基于Silverlight和WCF技術的實時數據圖形展示系統研究

安 磊，吳英俊，黃昕穎，黃俊惠

（1.寧波電業局，浙江 寧波 315010；2.華北電力大學，北京 102206；3.寶迅信息技術有限公司，浙江 寧波 315020）

0 引言

隨著國內電力市場改革和電力企業信息化進程的不斷深入，供電企業對生產中的實時/歷史數據提出了更高的需求。在實施狀態檢修、負荷監測、運行優化等生產操作時，都需要了解現場的實時生產狀況，并盡可能完整地將生產過程記錄保存下來。PI實時數據庫作為管控一體化的橋梁，不但在生產監測上發揮了重要作用，管理部門也可以通過PI數據庫獲取歷史生產數據，通過分析過程歷史數據來優化生產、提高效率。

寧波電業局是浙江省電力公司的PI實時/歷史數據庫項目試點單位，于2005年啟動PI實時數據庫建設，接入了數據采集與監控（SCADA）、蓄電池監測、負荷監控等多個系統，積累了覆蓋整個寧波地區的、豐富的電網運行實時/歷史數據，有效利用這些數據將有利于企業進一步的精益化管理。

1 實時數據的應用現狀及問題

雖然PI數據庫中積累了大量的電網運行實時/歷史數據，但要讓這些數據產生效益還需要進行加工，從數據中提煉信息供運行管理人員使用，作決策參考。目前使用最多的形式是統計報表，業務人員通過PI數據庫提供的基于Excel的客戶端工具，取出實時/歷史數據，按照一定的要求進行統計分析，制作成各種報表，如電壓合格率報表、電容投切統計報表等，這些報表一般可作為歷史統計、事后分析、管理考核的依據。報表數據詳盡，但是不夠直觀，雖然可以利用Excel的圖表功能進行簡單的圖形繪制，但是共享卻十分不方便。

在線監測也是目前應用較多的實時數據使用方式。利用PI數據庫提供的客戶端工具Process-Book制作各種監測圖，具有實時更新功能，可以作為運行人員的監測手段在本機使用。如果要通過網絡方式進行應用，用戶必須安裝ActiveView插件，并正確配置PI系統運行環境，而且Active View還要符合ProcessBook的版本要求，否則也無法通過Web方式查看。目前在企業內以Web方式進行信息交流已成為主流，通過ProcessBook制作實時圖形應用的方式已經不能適應信息化建設的要求。

鑒于此，本文提出利用微軟公司發布的Silverlight技術實現在線圖形展示，包含“棒圖”、“趨勢圖”、“儀表圖”和“值圖”等常用實時數據展示圖形控件和在線圖形編輯器，實現免安裝配置PI運行環境就可以利用PI實時數據制作圖形應用，并且方便共享和在線展示，不但解決了傳統圖形的諸多問題，其包含的獨立圖形控件亦可以供其他系統二次開發使用，節約成本、提高效率。

2 Silverlight和WCF技術簡介

Silverlight是微軟公司在.net Framework平臺上新開發的跨平臺、跨瀏覽器插件技術，主要用于創建和分發用于Web和移動設備的下一代多媒體應用，具有豐富的交互式應用程序，尤其適合圖形展示應用。

WCF是微軟公司為構建面向服務的應用提供的分布式通信編程框架，建立在基于消息通信的概念基礎之上，可以在不同傳輸機制間提供統一的API（應用程序接口）。針對PI數據庫系統私有的數據獲取協議的情況，要實現用戶免安裝配置即可使用PI數據庫中的實時/歷史數據，WCF為基于Web的圖形與PI的數據通信提供了統一的數據通道。

3 系統基本功能及實現

3.1 基本功能

為了滿足業務人員對PI實時數據圖形展示的要求，實時數據圖形展示系統必須具備以下基本功能：

（1）靈活多樣的數據展示手段。業務人員常用的圖形分為“棒圖”、 “值圖”、 “儀表圖”、 “趨勢圖”等，前3種分別通過柱形圖、指針儀表和數值等不同形式展示了一個數據測量點在指定時刻的數值，便于用戶查看數值的大小以及判斷是否符合要求。“趨勢圖”則用來展示一段時間內的多個數據，通過曲線的方式表明測量點的數值變化趨勢，供業務人員分析生產運行趨勢，或通過在同一張“趨勢圖”中繪制多條曲線，從而比較、分析不同測量點之間的關聯或對比關系。

根據圖形復用的要求，系統將這些圖形包裝為Silverlight圖形控件，其他系統可以利用Silverlight編輯環境使用這些圖形控件。這些圖形控件通過WCF技術可以“主動”、不斷地從PI數據庫中獲取數據進行展示，也可“被動”地接受用戶提供的數據進行展示，還可以根據用戶的輸入調整背景色、大小等外觀。

