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火电厂管控一体移动信息系统研究与实现

刘钢

摘要：在阐述移动互联网发展和火电厂基本信息系统的基础上，分析了管控一体化移动信息系统的用户需求，设计了火电厂移动信息系统框架，进一步讨论了移动信息系统中生产数据采集、数据存储和基于HTML5的离线应用开发，给出了系统信息系统的运行情况。
关键词：移动信息系统；火电厂；数据采集；离线应用
：TP311 ：A ：1009-3044（2016）33-0223-02
1 引言
自2009年移动互联网发轫，到2011年开始出现爆发式增长，移动设备和移动应用在日常工作和生活中发挥越来越大的作用，但在工业领域尤其在电力行业，由于电力行业信息安全框架的约束，并未展开大规模应用。
传统意义上的火电厂监控与管理往往是在厂内完成的，通过DCS（集散控制系统）、SIS（厂级监控信息系统）、MIS（管理信息系统）等系统的实施和应用，可以进行管控一体化相关的各类工作[1]，但是在离开计算机或离开计算机网络的情况下则无法工作。诸如智能手机、平板电脑等移动终端具有时刻在线、便携随身等特点，将传统信息系统扩展到移动设备，即可实现管控一体移动信息系统。本文对此问题展开研究。
2 管控一体化移动信息系统需求分析
对于生产数据，各级各类管理人员和工作人员需要获取的共有三类，首先是各机组实时的生产信息和典型生产信息的统计情况；其次是生产报警信息的实时推送；最后是设备缺陷信息的及时获取。对于管理数据，主要表现在工作日志、交接班日志、工作计划、用煤调度计划、厂内通知等方面。以上信息，分别隶属于厂级监控信息系统、生技管理平台、管理信息系统、办公自动化系统等，对这些信息进行采集、传输、汇总、分发，即可实现移动信息系统[2]。
3 火电厂移动信息系统框架
基于对移动信息系统的需求分析，可知本系统需要完成如下三个方面的工作：
1）火电厂内网数据采集与传输
系统需要在火电厂内部设置若干台接口机，分别用来完成对生产数据和管理数据的采集工作。对于生产数据而言，需要使用工业通信协议或实时历史数据库应用开发接口获取实时的现场数据；对于管理数据而言，需要调用第三方系统的网络接口或直接访问其数据库获取信息。
2）互联网数据汇总与管理
互联网数据中心是整个移动新系统的后台系统，该系统应提供Web服务或其他接口供厂内数据采集软件完成数据汇总，并提供接口供移动客户端完成数据获取。
3）移动客户端软件
客户端软件是直接面向用户的终端应用，用于完成数据的发布、展示、查询等工作，且需要满足不同操作系统智能手机的多样化、碎片化需求。
针对以上分析，图1给出了火电厂移动信息系统的整体框架[3]。
4 移动信息系统的关键环节实现
4.1基于工控协议与实时历史数据库的生产数据采集
生产数据最直接的方式是从生产现场（控制系统）中获取，间接方式是从厂家监控信息系统的核心数据库中获取。Modbus协议是获得多家DCS（分散控制系统）支持的通用工业标准，是从控制系统采集数据的首选方式。通过如图2所示的查询方法即可从DCS中实时获取当前信息。
但由于行业内安全防护要求，基于Modbus直接从现场获取数据需要加装物理隔离装置，这较大地提高了项目难度和项目成本，因此一般采用实时历史数据访問的方式获取数据。目前火电厂常用的实时历史数据库是PI和eDNA，两者都提供了完备的应用开发接口供调用。以PI为例，通过“连接-访问-释放”的步骤即可完成数据采集工作[4]。
在完成数据采集后，需要将数据序列化成统一的字符串，并调用zlib库对整个字符串进行压缩，压缩后，使用.net framework提供的DESCryptoServiceProvider类进行可逆加密，加密后的数据成为字节数组，可以安全的将该字节数组发往服务器。
4.2基于NOSQL数据库的数据汇总
由于本系统需要同时处理管理数据和控制数据（生产数据），使用传统的关系数据库并不足以用最佳方式存储信息。以生产日志为例，在生产日志中既包括各台机组的值长录入的文本型描述信息（如交接班情况、总体运行情况、网控与燃料化学信息等），又包括各台机组的分层运行信息（是否运行、总体运行台数、功率），在传统数据库中使用单一的长字符串如nvarchar等存储不易于解析使用过多字段存储又不利于访问，因此采用基于JSON的描述方式，形成易于被计算机解析的键值对字符串，在该字符串中，可以以数组方式和多种数据类型来存储每天生成的运行日志。如图3所示。
4.3 基于HTML5的离线应用开发
由于智能终端操作系统的多样性和显示分辨率的多样性，使用各种平台的原生开发接口开发本地化的APP并不是移动互联网行业应用的最佳策略。 HTML5是HTML的最新版本，2014年底由W3C完成制定。在HTML5中，提供了WebSocket、WebWorker、应用程序缓存、Web数据存储、Canvas等多方面的功能，使用这些功能并结合Javascript前段语言，可以完成原先需要通过Java或Object C等语言结合原生开发接口才能完成的工作。
针对仅通过HTML5不能完成的工作，业界也提供了诸如HTML5 Plus、APPCan、Phonegap等框架，这些框架底层封装了Android和iOS等智能手机操作系统的开发接口，并通过Javascript将接口开放，通过页面前端即可调用这些接口完成更高层面的应用。一般的封装工作均提供了丰富的前端组件，这些前端组件使得用户可以便捷的编写出与原生界面一致的用户界面[5-6]。
进一步的，通过这些前端框架，并结合智能手机浏览器，可以开发不需要安全的离线APP，离线APP的开发主要基于APPCache，对于一般的网页，每次访问时均需要从服务器获取页面中的所有数据，通过APPCache，可以配置专用的Manifest文件，该文件包括了CACHE小节和NETWORK小节，在CACHE小节中配置的文件将被浏览器存储在本地而无需从网络中获取，这在客观上实现了程序的隐性安装，加快了用户的访问速度，提升了用户访问体验。
5 系统运行
本系统在平圩电厂4*600MW机组中得到运行，主要信息包括生产数据、管理信息和办公信息。如图4所示。
生产数据部分可以按照机组查看现场的生产实时数据，并可查看历史趋势曲线；管理信息部分可以查看机组缺陷信息、生产日志、交接班日志信息等；办公部分可以查看各部门工作计划、燃煤调度计划、通知公告等信息，并辅助有厂内快速沟通、报警信息推送、关键参数推送等功能。
参考文献：
[1] 周龙，梁艳明.SIS厂级监控系统促进电力信息化[J].电力时代，2004（4）：18-20.
[2] 湾丽文. 火电厂监控信息系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2012.
[3] 薛丕雄.火电厂信息系统移动扩展研究[D].南京：南京理工大学，2016.
[4] 李辉，崔彦锋.一种基于SOA的eDNA在火电厂的应用框架[J].工业控制计算机，2008，21（1）：40-41.
[5] 徐尤华，熊传玉. jQuery Mobile1.2移动Web开发方法研究[J].信息技术，2013，8：85-88.
[6] 公磊，周聪.基于Android的移动终端应用程序开发与研究[J].计算机与现代化，2008（8）：85-89.

-全文完-