基于WebAccess和Java的多种可再生能源互补供能显控系统*

赵 爽，温建武，鲍旭升

(国睿集团有限公司， 江苏 南京 210019)

基于WebAccess和Java的多种可再生能源互补供能显控系统*

赵 爽，温建武，鲍旭升

(国睿集团有限公司， 江苏 南京 210019)

多种可再生能源互补供能系统是综合应用数据库、信息采集与发布、异步分布解耦合中间件及其集成应用的展示平台。传统方式的平台只能简单地监控硬件系统的运行情况，这种方式缺少很多功能,无法满足智能控制、实时监测、智能预警、大数据分析等需求。为了实现该平台的智能化控制与运行以及专家决策系统、生物质能系统、小型风能系统等一系列应用系统的交互使用,本应用平台采用WebAccess和Java相结合的方式,可以使系统的智能化程度更高、平台的功能更强大、操作更高效灵活、用户交互使用更方便。

多种可再生能源；展示平台；显控系统

引 言

多种可再生能源互补供能系统支撑平台是基于物联网信息传输、无线传感技术和SOA框架，研制多种可再生能源互补供能系统的原型，包括综合应用数据库、信息采集与发布和异步分布解耦合中间件，构建面向多种可再生能源互补供能系统的数据存储、数据分析、数据交互以及数据展示。该平台的建立将从系统平台架构、资源管理以及应用管理等多层面推动多种互补供能系统集成示范平台及其支撑平台的建设和服务水平。

传统的多种互补供能系统是在硬件系统上附带1 个简易软件，监控硬件系统的运行情况。但这种方式缺少大数据分析，不能得出各种能源的消耗情况，不具有对比分析功能，也不能进行智能控制和智能预测，更不能执行高效、节能的管理策略。所以，研制多种可再生能源互补供能系统支撑平台具有很重要的研究和应用价值。由于多种可再生能源互补供能系统支撑平台逻辑复杂、数据量大、实时性强，为提高科研人员分析数据的便捷性和管理人员的工作效率，可以利用现代化信息通信技术和大数据挖掘技术实现数据分析、实时控制、智能趋势预测等功能。

1 显控系统的组成

多种可再生能源互补供能系统支撑平台显控系统的结构图包括对外接口转换板、副显示器、主显示器、可编程触摸键盘、操纵杆、带保护装置键盘、用户区、数字小键盘和电子机箱单元组成。其中，副显示器为组态软件的调试、操作、显示界面；主显示器为上层应用平台的操作、显示界面，如图1所示。

图1 显控系统结构图

2 组态软件

传统的工控系统软件存在开发时间长、效率低、可靠性差等缺点。特别是有的软件需要购买专用的工控系统，而专用的系统通常是1 个封闭的系统，可以选择的余地很小，无法满足更高的要求，并且很难与外界进行数据交换、升级和扩展。随着工业自动化水平的提高，组态软件的出现把用户从上述一系列困境中解脱出来，利用组态软件的功能，可以构建一套最适合的应用软件。

2.1 WebAccess

研华的网络组态软件WebAccess是基于浏览器的人机界面(HMI)和监控数据采集(SCADA)的软件，它可用于在复杂工业过程下的远程操作。所有功能可用普通浏览器在传统的人机界面和SCADA软件包中查看，包括动画图形显示、实时数据控制、趋势、警报和日志。

经过多个项目的实践，采用的研华WebAccess组态软件的稳定性、可靠性已经得到了验证，用它来做采集和控制的接口，代替自己开发的中间件，极大地减少了人员成本和维护成本。

2.2 应用

本应用软件采用模块化结构，系统易操作和维护、可扩展性好，能满足系统采集、运算、控制、显示、报警、存储、打印等功能要求。上位机主要软件采用先进实用且完全基于Web平台人机界面的监控及数据采集网络组态软件和安全可靠的数据库(SQL Server)软件。

