基于AJAX技術(shù)的富氧陶瓷窯爐B/S實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郎建勛,鐘建偉

(湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院,湖北 恩施 445000)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代化企業(yè)解決方案的重要組成部分之一.富氧陶瓷窯爐作為重要的工業(yè)熱工設(shè)備之一，目前采用的基本上都是本地監(jiān)控系統(tǒng).當(dāng)多個(gè)工程人員需要同時(shí)監(jiān)控窯爐不同設(shè)備和參數(shù)或需要完成不同的系統(tǒng)功能時(shí)，本地監(jiān)控系統(tǒng)的不足之處就突顯出來了[1].解決這一問題的方法就是構(gòu)建一個(gè)多點(diǎn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，使得多個(gè)工程技術(shù)人員可以在各自的終端通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)陶瓷窯爐的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控.

1 B/S模式和C/S模式的比較

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以采用B/S和C/S兩種模式.相對(duì)于C/S模式，早期的B/S模式存在兩個(gè)方面的不足，較大的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量和相對(duì)貧乏的客戶端表現(xiàn)形式[2].對(duì)于C/S模式，網(wǎng)絡(luò)通信主要是數(shù)據(jù)的傳輸，而B/S模式則是整個(gè)HTML頁面的回發(fā)，網(wǎng)絡(luò)通信量相對(duì)較大[3].另外，當(dāng)Web技術(shù)尚不成熟的時(shí)候，要在瀏覽器中模擬C/S客戶端的表現(xiàn)行為是非常困難的[4].

現(xiàn)今，隨著Web技術(shù)的不斷成熟，結(jié)合瀏覽器的多種腳本語言、ActiveX控件和AJAX技術(shù)，通過瀏覽器已經(jīng)幾乎可以模擬C/S模式客戶端中的所有功能[5].隨著Web技術(shù)的不斷進(jìn)步、網(wǎng)絡(luò)通信速度的不斷提高和處理運(yùn)算能力的不斷增強(qiáng)，B/S模式的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大[6].相對(duì)于C/S模式，B/S模式從真正意義上實(shí)現(xiàn)了瘦客戶端，用戶只需要安裝瀏覽器軟件及其相應(yīng)的協(xié)議皆可，不需要安裝任何專用軟件，節(jié)約了系統(tǒng)的成本[7].再者，B/S模式的客戶端幾乎不需要任何維護(hù).另外，B/S模式提供了一個(gè)跨平臺(tái)的應(yīng)用環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境的分離，有利于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和更新[8].

2 采用B/S模式構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的可行性分析

從網(wǎng)絡(luò)通信量和客戶端表現(xiàn)行為的需求出發(fā)，分析構(gòu)建基于B/S模式的富氧陶瓷窯爐實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的可行性.

本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信量取決于兩個(gè)方面：通信頻率和單次通信的數(shù)據(jù)收發(fā)量.從通信頻率而言，富氧燃燒陶瓷窯爐的參數(shù)變化相對(duì)緩慢，客戶端并不需要過高的更新速度，可以適當(dāng)?shù)臏p小頁面更新頻率以減小網(wǎng)絡(luò)的通信量.另外，富氧燃燒陶瓷窯爐的界面主要為靜態(tài)的工藝流程圖片和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示標(biāo)簽及參數(shù)設(shè)置文本框構(gòu)成，通過客戶端向服務(wù)器發(fā)送的POST請(qǐng)求中多為對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)的簡(jiǎn)單設(shè)置或?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，通過采用AJAX技術(shù)，可以僅對(duì)部分頁進(jìn)行更新，即不更新靜態(tài)的工藝流程圖片部分，僅對(duì)需要更新的文本框內(nèi)容進(jìn)行更新即可[9]，這樣在每次通信時(shí)，回發(fā)的信息主要是窯爐的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而不會(huì)包含大量的圖片等信息，所以其一次通信所需收發(fā)的數(shù)據(jù)量是很小的.綜合以上兩個(gè)方面的因素，本系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信量過大而影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能.

從客戶端表現(xiàn)行為需求而言，客戶端用戶一般只是需要查看窯爐的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化情況和發(fā)送參數(shù)設(shè)置的請(qǐng)求，其要求類似于一般網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)更新和信息提交等，并不需要開發(fā)大量的具有復(fù)雜功能的定制控件才能滿足用戶的要求，所以在開發(fā)方面并不存在太大的困難.

綜合以上兩個(gè)方面的分析可知，開發(fā)基于B/S模式的富氧陶瓷窯爐的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是可行的.

