省级计量中心大屏监控系统的设计与实现

2014-12-16范志夫汤振华

江西电力 2014年4期

范志夫，汤振华

（江西省电力公司计量中心，江西南昌 330096）

0 引言

计量生产调度监控大屏作为省级计量中心生产总调度室的主要设备，主要用来展示计量中心的各种生产信息，包括生产计划、生产任务、库存信息、检定信息，生产数据分析等。可将经过3D建模仿真的单三相自动化检定线、互感器检定线、采集终端检定线、人工检定台以及立体仓库、人工库房的实时运行状况显示在屏幕上，供生产管理人员实时进行调度管理，达到提高生产效率、合理安排任务、提高设备利用率的目的。

1 设计原则

大屏监控系统的设计应遵循配置合理、技术先进、功能齐全、性能稳定、使用简洁、结构开放的原则，并综合考虑维护、扩展及操作因素，根据现场使用环境、显示信号特点和数量，以及三维可视化应用等要求，提供从显示单元、处理器、三维应用服务器等整体的、安全可靠的计量中心大屏监控系统解决方案。

1.1 系统先进实用性原则

在满足对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，系统采用的显示单元、多屏处理器、控制软件等技术性能和质量指标应达到国际先进水平，从而保证产品的高质量、高稳定性、高服务水平。

1.2 系统可扩展性原则

对于一个具有高端显示技术的调度所应充分考虑到几年内的迅猛发展，以及信息化系统的越来越显著的重要性，因此系统设备采用尽可能多的模块化设计，为将来的发展准备足够的空间。

1.3 系统开放性原则

系统的通讯协议向用户开放，使用户的各系统能更好的与本系统融合。系统应具有二次开发接口，满足用户维护软件、开发新的应用软件的需求。利用此接口，大屏监控系统可向用户综合管理系统开放，完成用户指定的特殊功能需求。

1.4 系统可靠性原则

整个系统应按照需求全天24小时、一年365天连续工作要求，所以整个大屏幕拼接系统必须具有高可靠性、高稳定性等特点，以保证系统常年连续正常运行。为了满足大屏幕拼接系统长年连续运行，因而其设计必须遵循可靠性的原则，在系统设计时，关键部位选用高可靠性设备，对于重要的控制节点采用先进的高新技术来保障。

1.5 系统兼容性原则

大屏监控系统项目是一个庞大而复杂的系统，需要实现各种子系统的完美汇接，所以系统的兼容性就显得十分必要。

1.6 系统可维护性、可管理性原则

从用户角度出发，充分考虑到系统设备的安装、配置、操作方便等需求，提供强大的网络管理手段，合理配置和调整系统负载、监视系统状态、控制系统运行。

2 系统构成

2.1 系统目标

大屏监控系统应该实现对整个计量资产和计量业务的实时监视和可视化调度，可以对视频信号、3D可视化应用系统等进行直观、实时、全方位的综合展示。大屏监控系统综合高清晰数字显示技术、显示单元无缝拼接技术、多屏图像处理技术、信号切换技术、网络技术、3D可视化技术等手段，形成一个拥有高亮度、高清晰度、技术先进、功能强大、使用方便的大屏幕综合显示系统，为省级计量中心提供一个可视化的网络集中监控平台、指挥调度平台、信息资源共享平台和分析决策平台。

2.2 系统整体结构

系统结构如图1所示。

图1 总体架构图

1）展示层：利用多媒体技术实现展示效果的丰富、绚丽，支持多分辨率的信号输出，在控制层的控制下提供多种多样的展示主题、场景；接收实时数据，根据设计内容构建矢量动态画面；通过实时渲染，绚丽动画达到完美的显示效果；界面切换、场景切换、环境控制、可视化与信号（视频及计算机）结合互动。

2）控制层：对组件层进行封装和二次开发，提供可配置的组件单元供运行支持团队快速的生成各种主题、场景以迅速响应不同的需求；提供数据追溯、模型分析等功能以实现决策分析、流程监控；支持多种终端应用，包括大屏、PC、移动设备等；通过前置处理类、后置处理类完成对数据层数据的采集；通过定时调度按设计规则从服务总线或数据库获取数据；根据展示层请求，并按照设计规则组织数据；将一个完整参观场景中的数据缓存在内存中，提高效率；按设计规则向展示层推送数据。

3）数据层：通过制定不同类型、业务类别的数据接口规范，实现数据存储、数据质量检查及状态估计以满足需求；多业务系统中进行数据抽取和存放，确保数据的及时获取、统一存储；对数据合理性、真实性、可信度等方面进行校正和维护。

2.3 硬件架构及网络架构设计

系统硬件结构如图2 所示。

图2 硬件架构图

系统采用实时数据库对采集的实时生产数据和现场设备运行数据进行存储。采用三维仿真手段，利用实时数据库存储的设备运行数据，对生产场景进行实时再现，做到设备生产运行状态可视化。同时对实时数据库的生产数据进行抽取处理，将生产数据在三维仿真场景整合，进行生产数据可视化的处理。为生产调度提供“透明工厂”的技术支撑。从而实现单三相检定线、互感器检定线、采集终端检定线以及立体仓库、人工库房的生产运行状态的3D仿真实时监控。

