使用HTML5_SVG和并发编程技术实现水电站自动化系统

使用HTML5、SVG 和并发编程技术实现水电站自动化系统

徐学琴，许明勇

(二滩水力发电厂，四川省攀枝花市617000)

摘要：简要介绍了目前国内水电站自动化控制系统的概况，研究了在当前多核芯片和WebOS 业已成为未来计算机技术发展趋势的情况下，使用H T ML5和SVG 等Web 技术及并发编程技术实现水电站自动化控制系统的可行性，并给出了一个实现模型，探索了在自动化控制系统实现过程中，可能得到应用的一种崭新的方式。

关键词:H TM L5;SVG;Erlang；自动化控制

收稿日期:2010 06 30。

0 引言

随着计算机技术的发展,Goog le Docs,iPhone,HTML5,noSQL 等产品的用户正在快速壮大，多核并发、云计算和WebOS 已成为未来计算机技术发展的方向。新技术的不断涌现，给传统的水电站自动化系统的设计理念造成了一定程度的冲击，人们对Web 的认识也在逐渐转变，使用Web 技术作为水电站自动化系统的开发平台和工具已成为现实。

1 水电站自动化系统介绍

水电站自动化系统主要包括上位机、下位机、历史系统、高级应用软件(如自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、EDS)和调度通信系统等五大部分。个别厂商自主研发下位机控制器，多数厂家采用国外知名的可编程逻辑控制器(PLC)作为下位机，国内的下位机控制器的可靠性、可用性、应用资质和市场占有率方面与国外产品还有一些差距。不考虑下位机，在水电站自动化系统中，上位机的软件开发难度最大。

目前国内水电站自动化系统上位机实现主要有3种方式: 自主研发，使用C++和JAVA 作为开发工具，图形界面主要采用M OT IF,Gnom e,QT 4,Sw ing 或SWT 等图形库实现; 使用国外成熟的上位机组态软件，直接组态国外成熟的上位机软件，如iFix ,Cim plicity,WinCC,InT ouch 等;!使用Flash 和Actionscript 实现。

以上3种实现方式各有优劣，第1种方式的优点是代码执行效率高，缺点是开发效率低、界面设计不灵活、过多地依赖成熟的图形库、需要自主开发实

时控制过程对象、数据展示方式不灵活；第2种方式的优点是系统集成效率高，缺点是需购买昂贵的版权、系统定制不灵活；第3种方式的优点界面美观，缺点是开发难度大、不易进行代码调试和优化、代码执行效率低、标准不开放、无法进行内容检索。

自H T ML5标准草案发布后，其优异的特性得到了众多主流浏览器厂商的支持。使用浏览器作为上位机平台(准WebOS 方式)，融合H T ML5,SVG,Javascript 等技术实现自动化系统上位机的功能，将极大地提高开发效率，具有丰富数据展示方

式，并使过程对象的图形界面具有矢量图特性[1]

。

2 HTML5关键技术

2.1 HTML5发展历程

1999年H TM L4标准发布以来，经过十多年的酝酿,W3C 和WH AT WG 两大浏览器标准组织通过将XH T ML 和Web2.0技术进行融合后，终于走到了一起，共同合作推出了H T M L5。

虽然H T M L5正式标准可能要在2年后才正式发布，但自2009年下半年万维网联盟W3C 发布H T ML5标准草案以来，得到了各大浏览器开发厂商的大力支持,Firefox,Chrome,Opera,Safari 等均已部分实现H T ML5功能，微软也公开申明将在IE9中支持H T ML5和可伸缩矢量图形(SVG)技术，目前微软的IE 平台预览第6版和Goog le 公司的开源Chrom e 浏览器对H T M L5的兼容性最好。2.2 Web Socket

传统的Web 实时数据传输方式，多采用低效的AJAX XML H ttpRequest 实现。WebSocket 直接调用浏览器底层的(传输控制协议)T CP 接口，通过在T CP 协议(OSI 的数据传输层)上进行一次简单的握手后，使用∀0x 0+U TF -8+0Xff #的封装方式，在T CP 端口之间对UT F-8编码数据进行双

∃

第31卷第4期2010年11月Vo l.31 No.4N ov.2010

向传输，使得Web数据网络交换效率直接提升到操作系统应用程序的级别，实时数据传输性能产生了一个飞跃，一举淘汰了A JAX XML H ttpRequest和COM ET等技术。这为采用WebOS方式作为水电站自动化系统上位机平台奠定了坚实基础。

