獲取歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過分析過程歷史數(shù)據(jù)來優(yōu)化生產(chǎn)、提高效率。

寧波電業(yè)局是浙江省電力公司的PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫項目試點單位，于2005年啟動PI實時數(shù)據(jù)庫建設(shè)，接入了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、蓄電池監(jiān)測、負(fù)荷監(jiān)控等多個系統(tǒng)，積累了覆蓋整個寧波地區(qū)的、豐富的電網(wǎng)運行實時/歷史數(shù)據(jù)，有效利用這些數(shù)據(jù)將有利于企業(yè)進一步的精益化管理。

1 實時數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題

雖然PI數(shù)據(jù)庫中積累了大量的電網(wǎng)運行實時/歷史數(shù)據(jù)，但要讓這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生效益還需要進行加工，從數(shù)據(jù)中提煉信息供運行管理人員使用，作決策參考。目前使用最多的形式是統(tǒng)計報表，業(yè)務(wù)人員通過PI數(shù)據(jù)庫提供的基于Excel的客戶端工具，取出實時/歷史數(shù)據(jù)，按照一定的要求進行統(tǒng)計分析，制作成各種報表，如電壓合格率報表、電容投切統(tǒng)計報表等，這些報表一般可作為歷史統(tǒng)計、事后分析、管理考核的依據(jù)。報表數(shù)據(jù)詳盡，但是不夠直觀，雖然可以利用Excel的圖表功能進行簡單的圖形繪制，但是共享卻十分不方便。

在線監(jiān)測也是目前應(yīng)用較多的實時數(shù)據(jù)使用方式。利用PI數(shù)據(jù)庫提供的客戶端工具Process-Book制作各種監(jiān)測圖，具有實時更新功能，可以作為運行人員的監(jiān)測手段在本機使用。如果要通過網(wǎng)絡(luò)方式進行應(yīng)用，用戶必須安裝ActiveView插件，并正確配置PI系統(tǒng)運行環(huán)境，而且Active View還要符合ProcessBook的版本要求，否則也無法通過Web方式查看。目前在企業(yè)內(nèi)以Web方式進行信息交流已成為主流，通過ProcessBook制作實時圖形應(yīng)用的方式已經(jīng)不能適應(yīng)信息化建設(shè)的要求。

鑒于此，本文提出利用微軟公司發(fā)布的Silverlight技術(shù)實現(xiàn)在線圖形展示，包含“棒圖”、“趨勢圖”、“儀表圖”和“值圖”等常用實時數(shù)據(jù)展示圖形控件和在線圖形編輯器，實現(xiàn)免安裝配置PI運行環(huán)境就可以利用PI實時數(shù)據(jù)制作圖形應(yīng)用，并且方便共享和在線展示，不但解決了傳統(tǒng)圖形的諸多問題，其包含的獨立圖形控件亦可以供其他系統(tǒng)二次開發(fā)使用，節(jié)約成本、提高效率。

2 Silverlight和WCF技術(shù)簡介

Silverlight是微軟公司在.net Framework平臺上新開發(fā)的跨平臺、跨瀏覽器插件技術(shù)，主要用于創(chuàng)建和分發(fā)用于Web和移動設(shè)備的下一代多媒體應(yīng)用，具有豐富的交互式應(yīng)用程序，尤其適合圖形展示應(yīng)用。

WCF是微軟公司為構(gòu)建面向服務(wù)的應(yīng)用提供的分布式通信編程框架，建立在基于消息通信的概念基礎(chǔ)之上，可以在不同傳輸機制間提供統(tǒng)一的API（應(yīng)用程序接口）。針對PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)私有的數(shù)據(jù)獲取協(xié)議的情況，要實現(xiàn)用戶免安裝配置即可使用PI數(shù)據(jù)庫中的實時/歷史數(shù)據(jù)，WCF為基于Web的圖形與PI的數(shù)據(jù)通信提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通道。

3 系統(tǒng)基本功能及實現(xiàn)

