基于AJAX技術的電力監控系統的開發與應用

黃磊明，王黎明

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基于AJAX技術的電力監控系統的開發與應用

黃磊明，王黎明

（海軍工程大學 電氣工程學院，武漢 430033）

目前，電力系統的監控在電能質量管理中具有重要的地位和作用。傳統的監控平臺采用的仍然是主從模式，這種模式要求在上位機安裝一個單獨的監控軟件，在開發、部署、維護、更新等方面相對繁瑣。基于AJAX技術的電力監控系統突破了這種傳統的監控數據的顯示方式，采用的B/S改進模式使得用戶僅需要一個通用瀏覽器即可實現數據的監控，方便快捷，成本低廉。同時，監控也不再受地理位置的限制，可實現系統及設備的遠程診斷和分析。

電力監控 AJAX 瀏覽器

0 引言

電力作為國家的基礎行業之一，不斷推動著國民經濟的快速發展。隨著用電需求的逐步擴大，電能質量越來越受到人們的重視。用戶需要更加有效的電力監控管理解決方案來應對上述變化帶來的挑戰，以實現電力系統持續、可靠、穩定的運行。傳統的平臺監控采用的仍然是C/S模式[1]，即電壓、電流、開關狀態等信號量從底層的下位機采集以后，通過數據傳輸接口送到集控臺進行處理，這種模式就要求在集控臺開發一個單獨的應用程序，才能對終端設備進行監測和控制。由于需要將可執行文件安裝到集控臺，程序的部署及其更新的復雜性一直是困擾用戶和開發人員的問題。AJAX技術則可突破這種傳統的顯示方式，用戶僅需要一個通用瀏覽器即可實現數據的監控，方便快捷，大大地降低了部署維護成本。而且，監控也不再受地理位置的限制，可實現系統及設備的遠程診斷和分析。

1 AJAX模型的工作機制

傳統的Web應用模型采用的是同步交互的方式[2]。當下位機在處理請求的時候，用戶多數時間只能處于等待狀態，監控頁面中顯示的內容也只是一片空白。而且由于下位機需要進行復雜的數據處理并返回一個完整的HTML頁面至集控臺，所以用戶可能需要較長時間的等待。

電力監控系統引入AJAX引擎后，用戶操作與下位機響應便可實現異步化。與傳統的Web應用不同，在電力數據開始傳輸時，瀏覽器不是首先將整個監控頁面裝入，而是先加載AJAX引擎。AJAX引擎顯示用戶界面并代理用戶與下位機溝通。用戶發送請求后不必等待下位機的響應，用戶可以繼續使用瀏覽器完成其它操作，比如下一個指令的填寫。下位機接到AJAX引擎發送來的請求后做出處理，返回結果，并改變HTTP就緒狀態。AJAX引擎監聽到HTTP的就緒狀態發生改變，則調用對應的函數來接收處理結果并以此更新頁面的指定部分[3]。瀏覽器并不需要刷新整個監控頁面，只是更新頁面的部分內容，整個過程不必打斷用戶與應用的交互，減少了網絡延遲帶給用戶體驗的不便。

圖1 傳統Web應用模型和AJAX模型

2 AJAX技術在電力監控中的典型應用

電力系統需要監控的參數有很多，主要包括電流、電壓、功率等模擬量，斷路器、隔離開關、閘刀等設備的開關狀態以及環境溫度、濕度、酸堿度等指標。當電力系統發生短路、斷路、失火等故障時，監控系統應能夠進行實時報警和遙測遙控。AJAX技術由來已久，其中為大眾所熟知的應用是Google Maps，引入電力監控尚屬首次。基于AJAX技術的電力監控系統結合了眾多的編程技術，例如XMLHttpRequest實現異步交互、DOM實現局部刷新、JavaScript承上啟下以及CSS豐富頁面效果，突破了傳統的監控方式，人機交互更加智能化[4]。

2.1開關量輸入輸出

開關量傳感器發出的信號是接點信號，有斷開和閉合兩種狀態，用以指示刀開關、斷路器、接觸器、繼電器等設備的運行狀態。尤其是當電力系統發生跳閘故障時，可以起到很好的警示作用。以指示燈的狀態響應為例：

if(led1.responseText == "ON")

