基于B/S模式反滲透海水淡化遠程監測系統研究

張兵+姜周曙+王劍+陳震南

摘 ?要： 針對日產10萬噸級大型反滲透海水淡化工程，為解決海水淡化流程遠程監測系統中實時性弱、可靠性差、操作復雜且資源不能有效共享等問題，研制開發了一套基于B/S技術的遠程監測系統。該系統采用WCF通信模式實現本地監測系統與遠程監測系統之間通信，同時使用Ajax和jQuery等網絡前端新技術，實現了頁面的局部刷新。用戶可以通過瀏覽器終端遠程訪問監控中心服務器，對海水淡化進行實時數據監測，歷史數據查詢等操作。實際應用表明，系統運行可靠、穩定，能夠有效地加強對海水淡化生產過程的實時監管。該系統具有較強的可移植性，可廣泛應用子工業自動化、交通運輸等各個行業，具有一定的實用價值。

關鍵詞： 反滲透海水淡化; B/S; 遠程監測; WCF; Ajax

中圖分類號： TN919?34; TP277 ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2014）24?0001?04

Research on ?SWRO remote monitoring system based on B/S?mode

ZHANG Bing， JIANG Zhou?shu， WANG Jian， CHEN Zhen?nan

（College of Automation， Hangzhou Dianzi University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： To solve the problems of weak real?time performance， poor reliability， complex operation and low efficiency resource sharing in the remote monitoring of the large?scale SWRO system whose daily production is 10 000 t， a remote monitoring system based on B/S technology was developed. WCF communication mode is used in this system to realize the communication between local and remote monitoring systems and the network leading technologies such as Ajax and jQuery are adopted to achieve the partial refresh in a page. The users can access the monitoring center server remotely， monitor the real?time data of the SWRO system and query the history data via browser terminal. Practical application shows that the system works reliable and stable， and can make the real?time monitoring of the SWRO process more efficient. This system has an excellent portability and can be widely applied to the industrial automation， transportation industry and so on. It is of high practical value.

Keywords： reverse osmosis desalination; B/S; remote monitoring; WCF; Ajax

0 ?引 ?言

淡水是人類社會賴以生存和發展的物質基礎之一，是一切生命之源。然而，隨著社會的發展、經濟的增長、人口的不斷增加以及環境的污染，導致淡水資源嚴重短缺，水資源問題已經發展為一個全球性問題，成為制約人類社會發展的關鍵因素。在我國，淡水資源總量為28 000億m3，占世界水資源的6%，但我國人均占有量僅為世界平均水平的[14]，且分布不均，淡水資源已經成為影響中國經濟社會發展的重要因素[1]。然而，海洋中蘊含著豐富的淡水資源，采用反滲透海水淡化技術獲取淡水資源已成為沿海地區解決水資源問題最有效地的方法之一，受到越來越多的關注[2]。反滲透海水淡化是一個復雜的工藝流程，涉及海水的組分、pH值、溫度、產水量、模特性等諸多相互聯系、相互影響的變量，必須對其進行實時監控，保證其穩定、高效運行。

近年來， 網絡在工業生產中的應用使得工業過程的遠程監控功能得以實現。隨著Internet和Web的廣泛應用，C/S結構已經無法滿足當前全球網絡開放、互聯和信息共享的新要求， 于是出現了B/S（Browser/Server）型模式，即瀏覽器/服務器結構[3]。在B/S架構下，任何有網絡的地方，用戶就可通過Web瀏覽器對工業生產過程進行在線實時監測。Web瀏覽器以圖形、圖表等形式向用戶顯示當前監測對象的實時運行信息。采用B/S架構的優點是用戶可在任意平臺上實現對服務器的訪問，且用戶數量不限，同時利用B/S 架構可以大大減少開發工作量，提高產品的可維護性[4?5]。

因此，針對目前海水淡化遠程監測系統存在的不足，在物聯網技術的基礎上，提出一種基于B/S架構的海水淡化遠程監測系統，實現對海水淡化工藝流程的遠程實時監測。

1 ?系統整體架構設計

在總體結構設計上，反滲透海水淡化監測系統采用3層架構，整個系統從最底層的數據采集到用戶交互，可分為現場控制層、現場監控層和遠程監測層。反滲透海水淡化監控系統總體架構如圖1所示。