2.3 Web W orker+Multithreaded Javascript

H TM L5提供了Web Worker接口，可以实现后台调用js库，通过消息传递方式交换数据。Multithreaded Jav ascr ipt使用<scr ipt async src =%%>标签，采用异步方式进行脚本的多线程执行，实现从而提高了前端js脚本的处理性能。通过操作系统(OS)对浏览器利用中央处理单元(CPU)资源的调优，可以充分利用多核CPU的并发特性，大大提高Javascript的执行效率。

2.4 Web Storage

Web Storag e使用key/v alue键值对方式，本地存储数据。它分为Sessio n Storage和Local Sto rag e这2种方式，使变量具有2种不同的作用域。

2.5 Web SQL Database

Web结构化查询语言(SQL)Database实现了每个浏览器本地介质存储的关系型数据库，并使用SQ Lite的SQL语言(不完全兼容标准的SQL)作为访问接口。

2.6 C ross Document Messaging

提供Web文档间的消息传输。如果自动化系统中的画面看作一个Web页面，那么画面之间的消息传输使得画面的数据展示方式更加灵活，开发效率更高，代码结构更加清晰。

2.7 Native JSON

JSON(JavaScript Object Natation)是一种轻量级的字符型数据交换格式，串行化效率和Goog le pro to buf相当，比可扩展置标语言(XM L)的串行化效率高出很多倍。使用JSON可以快速的定义出一种应用层的协议规范。

二进制数据交换格式由ASN.1,MessagePack 等，但它们不能使用WebSocket交换数据。

Native JSON使浏览器内核直接支持w indow. JSON对象，提供对JSON对象的封包和解析，而不必依赖外部的Jav aScript包，执行效率更快。

2.8 界面标签的变化

H TM L5中增加了<H EADER>,<NAV>, <ASIDE>,<SECTION>,<ARTICLE>,< FOOTER>等标签，解决了H T ML4中通篇∀< DIV ID=%%>#的混乱局面，使H TM L和CSS技术配合地更加完美，页面展示风格更加统一。扩展了<INPU T>标签的类型，简化了用户输入数据验证过程。增加了<MENU>,<COMM AND>,< DA TAGRID>,<M ETER>,<PROGRESS>等标签，使得WebAPP更接近操作系统应用程序，开发效率更高。新增了<CANV AS>,<FIGURE>更好的支持矢量图和常规图形。使用<AU DIO>, <V IDEO>标签简化了多媒体的代码，并将媒体编码统一到H.264标准，是传统的Flash视频替代产品，如全球最大视频提供商YOU TU BE也在逐渐完成Flash和H.264视频的双向支持。

Web的数据展示方式丰富多彩，绚丽夺目，这些新标签将使得上位机的交互性更强，更美观，开发效率更高。

3 SVG介绍

SVG标准由W3C组织发布，基于XM L，它和FLA SH类似，其主要优点是矢量图形不会因为图形的放大而失真，而且可代码化[2]。

H T ML5已支持内嵌SVG标签，具有良好的交互性，使用Jav aScript可以方便的操作SVG图形, SVG还支持动画效果。使用SVG实现过程对象的图形、状态显示及交互非常方便。

在电力系统自动化领域也逐步尝试使用SVG 表述电气设备的符号、主接线、厂站地理位置等。比如IEC61970标准中的CIM规范、IEC61850标准均可用XML和SV G为数据载体，浙江省电力公司也发布了&基于SVG的共同图形交互规则∋。

4 并发编程语言

为了迎接多核CPU和服务器的到来，并发编程已成为当前IT行业的热门，目前市场知名的并发编程语言有Scala和Erlang。

4.1 Scala

Scala和Java类似，在Java虚拟机(JVM)上运行，具有平台无关性的特点，被誉为可能是Java语言的替代产品。目前世界领先的微博网站T w itter 和Scalar云计算平台既是采用Scala语言开发的。

Scala是一种融合了面向对象和函数式编程特点的语言，其最大的特点就是借鉴了Erlang语言的并发特性，且可直接调用Java库。

4.2 Erlang/OTP

Erlang/OT P是一个无类型的函数式编程语言，已有数十年发展历程，由爱立信公司开发。早期主要用作电信级交换机的内核开发语言，广泛支持各种网络协议，目前已开源，它可在LINUX, Window s,SOLARIS,OPENSOALRIS,AIX,H P U X平台下使用。SOH U白社会、SINA、盛大网络、Faceboo k等超大型网站均使用了Er lang作为网络

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水电厂自动化