圖1 陶瓷窯爐B/S監(jiān)控系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)

3 B/S實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的服務(wù)器端的開發(fā)工具選用基于.NET Framework 3.5的ASP.NET開發(fā).根據(jù)富氧燃燒陶瓷輥道窯的控制要求，B/S監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下8個(gè)功能：①用戶的訪問權(quán)限控制；②用戶的授權(quán)和管理；③窯爐現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示；④窯爐設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)；⑤系統(tǒng)的故障和報(bào)警提示；⑥控制模式的切換；⑦參數(shù)的設(shè)定；⑧窯爐歷史數(shù)據(jù)記錄的查看.

根據(jù)上述要求，富氧燃燒陶瓷輥道窯B/S監(jiān)控系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖1所示.

IOperation接口封裝了操作PLC、變頻器和數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備的函數(shù).根據(jù)PLC、變頻器和數(shù)據(jù)采集卡提供的驅(qū)動(dòng)程序，將相關(guān)的設(shè)備操作函數(shù)采用C# Comwarper封裝以便表現(xiàn)層的主頁面和參數(shù)設(shè)定頁面調(diào)用.

Roles接口中主要是數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)邏輯中的成員角色分配函數(shù)，Roles模塊用于為不同層次的用戶分配權(quán)限.

IGetArchive接口封裝了操作歸檔數(shù)據(jù)的函數(shù)，用于操作存放在SQL Server2005數(shù)據(jù)庫中的窯爐現(xiàn)場(chǎng)的過程數(shù)據(jù)、故障報(bào)警等信息.

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題

4.1 采用AJAX實(shí)現(xiàn)部分頁更新

B/S監(jiān)控系統(tǒng)采用異步回發(fā)機(jī)制方便的實(shí)現(xiàn)了頁面的部分更新，可以不用在每次回發(fā)的時(shí)候都更新整個(gè)頁面，這樣用戶從體驗(yàn)的角度來講就不會(huì)感覺到整個(gè)頁面總是在不斷的刷新，使得Web用戶界面變得更為友好，同時(shí)也減少了和服務(wù)器的通信量[10].

在窯爐B/S監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)中，當(dāng)實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)需要使用MS AJAX Library提供的UpdatePanel、Timer和ScriptManager服務(wù)器控件.

ScriptManager控件管理支持AJAX的ASP.NET網(wǎng)頁的客戶端腳本.默認(rèn)情況下，ScriptManager控件會(huì)向頁面注冊(cè)MS AJAX Library的腳本.這將使客戶端腳本能夠使用類型系統(tǒng)擴(kuò)展并支持部分頁呈現(xiàn)和Web服務(wù)調(diào)用這樣的功能[11].

Timer控件按用戶指定的間隔執(zhí)行回發(fā).如果將Timer控件用于UpdatePanel控件，則可以按時(shí)間間隔啟用部分頁更新.它會(huì)將一個(gè)JavaScript組件嵌入到網(wǎng)頁中.當(dāng)經(jīng)過Interval屬性中定義的時(shí)間間隔時(shí)，該JavaScript組件將從瀏覽器啟動(dòng)回發(fā).可以在運(yùn)行于服務(wù)器上的代碼中設(shè)置Timer控件的屬性，這些屬性將傳遞到該JavaScript組件.當(dāng)Timer控件啟動(dòng)回發(fā)時(shí)，將會(huì)在服務(wù)器上引發(fā)Tick事件，可以創(chuàng)建Tick事件的事件處理程序來執(zhí)行一些操作，例如讀取窯爐的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并更新UpdatePanel子控件的相應(yīng)屬性.

UpdatePanel控件是ASP.NET中AJAX功能的核心部分.UpdatePanel控件與ScriptManager控件結(jié)合使用來實(shí)現(xiàn)部分頁呈現(xiàn).部分頁呈現(xiàn)減少了同步回發(fā)和更新整個(gè)頁面的需要.在設(shè)計(jì)窯爐的B/S監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，可以將需要定時(shí)更新屬性的控件放置在UpdatePanel控件的內(nèi)部，將Timer控件顯式定義為UpdatePanel的AsyncPostBackTrigger.在頁面加載后，UpdatePanel子控件的屬性就會(huì)以指定的TimerInterval間隔實(shí)現(xiàn)異步更新.