圖1 反滲透海水淡化監控系統總體架構

現場控制層主要由各種傳感器、儀表以及PLC控制器組成，PLC控制器是現場控制層的核心，負責對現場各種壓力數據、流量數據等參數信號的采集，并對現場生產設備運行狀況進行實時控制。

現場監控層包括交換機、現場監控主機、海水淡化本地監控系統、Web服務器、數據庫服務器等。本地監控系統具有現場監測數據的自動采集、數據處理與保存、動態顯示、遠程傳輸、用戶管理等功能。系統采用數據挖掘、故障樹、信息融合等先進技術，對海水淡化機組運行狀態進行故障診斷、故障預測以及故障處理，提高了系統運行的穩定性和可靠性，保證了機組高效運行。

反滲透海水淡化遠程監測系統采用基于B/S模式的ASP.NET技術，用戶可以通過瀏覽器終端輸入海水淡化本地監控系統服務器IP，以動態網頁的形式實時監測海水淡化生產狀況，以Flash動畫、曲線等方式顯示實時監測數據，并擁有故障報警、歷史數據查詢以及水質監測數據查詢等功能。系統設計了管理員和操作員兩種用戶權限，享有相應權限的用戶可執行權限內的操作，對生產設備參數以及水質情況進行遠程監控管理。只要有網絡的地方，就能通過瀏覽器對海水淡化整個生產過程進行實時在線監測，獲取海水淡化設備實時運行信息。系統功能架構如圖2所示。

圖2 遠程監測系統功能架構

2 ?軟件實現的關鍵技術

2.1 ?遠程WCF通信

WCF是Microsoft為構建面向服務的應用提供的分布式通信編程框架，是.NET的重要組成部分，使用該框架，開發人員可以構建跨平臺、安全、可靠和支持事務處理的企業級互聯應用解決方案[6]。WCF通信模型如圖3所示， 客戶端與服務端通過消息在匹配的訪問點之間進行信息交互， 基于消息的通信機制是 SOA架構的特點[7]。服務端作用是實現服務并對客服端進行相應，主要包括服務契約的設計和實現以及配置WCF服務的Endpoint設置。

海水淡化遠程監測系統采用OPC通信[8]和WCF通信相結合的通信方式，本地監測系統通過OPC通信方式讀取PLC控制器上的數據，并且通過WCF通信方式向Web網頁發送本地監控端采集的時間監測數據，實現對海水淡化整個運作過程的遠程實時監測。

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圖3 WCF通信模型

2.1.1 ?WCF服務的實現

本地監測軟件是基于.NET的Windows窗體應用程序，開發工具是VS 2008，WCF選擇本地監控軟件作為承載服務的宿主，遠程監測系統通過互聯網調用WCF服務提供的遠程方法。系統中定義了一個IMoveDataContract接口和一個MoveDataContractsService類，用于為遠程監測端提供遠程服務，服務契約設計如表1所示。

表1 服務契約設計

定義好接口后，定義一個MoveDataContractsService類實現接口中定義的抽象函數。服務實現后在服務的宿主本地監測軟件的程序配置文件App.config文件中用XML語言定義終結點額地址、綁定和契約。配置文件中的代碼如下所示。

behaviorConfiguration="metadataBehavior"

name="DesailinationWCF.MoveDataContract

sService">

actsService” ? binding="wsHttpBinding"

contract="DesailinationWCF.IMoveDataContract"/>

2.1.2 ?遠程監測端即客戶端的實現

遠程監測軟件的開發工具是VS 2008，啟動海水淡化本地監控軟件即服務端后在工程中添加服務應用，工具自動生成代理類并配置訪問點。在遠程監測系統中實例化代理并調用服務契約中的函數，從而實現服務的調用。

2.2 ?Ajax技術在前臺網頁中的實現

Ajax是一種使用客戶端腳本并能與Web服務器交互的客戶端Web開發技術，它的特點在于Ajax是基于客戶端的，并能夠以異步的方式與服務器交互[5]。Ajax根據“按需取數據”的原則，大大降低了冗余請求及響應對服務器照成的負擔[9]。無刷新更新頁面減少了用戶心理和實際等待時間，它只和服務器交換有用的數據，而頁面元素、樣式等一些不必要的數據就不重新從服務器端加載，減少了寬帶消耗[10]。海水淡化本地監測系統中，系統每隔8 s采用OPC通信協議從PLC控制器中讀取一次數據，在遠程監測系統中，為了顯示最新采集的實時監測數據，系統必須每隔幾秒刷新一下界面，以顯示最新監測數據。傳統方法是用在Aspx頁面開頭head中加Refresh標簽