（2）方便進行圖形的編輯。普通的業務人員并不熟悉Silverlight編輯環境，要利用這些圖形控件十分不方便，因此實時圖形展示系統須為普通業務人員提供在線圖形編輯器。用戶只需要打開瀏覽器，進入實時圖形編輯器，即可建立個性化的實時圖形應用，并向應用添加、刪除、修改各種圖形，還可以進行移動、縮放等操作，設置圖形控件及編輯器自身的屬性，并將各種圖形控件的屬性和整個編輯器自身的屬性存入數據庫。在下次使用時，用戶通過選取上次保存的記錄，軟件調用WCF服務將數據傳輸至Silverlight應用程序，使其在瀏覽器中自動生成相應的圖形應用界面，還原前次的編輯結果。用戶也可以在編輯器中通過共享模式的設置來設定是否允許其它用戶查看甚至修改編輯好的圖形應用。實時圖形編輯器效果圖見圖1。

圖1 圖形控件及編輯器演示

3.2 系統實現

整套系統使用Visual Studio 2008 Team System作為開發平臺，以Visual C#作為開發語言，SQL Service 2005作為后臺數據庫管理系統，利用PI實時數據庫系統提供實時數據。設計時根據應用情況分為圖形控件和編輯器兩大模塊，既可聯合應用也可獨立使用。

圖形控件采用表現層、WCF服務接口、編輯器接口和數據訪問層的分層架構設計方式實現。Silverlight應用程序根據獲取的數據繪制圖形控件及其內容，響應鼠標、鍵盤等用戶操作進行交互，并作為系統表現層在客戶端瀏覽器中運行。WCF服務接口定義了客戶端和服務器端數據通信的地址，基于HTTP的通信協議、異步數據操作方法，實現了部署于服務器的PISDK獲取PI實時數據和運行于客戶端瀏覽器的Silverlight程序進行展示的異步數據通信。編輯器接口引用了編輯器定義的方法，用于圖形控件在被編輯器使用時響應編輯器發出的“縮放”、“序列化”、“反序列化”等操作指令，實現了控件與編輯器聯合使用交互功能。數據訪問層用來接收處理控件接收到的數據，數據可以是通過WCF主動連續定時獲取的，也可以是其它應用程序直接向數據訪問層發送的。這樣圖形控件就能被其它Silverlight應用程序通過類似Windows標準控件的方法來使用，便于二次開發。

圖形控件編輯器的分層架構設計與圖形控件一致，分為4層結構，分別如圖2、圖3所示。不同的是編輯器的WCF服務在服務器端，不訪問PI實時數據庫，而是與SQL Service 2005后臺數據庫交互。SQL Service 2005后臺數據庫用來保存、修改、刪除使用編輯器的人員信息和用戶自定義的圖形應用記錄。編輯器接口定義了各種方法用來向圖形控件發出編輯器獲取的各種用戶操作，由用戶控件完成指令反饋結果。由于接口方法由編輯器統一定義，控件只需實現即可，大大方便了編輯器使用新的圖形控件，而無需修改編輯器。

圖2 圖形控件架構

圖3 圖形編輯器架構

4 系統應用

圖形展示系統包括WCF服務、SQL Service 2005后臺數據庫、PI實時數據庫，均部署于后臺服務器。用戶在電力系統內部局域網通過瀏覽器即可訪問。系統為用戶提供了如下服務：

（1）多用戶可同時通過瀏覽器加載應用程序，實現添加、刪除、修改、移動、縮放等功能，編輯獨立的圖形并加以保存。再次使用時可根據權限查看和修改自己或他人的圖形應用，達到應用再現和數據共享。

（2）多個圖形應用中的圖形控件通過WCF技術可同時獲取不同的數據進行展示，相互獨立、互不影響，保證數據的安全性。

（3）圖形控件可拆分應用于其它項目，用于特定的數據展示，并不局限于PI數據庫數據，靈活方便。圖4、圖5均是控件在其它項目中單獨應用的效果。

圖4 圖形控件在無功補償項目應用（局部）

圖5 圖形控件在超載模塊應用（局部）

利用上述功能，寧波電業局開發了“主變壓器及線路超載分析”、“鎮海配電變壓器及無功補償裝置運行狀態監測”和“鎮海SCADA電量及ERTU電量對比分析圖”等多個應用，用戶可快速方便地查詢PI實時/歷史數據，并且實現了多用戶環境下的電網圖形數據共享。數據的展現更加美觀友善，數據傳輸更加安全快速。

5 結語

PI實時數據圖形展示系統采用Silverlight技術，利用WCF技術建立數據通道，滿足了電網企業生產運行中對實時/歷史數據在線圖形化應用的需求，解決了多用戶環境下數據共享困難、PI應用環境配置復雜等問題，提高了用戶的工作效率，增加了企業的經濟效益。

系統中的圖形控件還能被其它項目靈活應用，方便開發人員進行二次開發，縮短開發時間，節約開發成本。

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