{

obj1.style.backgroundColor='#0F0'

obj1.style.fontSize='25px';

alert("Now the state of the first switch : closed.");

}

else

{

obj1.innerHTML =

obj1.style.backgroundColor='#F00';

obj1.style.fontSize='25px';

alert("Now the state of the first switch : open.");

}

代碼中涉及到XMLHttpRequest提供的responseText屬性，實現了以字符串方式取得下位機回傳的數據[5]。通過回傳值led1.responseText與ON和OFF的比較，分別彈出不同的對話框內容，提示第一路的開關狀態。這使得用戶只同下位機進行電力數據層面的交換，而不用每次都刷新整個界面，并且數據處理的工作轉移到了集控臺，這樣既減輕了下位機的負擔又加快了響應速度、縮短了用戶的等候時間。

圖2 開關量輸入輸出頁面

2.2模擬量輸入

圖3模擬量輸入頁面

位于電力系統底層的傳感器把諸多過程參數如電流、電壓、頻率等模擬量信號經過前置放大、采樣保持、模數轉換后，通過接口電路以數字量信號送入集控臺，從而完成對電參量的監測任務。圖3即為電壓采集頁面，程序代碼如下所示：

sString = s.responseText;

varmyString = new String(sString);

var mv1 = myString.substring(1,6);

通過例4進一步推導可知，若極限式中有冪指函數地f(x)g(x)，常用換底公式eg(x)lnf(x)將其化為指數函數進行處理。

var ev1 = myString.substring(7,12);

var mv2 = myString.substring(13,18);

var ev2 = myString.substring(19,24);

……

通過利用JavaScript中的substring方法獲取多個字符，可以實現局部刷新web頁面顯示可編程邏輯控制器上傳的電壓數據。JavaScript在這里起到了一個承上啟下的作用：一方面，它通過其屬性和方法操作DOM，將用戶請求通過XMLHttpRequest對象實現與下位機的異步交互通信；另一方面，AJAX利用JavaScript的特性實現對用戶行為的實時響應與處理[6]。

2.3模擬量輸出

圖4模擬量輸出頁面

模擬量輸出的目的是把集控臺發出的數字量信號轉換成模擬量電壓或電流信號，去驅動相應的執行器，從而達到控制的目的。脈沖寬度調制（PWM）便是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。本例中可實現的功能主要包括：

1．6個獨立的輸出通道，通過編程可控制其輸出波形的頻率（即周期）。

2．每一個PWM輸出通道都能調制出占空比從0-100%變化的波形。

3．周期和脈寬可以被雙緩沖。

4．具有遇到緊急情況可關閉相應輸出通道。

這里用到了文檔中一個非常重要的事件，那就是鼠標事件。在JavaScript中，使用onclick事件來表示鼠標單擊事件，使用ondblclick事件來表示鼠標雙擊事件[7]。本例中，通過單擊按鈕“PWM1ON/OFF”，觸發pwm_onoff1()函數，就可實現PWM1的開關轉換，代碼如下：

2.4其他測量

電力系統的環境溫度、濕度、酸堿度等因素對其穩定運行有著至關重要的影響。以溫度測量為例，傳感器將采集的溫度參數上傳至下位機，集控臺的瀏覽器打開后，即運行文檔載入事件onLoad事件，加載測溫函數gettemp()，并利用setTimeout()函數實現動態間隔500ms獲取芯片溫度。

圖5測溫頁面

在動態顯示溫度時，還用到了DOM中的document 對象的getElementById()方法：document.getElementById("temp").innerHTML ="";其作用是將回傳值gettemp.responseText返回到指定id—temp屬性innerHTML中。這里的document對象代表了整個XML的文檔，所有其它的節點，都以一定的順序包含在document對象之內，排列成一個樹形的結構，通過遍歷這棵樹可以來得到XML文檔的所有的內容，然后再來執行后續的修改、添加、刪除等操作。