本上位机软件具有监控和管理2大功能,由运行监测、运行统计、资料管理等模块组成。首先从设备运行系统中采集的各个实际运行参数解析、整理存入SQL数据库，然后将这些数据进行统计、计算，以用户需要的方式展现给用户。我们以动画的方式展现系统中各个设备的实时运行状态以及运行效能。如：采集系统中某台太阳能热水器每分钟的进水口温度、出水口温度及水量，将它们展现在界面上并统计计算出在不同阳光辐照情况下每天的产热量即节能状况，从而得出整个系统的节能效益。

2.3 硬件接口

通用组态软件硬件接口一般是由功能模块、网络通信、网络管理等部分组成，具有实时多任务、全数字化通信以及很强的适应性和可维护性等特点。

该平台的硬件控制对象包括各种控制设备、总线设备、带通讯接口的采集设备、仪器仪表以及带接口的数据处理系统、变频器，带通讯接口的小型的新型能源设备等。为了使系统正常工作，在硬件接口上有如下几方面的设计：

1)数据采集方面：采用多端口扫描，读写硬件I/O利用动态链接库对不同设备进行个性化定制，对同一个端口采用不同的通讯协议。

2)通讯控制方面：包括通信协议的制定，发送、接收控制的协议、频率、格式、数据校验方式等。

通过这种系统硬件组态的方法，使组态软件和下层硬件更好地耦合，可以很容易地实现复杂的控制方案，调试过程更直观、简便。

3 上层平台软件

3.1 平台软件的优势

针对多种可再生能源互补供能系统支撑平台的多种互补供能软件系统，主要是为了实现传统软件所不具备的一些功能。我们的软件系统不仅可以高效管理硬件系统日常供能，还能提供各种统计数据帮助研究人员进行科学研究、验证研究成果。新旧软件系统功能对比见表1。

3.2 项目开发特点

3.2.1 采用Java

Java是当前比较流行的开发语言，使用人数众多，分布比较广泛，以此开发有利于后期的维护。

由于系统的数据量非常大，后期可扩展的功能非常多，后续会向Linux服务器迁移。Java 正是以开源、跨平台的特点著称，所以用Java非常适合[1]。

3.2.2 采用Web方式

Web方式的优点是客户端基本不用配置,只要网络畅通即可使用,可以方便地满足多用户登录和后期复杂的权限管理扩展，对于用户使用来讲是一个很好的选择[2]。

表1 新旧软件系统功能对比

3.3 数据库

该平台使用MySql 5.5、SQL Server 2008数据库，通过中间软件将SQL Server 2008的数据整合到MySql，以便为后台提供统一数据源。MySql为平台的直接数据源，SQL Server 2008 为第三方硬件设备存储原始数据的数据库。

3.4 功能模块组织结构

上层软件功能模块组织结构如图2所示。

图2 上层软件功能模块组织结构图

3.5 平台架构

本平台采用MVC架构[3]，使用Spring + Struts + mybaits 模型，如图3所示。

图3 平台架构图

4 主要应用与技术实现

本系统最重要的功能是根据给出的各种能耗公式，计算出实际能耗结果，并进行分类统计把结果展示给用户，帮助用户制定管理策略。

4.1 客户端能耗图表生成过程

由于能耗相关的数据种类繁多，主要来自气象数据库和业务数据库，其中业务数据库的数据采集是由采集设备的原始数据库转化生成，考虑到2个数据库提供的数据操作共同点比较多，所以定义了统一数据接口，同时后台定义了图表展示类，前台定义了图表展示共用的JavaScript脚本方法[4]。实现过程如图4所示。

图4 能耗生成过程表

4.2 能耗数据计算过程

能耗公式大体分2 类：

(1)同时刻数据之间的计算以及与上一分钟数据的计算

R= 0.001×4.2×(Lj+1-Lj)×(Toutj-Tbotj)

式中：R为空气源热泵的热量；Lj为4楼当前时刻流量计读数；Lj+1为4楼下一时刻的流量计读数；Toutj为热泵出水口温度；Tbotj表示水箱下部温度。

(2)关联数据的间隔时间比较长(一般为24 h左右)