來實現，這種方法會刷新不需要更新的頁面元素使整個頁面回發，增加界面響應時間，并影響用戶對界面的操作。為避免出現整體閃動提高頁面響應速度，系統使用Ajax技術來對界面進行定時局部刷新。系統需要刷新的界面使用ASP.NET Ajax腳本庫ScriptManager，UpdatePanel 和 Timer定時器來對系統局部空間進行刷新[10]，主要代碼如下所示：

<！—需要定時刷新的控件或THML元素 -->

ControlID="TimerRaise"EventName="Tick" />

海水淡化遠程監測系統，每隔8 s觸發一次定時器事件，對界面進行局部刷新，顯示海水淡化過程中設備以及水質參數等實時數據，實現對反滲透海水淡化工藝的遠程實時監測，保證系統穩定高效的運行。

2.3 ?jQuery在系統的應用

為了使界面具有更好的靈活性和友好性，系統開發周期更短，該系統中使用一個JavaScript著名的開源庫jQuery技術，jQuery以簡單的代碼實現更強大的功能簡潔、快速、靈活的JavaScript框架[9]。引入jQuery后，開發人員能做到“寫得更少，做得更多”，能將JS代碼和HTML代碼完全分離，便于代碼的維護和修改，從而減少網絡頁面布局時間，提高開發效率[11]。

海水淡化遠程監測系統中大量使用了jQuery插件，由于其具有和墻的擴展功能，根據系統的實際需要進行了大量的代碼擴展，以滿足系統的需要。大量插件在系統中的運用實現了與Ajax技術的完美融合。應用時將jQuery框架文件保存在項目文件夾JS中，在頁面的

加入以下代碼：

系統使用該插件來控制界面中實時監測數據的曲線動態顯示，界面更加友好。

3 ?系統主要功能模塊的設計與實現

3.1 ?Flash動畫顯示界面

用戶由系統登錄界面通過輸入相應的用戶名和密碼，經Web服務器驗證通過后進入遠程監測系統的Flash動畫顯示界面，如圖4所示，該界面提供Flash動畫模擬現場生產工藝流程，把海水淡化工藝流程、特點、工作原理以動畫的形式立體呈現出來，并在動畫中顯示生產設備參數以及各階段水質狀況等監測數據，使用戶直觀、詳實、全方位動態的監測海水淡化機組的實時運行狀況。同時，在網頁的左側欄提供相應關鍵數據的報警信號。點擊界面上的鏈接可以跳轉到相應的界面，如數據曲線顯示界面、信息查詢界面、水質查詢界面、故障報警界面等。

3.2 ?數據文本顯示界面

該界面顯示了海水淡化過程中所有的監測數據，包括電機參數，水質參數，流量參數，液位參數以及壓力參數。并根據海水淡化工藝流程，將實時數據按預處理、前處理和反滲透等幾個階段分開顯示，使數據顯示更加清晰有條理。數據文本顯示界面如圖5所示。

圖5 數據文本顯示界面

3.3 ?數據曲線顯示界面

數據曲線網頁采用HighCharts控件對不同類型的數據進行分開顯示，如流量數據、壓力數據、水質參數數據等。系統定時繪制監測數據動態曲線，使用戶對監測數據的整體變化趨勢有更直觀的了解。曲線顯示界面如圖6所示。

圖6 曲線顯示界面

3.4 ?信息查詢界面

歷史數據查詢界面包括歷史數據查詢以及各水質監測點的水質監測數據查詢。系統采用數據庫是SQL Server 2005， SQL Server是一個關系數據庫，具有強大的數據處理功能。用戶可自主選擇查詢條件，點擊查詢按鈕，向Web服務器提交用戶查詢請求。Web服務器調用數據庫服務器中的相應數據，發送回頁面進行表格數據顯示。數據表格采用分頁技術，每頁顯示固定的數據行，用戶對海量數據的查詢一目了然。歷史數據查詢界面如圖7所示。

圖7 歷史數據查詢界面

4 ?結 ?語

本文設計了一種適合對反滲透海水淡化整套生產設備進行遠程在線監測，獲取設備實時運行狀況的新型遠程監測系統，并給出系統的總體結構。該系統基于B/S架構，監測端可以位于任何與Internet相連的地方，使用戶可以方便有效地掌握系統的運行狀況。系統采用WCF通信模式，實現本地監測系統與遠程監測系統之間的通信，同時，系統使用Ajax和jQuery等網絡前端新技術，實現了頁面的局部刷新，提高了頁面的響應速度，使用戶界面更加友好。

參考文獻

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[9] 高鵬，徐小力，吳國新，等.基于Ajax的四層架構遠程監測系統設計[J].計算機工程與設計，2014（2）：695?699.

