基于Internet的電廠實時監(jiān)控圖形顯示技術(shù)應用

摘要：基于B/S體系結(jié)構(gòu)開發(fā)Internet應用程序是當前的流行趨勢。介紹了基于Internet的電廠實時監(jiān)控圖形顯示技術(shù)的實現(xiàn)方法。采用目前工業(yè)監(jiān)控環(huán)境中的圖形動態(tài)交互技術(shù)，針對圖形刷新閃爍現(xiàn)象這一關(guān)鍵問題提出了不同的解決方法。最后介紹了基于ActiveX控件技術(shù)的動態(tài)圖形顯示技術(shù)的應用實例。
關(guān)鍵詞：Internet；B/S；實時監(jiān)控；圖形動態(tài)顯示；ActiveX控件

0 前言

隨著Internet技術(shù)的迅速發(fā)展和Web技術(shù)的日趨成熟，許多企業(yè)都建立了基于網(wǎng)絡(luò)平臺的工業(yè)過程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)信息資源的共享。特別在電力系統(tǒng)，隨著電廠廠級實時監(jiān)控系統(tǒng)的日趨完善，建立基于Internet的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)將成為電廠綜合自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，通過把電廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息以Web形式網(wǎng)上發(fā)布，實現(xiàn)對分散在各地的電廠實時遠程監(jiān)控、管理和數(shù)據(jù)信息共享，優(yōu)化生產(chǎn)，提高經(jīng)濟效益等。

但目前基于Internet的圖形顯示技術(shù)存在著許多問題，主要在三個方面：①圖形動態(tài)顯示的實時性。在監(jiān)控系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的是現(xiàn)場設(shè)備、服務(wù)器和用戶之間的圖形數(shù)據(jù)交互，而實時數(shù)據(jù)的傳輸延遲要控制在幾秒內(nèi)，否則將出現(xiàn)畫面滯后；②圖形顯示過程出現(xiàn)刷新閃爍現(xiàn)象，這是動態(tài)顯示中需要解決的關(guān)鍵問題；③由于電廠安全性要求很高，因此如何保障圖形數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩彩腔诰W(wǎng)絡(luò)圖形顯示技術(shù)的難點。

為克服這些問題，在對目前的圖形交互技術(shù)進行詳細分析的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于ActiveX/DCOM技術(shù)的B/S體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電廠遠程監(jiān)控圖形動態(tài)顯示。并針對圖形顯示的關(guān)鍵問題――刷新閃爍現(xiàn)象，提出解決方法；然后通過實例介紹基于ActiveX控件的監(jiān)控圖形顯示技術(shù)。

1 圖形動態(tài)顯示技術(shù)

目前實現(xiàn)交互式動態(tài)網(wǎng)頁顯示的技術(shù)有很多，從最初的CGI到現(xiàn)在的PHP、Java Applet、ASP和JSP等，它們作用各有利弊。

1.1 Java Applet技術(shù)

Java Applet技術(shù)，是用Java語言編寫的應用程序，通過將嵌入在網(wǎng)頁中的Java小程序下載到客戶端直接操作。這種處理方式分散系統(tǒng)尤其是Web服務(wù)器的處理負擔，提高了系統(tǒng)效率，增強了交互的實時性。但由于Applet要在瀏覽器端運行，增加了本地開銷，不符合Web開發(fā)中“瘦客戶”的要求。

1.2 ASP(Active Server Pages)技術(shù)

ASP技術(shù)是Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的集成技術(shù)，是微軟公司推出的服務(wù)器腳本編寫環(huán)境，結(jié)合HTML網(wǎng)頁、Script語言和ActiveX控件，與數(shù)據(jù)庫綁定，創(chuàng)建動態(tài)、交互的服務(wù)器應用程序^[1]。ASP最大的優(yōu)點是所有的程序都在服務(wù)器端執(zhí)行,包括所有嵌在HTML網(wǎng)頁中的腳本程序，服務(wù)器僅將執(zhí)行的結(jié)果返回給客戶,這樣就減輕了客戶端瀏覽器的負擔,大大提高了交互的速度。但ASP的不足是它只能在Windows系列的環(huán)境下運行。圖1為ASP的動態(tài)顯示模型。