Q= [(Drfj+1-Drfj)/100+(Drsj+1-Drsj)/100+

(Dctj+1-Dctj)/100+(Dcfoj+1-Dcfoj)/100+

(Dcfij+1-Dcfij)/100+(Dsj+1-Dsj)×0.8+

(Dhj+1-Dhj)/100+(Dbj+1-Dbj)/100]×3.6×0.95×r

式中：Q表示总耗电量计算；Ds表示1号电加棒电表读数；Dh表示学生宿舍热水供水泵电表读数；Db表示回水循环泵电表读数；Drf表示食堂1层电表读数；Drs表示食堂2层电表读数；Dct表示太阳能单元系统3号宿舍电表读数；Dcfo表示太阳能单元系统4号宿舍电表读数；Dcfi表示太阳能单元系统5号宿舍电表读数；r为经验系数。

实现方法：如果在生成统计图表时计算，数据量大，计算速度慢，会给服务器造成很大的压力，所以应该把计算压力分散到每次数据插入时[5]。

按分钟计算：给数据库加触发器，每次插入时，需要查关联的此刻数据并与上一分钟数据进行计算，然后把计算结果保存到业务数据库的能耗数据处理表里。按天或更长时间计算：给数据库加计划，如每天23:50分计算，查询昨天晚上离此刻最近的数据和此刻时间的关联数据，进行计算，并把计算结果保存到业务数据库的能耗数据处理表里。

4.3 智能控制过程

本系统的智能控制是根据控制策略控制服务，判断触发条件，动态地进行实时控制的过程。控制策略的制订由专家决策模块负责管理，同时该模块还负责能效公式的添加和修改。

为了安全起见，系统子模块的控制不能超越整体系统的最低限制，如系统的某部分关闭热水供应后，该部分所有模块的自动热水控制将失效。过程如图5所示。

图5 智能控制

5 结束语

为了实现多种可再生能源互补供能系统应用平台的智能控制、实时监测、智能预警、大数据分析等一系列功能，通过引入WebAccess和Java相结合的形式，使数据传输、处理、计算、显示更迅速、更方便、更有效，用户的操作感更清晰、更直接。

[1] 王飞剑, 罗义兵, 郝香山. 基于B/S结构的农业空间信息管理系统设计与实现[J]. 计算机工程与设计, 2009, 30(8): 2034-2039.

[2] 鄢爱兰, 鹿江春. 数据库存储过程应用研究[J]. 南华大学学报, 2006, 20(2): 100-102.

[3] ECKEL B . Java编程思想[M]. 陈昊, 译. 北京: 机械工业出版社, 2007: 169-186, 525-539.

[4] 张南平, 朱富利. 基于MVC模式的Struts框架的研究与应用[J]. 计算机技术与发展, 2006, 16(3): 229-231, 234.

[5] 周杨. AJAX应用的典型设计模式[J]. 计算机系统应用, 2011, 20(1): 128-132.

赵 爽(1981-)，女，工程师，主要从事信息化平台开发设计工作。

温建武(1987-)，男，主要从事计算机技术在农业信息化上的应用。

鲍旭升(1963-)，男，高级工程师，主要从事信息化平台开发设计。

Multiple Renewable Complementary Energy Display and Control System Based on WebAccess and Java

ZHAO Shuang，WEN Jian-wu，BAO Xu-sheng

(GlarunGroupCo.,Ltd.,Nanjing210019,China)

Multiple renewable complementary energy system is composed of integrated application database, information collection and release, step distribution decoupled middleware and integrated display platform. Traditional platform can only monitor the operation of hardware system, this method can not meet the needs of intelligent control, real-time monitoring, intelligent warning and big data analysis. In order to realize intelligent control and operation of the platform and interactive use of a series of application systems such as expert decision system, biomass energy system and small wind energy system, the application platform uses WebAccess and Java combination, making the system more intelligent, more powerful, more efficient, more flexible, and easier to use.

multiple renewable energy; display platform; display and control system

2016-10-18

国家科技支撑计划资助项目(2014BAJ01B06-04)

TQ436+.6

A

1008-5300(2017)02-0061-04