2.5頁面設計

CSS層疊樣式表出現彌補了HTML超文本標記語言在格式修飾中的不足，同時能夠實現頁面格式的批量動態更新。通過使用腳本與CSS結合，動態控制頁面元素的位置、色彩等屬性，可進一步豐富頁面的動態效果[8]。

CSS定義的方式有很多種，包括嵌入方式、行內方式和外部鏈接方式等[9]。嵌入方式和行內方式定義后的CSS只對該網頁起作用，這對于一個大型網站來說也是很麻煩的，而且大部分工作都是重復的。外部鏈接方式定義CSS就能很好地解決該問題。外部鏈接是通過將CSS定義成一個單獨文件，當使用CSS時，就將其引入到相應的網頁文件中。這樣不但可以節省工作量，也更易于維護整個網站。例如：

其中01_same.css和01_index.css分別是定義成一個單獨文件的CSS。

3 結束語

通過AJAX技術在電力監控系統中的應用，實現了局部刷新Web頁面顯示可編程邏輯控制器上傳的電壓、電流等數據，向用戶提供電力系統底層受控點的實時運行狀態信息，最大程度地減少了冗余請求，節約了網絡帶寬，減少了用戶心理和實際的等待時間，提高了用戶網絡體驗的質量。同時，通過集控臺的Web頁面遠程控制PLC的模擬量、開關量輸出，提高了處理效率，監控方式也更加智能化。隨著電力網絡的不斷發展，作為監控系統智能化的重要支持的服務器也會越來越重要。如何設計更加友好的網頁界面，建立一個高性能、安全、快速、兼容性好的服務器也是未來發展的趨勢。

[1] 龔海燕. 基于C/S模式的網絡遠程監控系統[D]. 南京航空航天大學, 2003.

[2] 周東星, 李心科. 基于MVC和MAX的Web開發模型的設計與應用[J]. 合肥工業大學學報, 2008, 31(9): 1438.

[3] 徐紅升, 張瑞玲. 基于SSH整合MVC分層的網上商城的設計與實現[J]. 洛陽師范學院學報, 2013, 32(2): 76.

[4] Andy Zaidman, Nick Matthijssen, Margaret-Anne Storey, Arie van Deursen. Understanding Ajax applications by connecting client and server-side execution traces [J]. Empirical Software Engineering, 2013, 18(2): 181-218.

[5] 曹衍龍, 葉達峰. Ajax編程技術與實例[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2007.

[6] Alessandro Marchetto, Filippo Ricca, Paolo Tonella. A case study-based comparison of web testing techniques applied to AJAX web applications[J]. International Journal on Software Tools for Technology Transfer, 2008, 10(6): 477-492.

[7] 熊文, 熊淑華, 孫旭, 張朝陽. Ajax技術在Web2. 0網站設計中的應用研究[J]. 計算機技術與發展, 2012, 22(3), 147.

[8] B. Douglas Blansit. An Introduction to Cascading Style Sheets (CSS)[J]. Journal of Electronic Resources in Medical Libraries, 2008, 5(4): 395-409.

[9] David Powers. The Essential Guide to Dreamweaver CS4 with CSS, Ajax, and PHP[M]. Springer-Verlag New York Inc, 2009.

Development and Application of the Power Monitoring System Based on AJAX Technology

Huang Leiming, Wang Liming

(College of Electrical Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

At present, the power monitoring plays an important role in the power quality management. Traditional monitoring platform is still the master and slave mode, which requires installing a separate monitoring software on the upper computer, so that it is relatively complicated in development, deployment, maintenance, update and other aspects. The power monitoring system based on AJAX technology has broken through the traditional display mode. The modified B/S model makes it come true that the users only need a general browser to achieve data monitoring, which is convenient and budget. At the same time, the monitoring is no longer limited by geographical location, and the remote diagnosis and analysis of system and equipment becomes reality.

power monitoring; AJAX; browser

TP391.8

A

1003-4862（2016）04-0019-04

2015-11-10

黃磊明（1987-），男，碩士研究生。研究方向：檢測技術與自動化裝置、故障錄波技術。

王黎明（1979-），男，副教授，碩士研究生導師。研究方向：電網自動化調度與管理技術、嵌入式系統設計與開發。