圖1 基于ASP的動態(tài)顯示模型

1.3 JSP(Java Server Pages)技術(shù)

JSP技術(shù)是基于Java Servlet以及整個Java體系的Web開發(fā)技術(shù)^[2]?？梢杂肵ML標識來設(shè)計和格式化最終頁面，生成內(nèi)容的邏輯被封裝在標識tag和Java Beans組件中，與腳本程序綁定，然后將JSP編譯成Java Servlet在服務(wù)器端運行來實現(xiàn)動態(tài)顯示。JSP的優(yōu)點是所有腳本均在服務(wù)器端執(zhí)行，實現(xiàn)內(nèi)容的生成和顯示分離；可重用且跨平臺的組件JavaBeans或EJB；而且JSP的腳本在首次執(zhí)行時被編譯成為Servlet，并有Java虛擬機執(zhí)行，以后執(zhí)行都不需編譯，執(zhí)行效率高。但JSP只能通過JDBC或JDBC-ODBC橋接訪問數(shù)據(jù)庫，效率低。

通過以上圖形顯示技術(shù)的對比，可以得出這幾種圖形顯示技術(shù)的比較結(jié)果，如表1所示。

表1 幾種圖形顯示技術(shù)比較

2 基于Internet的圖形顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過以上圖形顯示技術(shù)的分析比較，采用ASP技術(shù)，利用其ActiveX/DCOM組件技術(shù)支持，可以很好的實現(xiàn)電廠遠程實時監(jiān)控圖形動態(tài)顯示的要求。在B/S體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上^[3]，我們設(shè)計了一種新型B/S模式的基于Internet的遠程監(jiān)控圖形動態(tài)顯系統(tǒng)，如圖2所示。

客戶通過瀏覽器登錄到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器對用戶身份驗證后，根據(jù)客戶權(quán)限把客戶可以瀏覽的網(wǎng)頁顯示在客戶端，并把網(wǎng)頁中嵌入的ActiveX控件下載并注冊到客戶端；嵌套的組件根據(jù)網(wǎng)頁參數(shù)設(shè)置通過代理機向應用服務(wù)器提出數(shù)據(jù)請求，應用服務(wù)器接受用戶請求，通過SQL等方式向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提出數(shù)據(jù)處理請求；數(shù)據(jù)庫接受應用服務(wù)器的請求，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，并把實時數(shù)據(jù)或圖形結(jié)果提交客戶端。

這種體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：①充分發(fā)揮B/S 模式的優(yōu)勢，保持瘦客戶端的優(yōu)點；②將服務(wù)器劃分為Web服務(wù)器和應用服務(wù)器兩部分。應用服務(wù)器采用Active/DCOM組件技術(shù)實現(xiàn)B/S結(jié)構(gòu)中的應用邏輯部分，解決了動態(tài)顯示的實時性問題，同時達到封裝源代碼、保護知識產(chǎn)權(quán)的目的；③通過代理機實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)傳輸，保障應用服務(wù)器的安全性。代理機位于防火墻與應用服務(wù)器之間，當用戶請求數(shù)據(jù)時，代理機接受請求，并休眠與外網(wǎng)連接線程，然后把請求傳給內(nèi)網(wǎng)應用服務(wù)器；當數(shù)據(jù)結(jié)果返回時，關(guān)閉與內(nèi)網(wǎng)連接，啟動傳輸線程，把數(shù)據(jù)結(jié)果傳給用戶。在傳輸過程中，電廠內(nèi)外網(wǎng)不直接通信，保障了電廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全。

3 圖形顯示自動刷新技術(shù)

在連續(xù)動態(tài)顯示過程中, 當屏幕由一個場景變化為另一個場景時, 須首先將原先的背景擦除, 然后將新的圖形繪制到屏幕上, 但顯示背景不斷擦除以及繪制圖形所用時間較長, 導致屏幕出現(xiàn)不連續(xù)^[4]，即刷新閃爍現(xiàn)象。為此我們在此提出幾種解決途徑。