3.1 基本功能

為了滿足業(yè)務(wù)人員對PI實時數(shù)據(jù)圖形展示的要求，實時數(shù)據(jù)圖形展示系統(tǒng)必須具備以下基本功能：

（1）靈活多樣的數(shù)據(jù)展示手段。業(yè)務(wù)人員常用的圖形分為“棒圖”、 “值圖”、 “儀表圖”、 “趨勢圖”等，前3種分別通過柱形圖、指針儀表和數(shù)值等不同形式展示了一個數(shù)據(jù)測量點在指定時刻的數(shù)值，便于用戶查看數(shù)值的大小以及判斷是否符合要求。“趨勢圖”則用來展示一段時間內(nèi)的多個數(shù)據(jù)，通過曲線的方式表明測量點的數(shù)值變化趨勢，供業(yè)務(wù)人員分析生產(chǎn)運行趨勢，或通過在同一張“趨勢圖”中繪制多條曲線，從而比較、分析不同測量點之間的關(guān)聯(lián)或?qū)Ρ汝P(guān)系。

根據(jù)圖形復(fù)用的要求，系統(tǒng)將這些圖形包裝為Silverlight圖形控件，其他系統(tǒng)可以利用Silverlight編輯環(huán)境使用這些圖形控件。這些圖形控件通過WCF技術(shù)可以“主動”、不斷地從PI數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)進行展示，也可“被動”地接受用戶提供的數(shù)據(jù)進行展示，還可以根據(jù)用戶的輸入調(diào)整背景色、大小等外觀。

（2）方便進行圖形的編輯。普通的業(yè)務(wù)人員并不熟悉Silverlight編輯環(huán)境，要利用這些圖形控件十分不方便，因此實時圖形展示系統(tǒng)須為普通業(yè)務(wù)人員提供在線圖形編輯器。用戶只需要打開瀏覽器，進入實時圖形編輯器，即可建立個性化的實時圖形應(yīng)用，并向應(yīng)用添加、刪除、修改各種圖形，還可以進行移動、縮放等操作，設(shè)置圖形控件及編輯器自身的屬性，并將各種圖形控件的屬性和整個編輯器自身的屬性存入數(shù)據(jù)庫。在下次使用時，用戶通過選取上次保存的記錄，軟件調(diào)用WCF服務(wù)將數(shù)據(jù)傳輸至Silverlight應(yīng)用程序，使其在瀏覽器中自動生成相應(yīng)的圖形應(yīng)用界面，還原前次的編輯結(jié)果。用戶也可以在編輯器中通過共享模式的設(shè)置來設(shè)定是否允許其它用戶查看甚至修改編輯好的圖形應(yīng)用。實時圖形編輯器效果圖見圖1。

圖1 圖形控件及編輯器演示

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

整套系統(tǒng)使用Visual Studio 2008 Team System作為開發(fā)平臺，以Visual C#作為開發(fā)語言，SQL Service 2005作為后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，利用PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)。設(shè)計時根據(jù)應(yīng)用情況分為圖形控件和編輯器兩大模塊，既可聯(lián)合應(yīng)用也可獨立使用。

圖形控件采用表現(xiàn)層、WCF服務(wù)接口、編輯器接口和數(shù)據(jù)訪問層的分層架構(gòu)設(shè)計方式實現(xiàn)。Silverlight應(yīng)用程序根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)繪制圖形控件及其內(nèi)容，響應(yīng)鼠標(biāo)、鍵盤等用戶操作進行交互，并作為系統(tǒng)表現(xiàn)層在客戶端瀏覽器中運行。WCF服務(wù)接口定義了客戶端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)通信的地址，基于HTTP的通信協(xié)議、異步數(shù)據(jù)操作方法，實現(xiàn)了部署于服務(wù)器的PISDK獲取PI實時數(shù)據(jù)和運行于客戶端瀏覽器的Silverlight程序進行展示的異步數(shù)據(jù)通信。編輯器接口引用了編輯器定義的方法，用于圖形控件在被編輯器使用時響應(yīng)編輯器發(fā)出的“縮放”、“序列化”、“反序列化”等操作指令，實現(xiàn)了控件與編輯器聯(lián)合使用交互功能。數(shù)據(jù)訪問層用來接收處理控件接收到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以是通過WCF主動連續(xù)定時獲取的，也可以是其它應(yīng)用程序直接向數(shù)據(jù)訪問層發(fā)送的。這樣圖形控件就能被其它Silverlight應(yīng)用程序通過類似Windows標(biāo)準(zhǔn)控件的方法來使用，便于二次開發(fā)。

