基于Web的能耗数据管理系统部分设计与实现

杨永语，戴毅茹，王坚

（同济大学CIMS研究中心，上海　201804）

基于Web的能耗数据管理系统部分设计与实现

杨永语，戴毅茹，王坚

（同济大学CIMS研究中心，上海201804）

为了实现对大型民用飞机制造企业能耗数据的有效管理，论文利用ASP.NET+Highcharts+SQL SERVER 2008相关技术，开发一种基于B/S架构的能耗数据管理系统。论文首先介绍能耗数据管理系统的四层逻辑架构，然后详细的介绍系统的基本实现，最后阐述了系统的各个模块的具体功能。系统已经在目标企业部署运行，运行情况良好。

实时监控；Highcharts；能耗数据管理

0　引言

能耗数据管理是大型民用飞机制造企业生产经营管理的一个重要方面。能耗数据管理包括两大部分，一部分是能耗数据的实时监控，为一部分是能耗历史数据的系统管理［1］。设备的能耗数据是时间序列化数据，反应了不同设备在不同的时间里的能耗情况。如果用图形展示这个能耗的实时数据和历史数据，那就更能直观表现能耗设备的能耗值在一个时间范围内的变化过程，同时可以监控该设备是否正常工作。因此，实现能耗数据图形化展示无论是用于数据分析还是设备的监控，都能起到很好的应用效果。根据企业业务的需求，结合项目的实际情况，本文采用ASP.NET+Highcharts+SQL SERVER 2008技术，完成了企业能耗数据管理系统的开发和设计。该系统为企业能耗数据的信息化、集成化管理提供了有效平台，有利企业充分挖掘历史能耗数据的价值，积极开展节能减排工作［2］。

1　系统的基本架构

在大型民用飞机生产制造过程中，设备能耗实时数据监测系统往往通过各类可靠的监测设备进行数据采集和存储，形成存储能耗数据的实时数据库的。通过编写应用程序，用户可以获取不同时间粒度的能耗数据，并以此数据为基础，进行系统的设计与开发。本文设计的基于Web的能耗数据管理系统结构如图1所示。

图1　基于Web的能耗数据管理系统结构图

基于Web的能耗数据管理系统体系结构是四层结构的［3，4］。能耗设备层包括各种能耗设备以及能够监控各种设备能耗值的检测设备，如锅炉房中加热设备和监测电量消耗的电表等。通过OPC（OLE for Process Control）技术［5］，经由网闸从企业的工业网中的工控机采集到所需的设备能耗数据，并且通过一定的技术方法将这些数据储存入系统的数据库中。系统的数据获取及处理层包含根据指定时间从实时数据库中获取数据的.net类，用于实现Ajax异步通信机制的用户处理程序，以及基于Highcharts开源类库的开发的用于展示能耗实时消耗数据动态变化图形的Web界面程序。基于Web的能耗数据管理系统可以实时显示能源消耗值，并且满足用户实时性需求。对于历史数据，则通过应用程序，按小时为最小时间粒度，定时存储能耗设备的历史能耗数据信息存储到SQL SERVER 2008数据库中。以此数据库为基础，经过数据处理和分析，结合企业需求，用户可以对不同时间粒度的能耗数据进行统计和分析。

2　系统中的主要技术

2.1系统数据采集

系统数据采集主要应用OPC技术，OPC技术主要包括两部分，一部分是OPC服务器，另一部分是客户机。服务器主要用来收集计量设备的数据信息，然后通过标准定义的OPC接口，把采集层获取的数据信息传送给OPC客户端应用程序。在大型民用飞机生产制造过程中，企业为了采集锅炉房，变电站，供油与消防系统等生产车间的各相电流、有功功率、燃油消耗量等数据，以OPC技术为支撑，建立了能耗数据实时采集系统。首先，系统从企业工控系统中采集到各个监控点的设备的实时能耗数据信息，为系统提供基本的数据基础。然后，在保证企业内部的工业网络安全性和稳定性的情况下，系统传输层运用网闸技术［6］，通过数据信息转移的方式进行能耗数据的传输，使企业内部的工业网络与其它的办公网网络进行正常的通信，为系统采集层与系统存储层之间数据交换提供了安全的数据传输通道［7］。最后，通过系统存储层，存储来自系统采集层获取的能耗数据，为能耗数据管理系统提供基本的数据基础。

2.2能耗实时数据的获取

能耗实时数据的获取，是能源实时消耗情况展示至关重要的一个环节。系统建立了实时数据库以后，根据该实时数据库的特性，把数据获取方法封装在一个.NET类［8，9］。通过该类进行相应的操作，获取实时能耗数据。该类主要属性和方法如图2所示。

该类中Conn用来定义连接实时数据库字符串，ibase用来寻找能源设备监控点在实时数据库中的唯一标示符号，Newconnection用来建立一个与实时数据库的连接。

图2　实时数据获取类主要属性和方法

类中GetConsumption（）方法是该类的构造函数，用来建立连接和类的一些初始化。方法connclose（）用来关闭与实时数据库的连接，GetDoubleSingleValue（），IntGetValues（）等方法用来获取不同精度的能耗数据值。

2.3Highcharts实时曲线的绘制

Highcharts是一个完全用JavaScript语言编写的一个图表库，Highcharts完全基于本地浏览器技术，不需要任何插件，甚至不需要安装任何服务器环境，只需要两个js文件即可运行，能够使用户方便快捷的在自己的Web网页上添加有交互性的图表，提升用户体验。Highcharts的兼容性比较好，能够兼容主流的浏览器，比如IE，Firefox，Chrome，Safari，Opera等［4］。