3.1 Web網(wǎng)頁自動刷新技術(shù)

在Web網(wǎng)頁中自動更新顯示，可在Web網(wǎng)頁設(shè)計中使用META語句來實現(xiàn)。META語句放置在HTML或ASP代碼的頭部，如網(wǎng)頁每隔5秒刷新一次，可以通過以下META語句來實現(xiàn)：

HEAD>META HTTP-EQUIV=“REFRESH” CONTENT=“5” URL=http://202.206.210.146/Trendshow1.ocx> /HEAD>

刷新一次，整個文件重新執(zhí)行一次到數(shù)據(jù)庫的連接，把數(shù)據(jù)庫中相應的圖形數(shù)據(jù)的變動反映給客戶端。這種方法簡單，適用于以只讀方式向客戶端提供數(shù)據(jù)，其刷新頻率不宜過快，否則當相應的數(shù)據(jù)變化較快或比較多時可能出現(xiàn)屏幕顯示不連續(xù)，即閃爍現(xiàn)象，不利于數(shù)據(jù)的監(jiān)測。因此，本方法適用于數(shù)據(jù)實時性不強或變化比較緩慢的條件下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示。

3.2 基于Java程序的更新數(shù)據(jù)

監(jiān)控電廠生產(chǎn)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，要將實時數(shù)據(jù)和實時趨勢曲線顯示在監(jiān)控畫面上?？梢圆捎肑ava Applet小程序直接與Web服務(wù)器相連獲取實時數(shù)據(jù)庫中實時數(shù)據(jù)，然后利用Java程序自身的多線程和繪圖優(yōu)勢來實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的自動刷新。為了將背景畫面和與實時數(shù)據(jù)相關(guān)的圖形、數(shù)字區(qū)分開，通常采用雙緩存技術(shù)把背景畫面載入，在Java小程序的Paint()函數(shù)中編寫與實時數(shù)據(jù)相關(guān)的圖形、數(shù)據(jù)的顯示代碼。在Java小程序的線程Run()函數(shù)中利用DAO等實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢，Java小程序線程的休眠時間由Sleep()函數(shù)決定。每次線程運行時,對數(shù)據(jù)庫重新查詢得到新的數(shù)據(jù),并使得小程序重畫，這樣就把動態(tài)的圖形數(shù)據(jù)反映給客戶。Java小程序執(zhí)行速度快，刷新頻率較快，適合實時圖形數(shù)據(jù)的讀取和顯示。

3.3 圖形畫面刷新無閃爍

利用ActiveX組件技術(shù)實現(xiàn)遠程監(jiān)控的圖形動態(tài)顯示，可以徹底解決動態(tài)顯示時自動刷新出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象。一般來說，解決刷新閃爍現(xiàn)象的方法有兩個方面：一是避免反復設(shè)置背景監(jiān)控畫面和清屏；二是避免直接在屏幕上重畫。

為此，采用雙緩沖技術(shù)來解決刷新閃爍，即利用ActiveX控件在客戶端建立內(nèi)存緩沖區(qū)，把原來直接在屏幕上的繪圖操作全部改在緩沖區(qū)里繪制，最后再將緩存區(qū)中繪制好的圖形一次性畫到屏幕上。對于一般實時性不強的畫面，刷新周期設(shè)置低點，可以解決刷新閃爍現(xiàn)象；對于實時性較強的圖形數(shù)據(jù)，通過這種方法也基本能消除刷新閃爍。

首先利用組態(tài)軟件把監(jiān)控背景畫面和各種圖元繪制好，存放在應用服務(wù)器中；其次，通過ActiveX控件中的CDataPathProperty類異步下載圖形元件，緩存到客戶端中，供控件調(diào)用。ActiveX控件中實現(xiàn)繪圖的部分代碼如下：

{……

//將位圖句柄調(diào)入緩沖區(qū)