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[11] 周玲余.基于jQuery框架的頁面前端特效的設計與實現[J]. 計算機與現代化，2013（1）：61?63.

<！—需要定時刷新的控件或THML元素 -->

ControlID="TimerRaise"EventName="Tick" />

海水淡化遠程監測系統，每隔8 s觸發一次定時器事件，對界面進行局部刷新，顯示海水淡化過程中設備以及水質參數等實時數據，實現對反滲透海水淡化工藝的遠程實時監測，保證系統穩定高效的運行。

2.3 ?jQuery在系統的應用

為了使界面具有更好的靈活性和友好性，系統開發周期更短，該系統中使用一個JavaScript著名的開源庫jQuery技術，jQuery以簡單的代碼實現更強大的功能簡潔、快速、靈活的JavaScript框架[9]。引入jQuery后，開發人員能做到“寫得更少，做得更多”，能將JS代碼和HTML代碼完全分離，便于代碼的維護和修改，從而減少網絡頁面布局時間，提高開發效率[11]。

海水淡化遠程監測系統中大量使用了jQuery插件，由于其具有和墻的擴展功能，根據系統的實際需要進行了大量的代碼擴展，以滿足系統的需要。大量插件在系統中的運用實現了與Ajax技術的完美融合。應用時將jQuery框架文件保存在項目文件夾JS中，在頁面的

加入以下代碼：

系統使用該插件來控制界面中實時監測數據的曲線動態顯示，界面更加友好。

3 ?系統主要功能模塊的設計與實現

3.1 ?Flash動畫顯示界面

用戶由系統登錄界面通過輸入相應的用戶名和密碼，經Web服務器驗證通過后進入遠程監測系統的Flash動畫顯示界面，如圖4所示，該界面提供Flash動畫模擬現場生產工藝流程，把海水淡化工藝流程、特點、工作原理以動畫的形式立體呈現出來，并在動畫中顯示生產設備參數以及各階段水質狀況等監測數據，使用戶直觀、詳實、全方位動態的監測海水淡化機組的實時運行狀況。同時，在網頁的左側欄提供相應關鍵數據的報警信號。點擊界面上的鏈接可以跳轉到相應的界面，如數據曲線顯示界面、信息查詢界面、水質查詢界面、故障報警界面等。

3.2 ?數據文本顯示界面

該界面顯示了海水淡化過程中所有的監測數據，包括電機參數，水質參數，流量參數，液位參數以及壓力參數。并根據海水淡化工藝流程，將實時數據按預處理、前處理和反滲透等幾個階段分開顯示，使數據顯示更加清晰有條理。數據文本顯示界面如圖5所示。

圖5 數據文本顯示界面

3.3 ?數據曲線顯示界面

數據曲線網頁采用HighCharts控件對不同類型的數據進行分開顯示，如流量數據、壓力數據、水質參數數據等。系統定時繪制監測數據動態曲線，使用戶對監測數據的整體變化趨勢有更直觀的了解。曲線顯示界面如圖6所示。

圖6 曲線顯示界面

3.4 ?信息查詢界面

歷史數據查詢界面包括歷史數據查詢以及各水質監測點的水質監測數據查詢。系統采用數據庫是SQL Server 2005， SQL Server是一個關系數據庫，具有強大的數據處理功能。用戶可自主選擇查詢條件，點擊查詢按鈕，向Web服務器提交用戶查詢請求。Web服務器調用數據庫服務器中的相應數據，發送回頁面進行表格數據顯示。數據表格采用分頁技術，每頁顯示固定的數據行，用戶對海量數據的查詢一目了然。歷史數據查詢界面如圖7所示。

圖7 歷史數據查詢界面

4 ?結 ?語

本文設計了一種適合對反滲透海水淡化整套生產設備進行遠程在線監測，獲取設備實時運行狀況的新型遠程監測系統，并給出系統的總體結構。該系統基于B/S架構，監測端可以位于任何與Internet相連的地方，使用戶可以方便有效地掌握系統的運行狀況。系統采用WCF通信模式，實現本地監測系統與遠程監測系統之間的通信，同時，系統使用Ajax和jQuery等網絡前端新技術，實現了頁面的局部刷新，提高了頁面的響應速度，使用戶界面更加友好。

參考文獻

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[11] 周玲余.基于jQuery框架的頁面前端特效的設計與實現[J]. 計算機與現代化，2013（1）：61?63.