表1 不同角色的權(quán)限設(shè)置

圖3 B/S監(jiān)控系統(tǒng)主頁面

4.2 基于角色的授權(quán)

成員資格管理功能可以通過使用ASP.NET提供的登錄系列控件實(shí)現(xiàn)用戶的登錄驗(yàn)證、創(chuàng)建和管理用戶的功能，但其中存在著一個(gè)問題：無論任何用戶登陸后，都可以進(jìn)入用戶管理模塊修改用戶信息，這在實(shí)際中是絕對(duì)不允許的.為了防止這種情況發(fā)生，可以分別為每個(gè)用戶分別授權(quán)，采用這種方式的工作量是很大的，而且不易實(shí)現(xiàn)和進(jìn)行管理.基于角色的授權(quán)方式可以將授權(quán)與角色相關(guān)聯(lián)，通過為用戶分配角色來實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的權(quán)限控制.這一方式實(shí)現(xiàn)了用戶與權(quán)限的邏輯分離，提高了管理的效率和可控性.利用ASP.NET中的Roles類提供的靜態(tài)方法可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建角色、為用戶添加或刪除角色等功能.

在窯爐B/S監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)創(chuàng)建三種類型的角色：Observer、Operator和Administrator.這三種角色的權(quán)限設(shè)置如表1所示.

表1中的角色類型是在系統(tǒng)開發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)的，B/S監(jiān)控系統(tǒng)的用戶可以被分配多個(gè)角色，即一個(gè)用戶可以即是Administrator又是Operator，該用戶則同時(shí)具有管理用戶和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和控制的權(quán)限.從需求的角度而言，Administrator角色的用戶并不需要直接參與系統(tǒng)的控制；但若有必要，Administrator角色的用戶可以為自身添加Operator的角色，從而以O(shè)perator的身份參與控制.

5 系統(tǒng)測(cè)試

下面選擇B/S監(jiān)控系統(tǒng)的兩個(gè)主要頁面——監(jiān)控系統(tǒng)主頁面和燃燒器控制頁面對(duì)系統(tǒng)的行為進(jìn)行測(cè)試.

監(jiān)控系統(tǒng)主頁面如圖3所示.通過該頁面，用戶可以查看窯爐現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)和設(shè)備的當(dāng)前參數(shù)值.界面中的文本框顯示的是窯爐現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、流量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的更新是通過ASP.NET頁面中的Timer控件的定時(shí)事件來實(shí)現(xiàn)的.由于采用了AJAX技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)部分頁更新，不用重新刷新整個(gè)頁面，使得操作人員的能夠獲得和C/S客戶端幾乎完全相同的體驗(yàn).另外，頁面中的顯示數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)幾乎是完全同步的，略有滯后，這主要是由讀取下位機(jī)PLC中的數(shù)據(jù)時(shí)引起的，其實(shí)時(shí)性完全能滿足監(jiān)控系統(tǒng)的要求.

圖3頁面下部為操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的按鈕，可以用于啟停現(xiàn)場(chǎng)的熱工設(shè)備.根據(jù)登入用戶的角色和權(quán)限的不同，該按鈕只針對(duì)Operator是有效的.為使窯爐能夠安全工作，在操作設(shè)備啟停的時(shí)候設(shè)置有連鎖檢驗(yàn)程序，通過在下位機(jī)PLC中編程實(shí)現(xiàn).

系統(tǒng)控制和參數(shù)設(shè)定頁面運(yùn)行時(shí)的效果圖如圖4所示，該頁面能夠完成對(duì)燒嘴、排煙風(fēng)機(jī)和助燃風(fēng)機(jī)等熱工設(shè)備的自動(dòng)控制.圖中的文本框分別用來完成參數(shù)設(shè)定、給定值顯示和反饋值顯示.采用AJAX技術(shù)后，可以使得在設(shè)置參數(shù)或讀取反饋數(shù)據(jù)的時(shí)候只刷新部分頁，不需要回發(fā)整個(gè)頁面.同時(shí)，為確保系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的安全性，在Server端有參數(shù)有效性驗(yàn)證程序，當(dāng)用戶輸入的參數(shù)錯(cuò)誤時(shí)，在出現(xiàn)相應(yīng)的告警信息，并阻止用戶寫入非法參數(shù).

圖4 燃燒控制器的參數(shù)設(shè)置頁面

上述測(cè)試表明，基于B/S模式的監(jiān)控系統(tǒng)從功能、安全性、實(shí)時(shí)性和用戶體驗(yàn)方面均能夠滿足窯爐監(jiān)控系統(tǒng)的要求.

6 小結(jié)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，B/S模式的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)正在逐步取代傳統(tǒng)的C/S模式的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng).本文針對(duì)富氧陶瓷窯爐開發(fā)了一套基于ASP.NET的B/S遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可行性及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明.通過測(cè)試，富氧陶瓷窯爐B/S遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠滿足窯爐監(jiān)控的各項(xiàng)要求，同時(shí)使用戶能夠獲得類似于C/S客戶端的體驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)了瘦客戶端，極大的減輕了客戶端的開發(fā)維護(hù)工作.

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