CBitmap*pOldBitmap=m_pdcMemory->SelectObject(m_pBitmap);

m_pdcMemory-> SelectClipRgn(NULL);

m_pdcMemory->IntersectClipRect(rectUpdate);

……

//用位圖填充指定的圖形區(qū)域

m_pdcMemory->PatBlt(rectUpdate.left,rectUpdate.top, rectUpdate.Width(), rectUpdate. Height(),PATCOPY);

//將指向緩沖區(qū)的指針傳遞給繪圖函數(shù)

OnDraw (m_pdcMemory);

//將緩沖區(qū)中的繪好的圖形復制到屏幕上

dc.BitBlt(rectUpdate.left,rectUpdate.top,rectUpdate.Width(),rectUpdate.Height(),m_pdcMemory,rectUpdate.left,rectUpdate.top,SRCCOPY); ……}

4 應用實例

對于電廠遠程監(jiān)控系統(tǒng)，不僅要訪問實時數(shù)據(jù)信息，而且還要將實時數(shù)據(jù)直觀地顯示在客戶端屏幕上。為此，我們采用Visio 2000來進行畫面組態(tài)，把組態(tài)的畫面供ActiveX控件調(diào)用，其中用Visual C++來設(shè)計ActiveX控件^[5]。

下面是系統(tǒng)中的機組運行分析曲線控件＂Trendlineshow1.ocx＂，其屬性如下所示：Host：運行服務(wù)代理的主機名或IP地址；Graphics：圖形文件的URL；AutoRefresh：是否自動刷新；RefreshTime：刷新周期，缺省為5s；AutoSize：決定是否根據(jù)圖形大小自動改變控件大小，缺省為真。

控件的工作過程如下:（1）利用CDataPathProperty類異步下載圖形文件，自動緩存在本地機器中，需要時則直接從緩沖區(qū)中讀取，加快了執(zhí)行速度；（2）利用CSocket類與服務(wù)代理建立TCP連接；（3）根據(jù)刷新周期啟動定時器；（4）處理定時器消息(WM-TIMER)，根據(jù)圖形文件中實時元件的定義向服務(wù)代理請求數(shù)據(jù)，并刷新圖形數(shù)據(jù)顯示。

其ASP網(wǎng)頁部分代碼如下：

H2 align=center>#4機組運行分析趨勢曲線/H2>

OBJECT id=trendlineshow1 style="Z-INDEX:100；LEFT:-2px;POSITION:absolute；TOP:45px" codeBase=http://10.1.32.222/ocx/show1.ocx classid="clsid:1A2D46F5-434C-42A1-1A9E7B9A2B8B">

PARAM NAME="_ExtentX" VALUE="2312"> PARAM NAME="_ExtentY" VALUE="1132">

PARAM NAME="SQLServerName" VALUE="websvr"> PARAM NAME="UID"VALUE="RMDSUser">

PARAM NAME="PWD" VALUE=""> PARAMNAME="DataBaseName" VALUE="rmdsdb">/OBJECT>

這里，網(wǎng)頁代碼中提供了OCX的ClassID和文件的URL。客戶端瀏覽時，會在本地注冊表中查詢該OCX的ClassID，如果本地沒有該的控件，或其版本不是最新時，瀏覽器會自動按照CodeBase指定的路徑從服務(wù)器下載控件并安裝注冊到本地機器上?？蛻舳擞肐E瀏覽時，其安全級別設(shè)置為擁有合法代碼簽名的ActiveX控件下載。

5 結(jié)論

基于Internet的電廠遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)，采用B/S體系結(jié)構(gòu),利用ASP技術(shù)的ActiveX/DCOM組件支持，很好地實現(xiàn)了系統(tǒng)遠程監(jiān)控和圖形數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示和自動刷新。而且ActiveX技術(shù)對于實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯封裝、提高軟件的可重用性和可維護性、開發(fā)高效和安全的圖形顯示系統(tǒng)具有積極的意義，是現(xiàn)代電廠遠程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻：
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