<！—需要定時刷新的控件或THML元素 -->

ControlID="TimerRaise"EventName="Tick" />

海水淡化遠程監測系統，每隔8 s觸發一次定時器事件，對界面進行局部刷新，顯示海水淡化過程中設備以及水質參數等實時數據，實現對反滲透海水淡化工藝的遠程實時監測，保證系統穩定高效的運行。

2.3 ?jQuery在系統的應用

為了使界面具有更好的靈活性和友好性，系統開發周期更短，該系統中使用一個JavaScript著名的開源庫jQuery技術，jQuery以簡單的代碼實現更強大的功能簡潔、快速、靈活的JavaScript框架[9]。引入jQuery后，開發人員能做到“寫得更少，做得更多”，能將JS代碼和HTML代碼完全分離，便于代碼的維護和修改，從而減少網絡頁面布局時間，提高開發效率[11]。

海水淡化遠程監測系統中大量使用了jQuery插件，由于其具有和墻的擴展功能，根據系統的實際需要進行了大量的代碼擴展，以滿足系統的需要。大量插件在系統中的運用實現了與Ajax技術的完美融合。應用時將jQuery框架文件保存在項目文件夾JS中，在頁面的

加入以下代碼：

系統使用該插件來控制界面中實時監測數據的曲線動態顯示，界面更加友好。

3 ?系統主要功能模塊的設計與實現

3.1 ?Flash動畫顯示界面

用戶由系統登錄界面通過輸入相應的用戶名和密碼，經Web服務器驗證通過后進入遠程監測系統的Flash動畫顯示界面，如圖4所示，該界面提供Flash動畫模擬現場生產工藝流程，把海水淡化工藝流程、特點、工作原理以動畫的形式立體呈現出來，并在動畫中顯示生產設備參數以及各階段水質狀況等監測數據，使用戶直觀、詳實、全方位動態的監測海水淡化機組的實時運行狀況。同時，在網頁的左側欄提供相應關鍵數據的報警信號。點擊界面上的鏈接可以跳轉到相應的界面，如數據曲線顯示界面、信息查詢界面、水質查詢界面、故障報警界面等。

3.2 ?數據文本顯示界面

該界面顯示了海水淡化過程中所有的監測數據，包括電機參數，水質參數，流量參數，液位參數以及壓力參數。并根據海水淡化工藝流程，將實時數據按預處理、前處理和反滲透等幾個階段分開顯示，使數據顯示更加清晰有條理。數據文本顯示界面如圖5所示。

圖5 數據文本顯示界面

3.3 ?數據曲線顯示界面

數據曲線網頁采用HighCharts控件對不同類型的數據進行分開顯示，如流量數據、壓力數據、水質參數數據等。系統定時繪制監測數據動態曲線，使用戶對監測數據的整體變化趨勢有更直觀的了解。曲線顯示界面如圖6所示。

圖6 曲線顯示界面

3.4 ?信息查詢界面

歷史數據查詢界面包括歷史數據查詢以及各水質監測點的水質監測數據查詢。系統采用數據庫是SQL Server 2005， SQL Server是一個關系數據庫，具有強大的數據處理功能。用戶可自主選擇查詢條件，點擊查詢按鈕，向Web服務器提交用戶查詢請求。Web服務器調用數據庫服務器中的相應數據，發送回頁面進行表格數據顯示。數據表格采用分頁技術，每頁顯示固定的數據行，用戶對海量數據的查詢一目了然。歷史數據查詢界面如圖7所示。

圖7 歷史數據查詢界面

4 ?結 ?語

本文設計了一種適合對反滲透海水淡化整套生產設備進行遠程在線監測，獲取設備實時運行狀況的新型遠程監測系統，并給出系統的總體結構。該系統基于B/S架構，監測端可以位于任何與Internet相連的地方，使用戶可以方便有效地掌握系統的運行狀況。系統采用WCF通信模式，實現本地監測系統與遠程監測系統之間的通信，同時，系統使用Ajax和jQuery等網絡前端新技術，實現了頁面的局部刷新，提高了頁面的響應速度，使用戶界面更加友好。

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