圖形控件編輯器的分層架構(gòu)設(shè)計與圖形控件一致，分為4層結(jié)構(gòu)，分別如圖2、圖3所示。不同的是編輯器的WCF服務(wù)在服務(wù)器端，不訪問PI實時數(shù)據(jù)庫，而是與SQL Service 2005后臺數(shù)據(jù)庫交互。SQL Service 2005后臺數(shù)據(jù)庫用來保存、修改、刪除使用編輯器的人員信息和用戶自定義的圖形應(yīng)用記錄。編輯器接口定義了各種方法用來向圖形控件發(fā)出編輯器獲取的各種用戶操作，由用戶控件完成指令反饋結(jié)果。由于接口方法由編輯器統(tǒng)一定義，控件只需實現(xiàn)即可，大大方便了編輯器使用新的圖形控件，而無需修改編輯器。

圖2 圖形控件架構(gòu)

圖3 圖形編輯器架構(gòu)

4 系統(tǒng)應(yīng)用

圖形展示系統(tǒng)包括WCF服務(wù)、SQL Service 2005后臺數(shù)據(jù)庫、PI實時數(shù)據(jù)庫，均部署于后臺服務(wù)器。用戶在電力系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)通過瀏覽器即可訪問。系統(tǒng)為用戶提供了如下服務(wù)：

（1）多用戶可同時通過瀏覽器加載應(yīng)用程序，實現(xiàn)添加、刪除、修改、移動、縮放等功能，編輯獨立的圖形并加以保存。再次使用時可根據(jù)權(quán)限查看和修改自己或他人的圖形應(yīng)用，達到應(yīng)用再現(xiàn)和數(shù)據(jù)共享。

（2）多個圖形應(yīng)用中的圖形控件通過WCF技術(shù)可同時獲取不同的數(shù)據(jù)進行展示，相互獨立、互不影響，保證數(shù)據(jù)的安全性。

（3）圖形控件可拆分應(yīng)用于其它項目，用于特定的數(shù)據(jù)展示，并不局限于PI數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，靈活方便。圖4、圖5均是控件在其它項目中單獨應(yīng)用的效果。

圖4 圖形控件在無功補償項目應(yīng)用（局部）

圖5 圖形控件在超載模塊應(yīng)用（局部）

利用上述功能，寧波電業(yè)局開發(fā)了“主變壓器及線路超載分析”、“鎮(zhèn)海配電變壓器及無功補償裝置運行狀態(tài)監(jiān)測”和“鎮(zhèn)海SCADA電量及ERTU電量對比分析圖”等多個應(yīng)用，用戶可快速方便地查詢PI實時/歷史數(shù)據(jù)，并且實現(xiàn)了多用戶環(huán)境下的電網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)的展現(xiàn)更加美觀友善，數(shù)據(jù)傳輸更加安全快速。

5 結(jié)語

PI實時數(shù)據(jù)圖形展示系統(tǒng)采用Silverlight技術(shù)，利用WCF技術(shù)建立數(shù)據(jù)通道，滿足了電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)運行中對實時/歷史數(shù)據(jù)在線圖形化應(yīng)用的需求，解決了多用戶環(huán)境下數(shù)據(jù)共享困難、PI應(yīng)用環(huán)境配置復(fù)雜等問題，提高了用戶的工作效率，增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

系統(tǒng)中的圖形控件還能被其它項目靈活應(yīng)用，方便開發(fā)人員進行二次開發(fā)，縮短開發(fā)時間，節(jié)約開發(fā)成本。

[1]徐孝忠，黃俊惠.基于實時數(shù)據(jù)庫的設(shè)備對象數(shù)據(jù)中心的研究[J].電力信息化，2009，7（10）∶42-45.

[2]王成良，李韌，王主丁.應(yīng)用Silverlight 2.0和WCF技術(shù)構(gòu)建電網(wǎng)主線接線圖形編輯系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化.2009，33（11）∶85-88.

[3]丁士峰.精通Silverlight-RIA開發(fā)技術(shù)詳解[M].北京∶人民郵電出版社，2008.

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