图3 为系统网络架构图。

图3 硬件网络架构图

3 关键技术及典型应用

3.1 关键技术概述

图4为该系统关键技术示意图。

图4 系统关键技术示意图

总体上，营销自动化系统基于关系数据库的管理，采用业界先进的J2EE架构（SOA组件、JSP、Servlet、EJB等），使用基于web浏览器的多层体系结构，通过统一的权限体系和WebService技术实现数据交互和信息共享。

同时，根据具体应用定位的不同，业务处理平台主要采用工作流技术、中间件技术进行综合应用；多渠道接入平台主要采用CTI技术、视频技术和多媒体技术进行综合应用；电能采集平台主要采用电力技术、通信技术，自动控制技术进行综合应用；分析决策平台主要采用商业智能技术（包括数据仓库、数据挖掘、ETL、OLAP展现等）。

3.2 关键技术介绍

3.2.1 三维工业仿真技术

该技术是用计算机生成逼真的三维视听感觉，使客户能通过适当装置对工业生产过程进行交互式体验，其良好的交互性，提供了任意角度、速度的漫游方式，可以快速替换不同的生产场景；其形象的直观性，为专业人士和非专业人士之间提供了沟通的渠道；其采用的数字化手段，其维护和更新变得非常容易。

三维工业仿真的主要功能包括“三维生产流程仿真”、“三维生产线与数据整合”、“故障实时告警”、“现场视频监控”、“2D生产运行数据”。检定系统和仓储系统实时将检定线信息，仓储信息写入实时数据库，三维仿真系统实时读取写入实时数据库的检定线、仓储信息运行信息，进行三维实时仿真再现。

3.2.2 数据可视化技术

大屏监控系统采用实时数据库对采集的实时生产数据和现场设备运行数据进行存储。采用三维仿真手段，利用实时数据库存储的设备运行数据，对生产场景进行实时再现，做到设备生产运行状态可视化。同时对实时数据库的生产数据进行抽取处理，将生产数据在三维仿真场景整合，进行生产数据可视化的处理。为生产调度提供“透明工厂”的技术支撑。从而实现单三相检定线、互感器检定线、采集终端检定线以及立体仓库、人工库房的生产运行状态的3D仿真实时监控。

3.2.3 实时数据高频采集技术

大屏监控系统可以按采集任务设定的时间间隔自动采集四线一库的数据，自动采集时间、内容、对象可设置以保证数据的完整性，同时支持实时数据的主动上报，在数据交换网络通道的数据传输中，允许实时数据的变化级传输，系统快速对主动上报数据进行采集和处理。

3.2.4 辅助调度决策技术

辅助调度决策技术利用面向精益化生产的混合柔性调度算法，实现检定任务在多条并行检定线上的负载均衡，确定多库房与多检定线的对应关系，合理安排多任务的作业顺序及作业路线，最大化的提升计量生产平台调度的工作效率，做到总体性能的最优化。

通过优化整合检定线、仓储、配送资源，通过实时与各设备系统（如检定线系统、仓储系统、物流系统）之间的数据交互，实现检定作业任务、立库的出入库作业任务的调度，并依据作业需求和自动化设备工作能力，实时监控和调整并行作业的优先级，达到作业顺畅、高效运行的目的。有利于提高公司计量生产调度整体技术水平，全面提升公司计量工作的社会公信力，树立公司的良好社会形象。

3.2.5 视频监控联动技术

一般视频监控就是对固定场景的监控，通过人工调节监控摄像头的转动方向实现监控场景的切换，这样的监控方式使得监控场景的切换响应时间比较慢，通过应用视频监控联动技术，对计量中心监控场景进行模块化划分并将对应场景录入数据库，三维仿真场景、视频监控场景分别与之对应，通过在三维仿真场景中的漫游，实现视频监控场景的联动。

3.2.6 大屏综合控制技术

大屏监控系统通过采用无线触摸屏、遥控笔、中控主机、信号切换矩阵等设备，在定制的多个展示画面之间自由切换、实现二维场景、三维场景、画中画的多角度展示、大屏的开关机、监控设备的启停等多个操作。

3.2.7 模块化界面处理技术技术

在大屏监控系统标准化的进程中，采用模块化的界面处理技术，每一幅画面将由多个模块化的分画面组成，通过自由的拼接组合，以适应不同的大屏尺寸，实现大屏监控系统的可复制、可推广的原则。

3.2.8 DLP无缝拼接技术

显示单元是将图像信号转换成可视图像的显示装置，是整个大屏幕系统成像的核心部分，通过采用DLP 显示单元拼接处理技术，用光学原理在屏幕上进行投影成像，单个投影单元的分辨为率为1 400×1 050。具有拼缝小，显示清晰的优点。