（1）使用Highcharts，首先要在页面中引入相应的JS库，先下载jquery.min.js和Highcharts.js库，并在代码中引用。

（2）进行调用Highcharts组件，在var chart=new Highcharts.Chart（｛｝）中设置Highcharts属性，如Title（图表标题）、Axis（坐标轴：横坐标和纵坐标）、Series（数据列）等。

（3）在页面引入一个div，作为放置Highcharts图表的容器，Highcharts图像将在该div内渲染。

（4）通过后台异步请求，不断获取能源设备的能耗实时数据，对Highcharts数据源进行局部的实时的更新，即可绘制能源消耗数据实时曲线。

2.4异步实时显示

异步实时显示主要应用Ajax技术。Ajax（Asynchronous JavaScript and XML）是一种基于浏览器的Web应用程序开发模式［10］。它的基本特点是主要由JavaScript编写，程序异步执行，并且用XML来封装和传输数据。用户通过设置前台中的window.setInterval（）中调用函数的时间间隔值，周期性的调用前台中的函数getForm（），其程序流程如图3所示。该函数含有一个$.ajax（｛｝）请求。$. ajax（｛｝）异步请求后台的getDataTableByAjax（）以获取数据，获取数据以后，重新用图表展示该数据值。

图3　异步请求流程图

2.5历史数据显示

历史数据显示的数据来源主要是存储历史数据的SQL数据库。数据库中主要包括人员信息表，公司信息表，能耗设备信息表和能源数据消耗表等。其中，人员信息表用来存储系统使用人员的信息；公司信息表主要存储各个公司的信息；能耗设备信息表用来存储监控能源消耗的设备信息；能源数据消耗表用来存储设备的能源消耗信息。在人员信息表中，定义了用户在系统中的权限，普通用户只能查看自己所在公司的设备的能耗信息，而企业管理员则能够查看全部设备的能耗信息。

3　系统的基本实现

3.1系统的管理界面

系统的管理界面如图4所示，系统的主要功能主要有：①能源数据实时显示，主要通过实时数据库的支持，实时的给用户展示设备的能耗数据。当数据异常时，通知相关人员进行处理；②通过历史数据查看，用户可以查看设备的主要历史能耗数据，查看的时间粒度主要有按月，按天，按小时等；③在能耗监控设备点管理模块，用户可以新增，修改，删除所要监控的能源设备。

图4　系统管理界面

3.2系统的能耗数据显示界面

系统的能耗数据显示界面如图5左上图所示，设备的实时能耗情况，采用了Ajax技术，页面可以无刷新的进行数据更新，页面的更新频率可以由用户自主设计。其它界面是用来显示设备历史的能耗数据，右上图是按月进行设备的能耗统计，显示设备一个月的总消耗情况。左下图是用来显示设备一个月中每天的消耗情况，右下图是用来显示设备在按小时的时间粒度中的消耗情况。

图5　系统的能耗数据显示界面图

4　总结

本文以企业实时采集数据库为基础，采用ASP. NET+Highcharts+SQL SERVER 2008技术，主要探讨了大型民用飞机制造企业能耗数据管理系统的部分设计与实现。目前，经过不断的调试和优化，该系统已经正式投入企业运行。大型民用飞机制造企业通过对能耗设备的实时监控，可以充分的掌握设备的运行情况和能源消耗的具体情况。企业通过对能源数据进行信息化的管理，可以为企业能耗分析和预测提供数据基础，进而更有效的开展节能减排工作。

［1］周永良，李铁克，王伟玲.基于实时历史数据库技术的钢铁能源管理系统［J］.冶金能源，2010，2.

［2］姜黎萍.宝钢股份罗泾区能源管理系统［J］.冶金自动化，2012，2.

［3］张栗，张风元，危胜军.基于DWR框架的WEB应用的设计与实现［J］.计算机技术与发展，2008，8.

［4］张建军，刘虎，倪芳英.基于SHH与Highcharts整合架构的Web应用研究［J］.计算机技术与发展，2013，9.

［5］李东海，孙鹤旭.OPC技术在远程监控系统中的应用研究［J］.微计算机信息，2006，6.

［6］张友能.基于网闸技术的网络安全研究［J］.通信技术，2008，5.

［7］游雪峰，文玉梅，李平.以太网分布式数据采集同步和实时传输研究［J］.仪器仪表学报，2006，4.

［8］谢川.基于B/S的异构数据源集成系统设计［J］.计算机应用，2007，2.

［9］蒋薇，赖青贵，扬兴林.基于ADO.NET的数据访问技术探索［J］.仪器仪表学报，2009，6.

［10］游丽贞，郭宇春，李纯喜.Ajax引擎的原理和应用［J］.微计算机信息，2006，6.

The Partial Design and Implementation of Energy Data Management System Based on Web

YANG Yong-Yu，DAI Yi-Ru，WANG Jian
（CIMS Research Center，Tongji University，Shanghai 201804，China）

A based on B/S model system was developed by taking advantage of the ASP.NET，Highcharts and SQL SERVER 2008 technology.The system could provide an effective way to manage the energy consumption data for large civil aircraft manufacturing companies. Firstly，the paper introduces the four independent tier structure of the system；and secondly it describes the basic system realization in details；finally，it interprets the specific function of each module in the system.This system has been well deployed in the target company.

real-time monitoring；highcharts；energy consumption data management

TP311

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.028

1002-6673（2015）01-078-03

2014-12-01

项目来源：上海市信息化发展专项资金项目（大型客机生产制造能源综合管理系统-201102023）

杨永语（1989-），男，广西贺州人，硕士研究生。研究方向：智能生产系统，能源系统工程；戴毅茹（1972-），女，河南新蔡人，副教授。研究方向：系统工程，能源系统工程，企业建模与仿真。