CN107908393A - 一种scada实时模型画面的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCADA实时模型画面的设计方法:利用模型生成器，声明定义模型的create、createinfo、actions以及Scriptsource和Servicesource组成部分并自动生成模型脚本代码、服务端代码；通过模型测试器图形化显示所定义的模型并对其行为进行模拟测试；画面构建器加载所定义模型绑定实时库对象完成对模型定义常量的编辑调整；部署模型脚本编译模型服务端计算逻辑编码并部署。本发明通过服务端定义的数据提供及计算逻辑处理代码并紧密结合系统实时数据库可以高效的进行数据的计算、筛选和逻辑处理；另外，特别是在实时数据频繁变化的情况下，只有在服务端的处理结果满足条件时才向客户端推送数据，能有效的避免由于需要发送处理的结果而产生的网络通信。

Description

一种SCADA实时模型画面的设计方法

技术领域

本发明涉及SCADA系统中实时模型画面展示领域，尤其涉及一种SCADA实时模型画面的设计方法。

背景技术

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制。随着计算机技术、通讯技术和人工智能技术的快速发展，SCADA在电力监控、综合监控及其他相关行业得到了越来越广泛的应用。SCADA系统中的数据采集通常要涉及到种类繁多的设备，采集大量的数据，特别是状态量、模拟量的实时状态和数据要能在相关行业标准要求的时间内在实时监控画面上做出响应。为了保持高效性传统的SCADA系统的架构基本上采用C/S架构进行部署，但是随着B/S架构自身的发展和其相对C/S架构的维护方便、开发简单且共享性强的优越性，使得客户端工作站部署大大简化，减轻系统维护、升级的支出成本，降低用户的总体成本。

随着互联网技术和信息化管理的深入以及SCADA系统的不断发展，SCADA系统架构正逐步从C/S模式向B/S模式转变。在B/S模式下如何为SCADA系统方便地订制模型及画面、设计合理的模型画面渲染和数据服务分离策略、减少客户端和服务端网络通信量保证其之间能够高效的进行数据通信、制定以数据驱动模型画面的快速实时响应机制都是需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的发明目的是解决在B/S模式下如何为SCADA系统方便地订制模型及画面、设计合理的模型画面渲染和数据服务分离策略、减少客户端和服务端网络通信量保证其之间能够高效的进行数据通信、制定以数据驱动模型画面的快速实时响应机制。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种SCADA实时模型画面的设计方法，包括以下步骤。

步骤一、利用模型生成器，声明自定义模型的create、createinfo、Actions以及Scriptsource和Servicesource组成部分并自动生成模型脚本代码、服务端代码。

所述模型是可以放在图形画面中显示的图形对象。本发明所设计模型由两大部分组成相互配合完成，包括：自定义模型脚本声明和有服务端数据服务及计算处理逻辑的定义。

每一个模型都必须对应一个自定义脚本的声明，该脚本用于声明模型所需的图元对象、定义模型的动作行为、动画以及画面的构造信息声明。所述模型由一个或多个图元组成。其中每个图元对象由SVG(Scalable Vector Graphics)作为核心属性，用于矢量图形定义。

所述自定义模型脚本声明主要包含“create函数定义”、“actions配置对象”、“createInfo配置对象”；其中“createInfo配置对象”中又包含“objectLinks配置对象”、“rules配置对象”、“constants配置对象”。所有配置及定义声明都可由模型测试器可视化配置并生成对应的脚本代码。

数据服务及计算处理逻辑是运行在服务端的一些小代码片段。这些代码用来提供实时对象数据或完成逻辑处理和相关计算功能同时将实时数据或计算结果发送到模型的自定义模型脚本中所定义的actions配置对象中。

对于计算处理逻辑的定义提供两种方式以便增加配置的灵活性，可以通过模型脚本的actions配置对象完成计算逻辑处理也可通过服务端数据服务及计算处理逻辑代码段完成。其中后者在处理效率及减少网络通信量方面根据优势。

所述的画面的构造常量配置对象，定义为模型作用域内的常量配置对象，模型必须在该常量对象的“ModelPath”属性中声明命名空间，以便画面构造器能够自动对所定义的模型进行分类加载；另外为了能够在画面构造器中预览模型的缩略图，在所述画面的构造常量配置对象中还需声明一个对应的描述配置项description和一个base64编码的图形字符串。一个完整的画面的构造常量配置对象的设计的格式如下：

所述模型脚本的命名规则为自定义名称名+模型命名空间。例如：selfName.VENDORName.LIBRARYName.MODELName。

所述模型的create函数定义用于将创建声明的所有图元并将其加入到模型中并统一管理，图元的默认值也可在该函数中指定。组成模型的图元可以定义各种各样的属性，主要依赖于图元所使用的类型，其类型包括“circle、path、text、image”。属性种类包括：“width、height、radius、x、y、path、opacity、fill、stroke、stroke-width、font、text、translate、rotate、scale、src”。图元属性根据图元类型自动匹配。图元类型和其属性的匹配关系如下表所示。

当模型中包含多个图元对象时rotate和scale属性需要谨慎设置，因为模型会参照统一中心坐标对所有的图元进行旋转和缩放。

translate属性会被经常使用，用于设置模型的初始位置，确保旋转和缩放能够正确的确定旋转中心坐标。

x和y属性总是被设置0作为原点坐标，不使用该属性作为模型初始位置的设置，而是使用translate属性

path属性：所有Path类型的图元都必须从坐标(0,0)作为矢量path的起始坐标。如果图元需要设置起始位置同样使用translate属性进行设置。

所述createInfo配置对象包括defaultObject配置对象，objectLinks配置对象、rules配置对象constants配置对象。主要被画面构建器使用，根据配置的信息自动生成对应的输入组件，如下拉框、输入框等组件。其中ObjectLinks配置对象用于描述能够绑定到该模型的实时对象的数据类型。其示例格式如下：

rules配置项用于描述模型中所用到的处理公式且公式命名具有唯一性，和模型所配置的actions的命名相对应。每一个rules的配置声明中都需要一个名称和一组对象链接配置在其中定义了公式所要操作实时对象的相关属性。

rules的设计格式示例如下：

constants配置项的声明用于描述模型中可用的常量对象，可通过在模型定义函数getConstant(constantName)，使该模型声明的任何常量都可以通过该函数检索到。getConstant(constantName)函数通常被actions函数和模型的create函数调用。

constants的设计格式如下：

defaultObject配置项的声明，该配置项为可选项。因为objecLinks对象可以定义多个绑定到模型的实时库对象类型，在此情况下，可以设定一个默认的绑定对象信息，当显示在画面中的模型被单击时，根据配置的模型编辑模块处理该模型。

defaultObject配置项声明示例：

一个完整的createinfo的声明示例如下：

所述actions配置对象包含一组actions函数定义。当模型接收到来自服务端的数据更新时通过这些函数来控制模型的响应行为。每一个actions函数的名称必须和模型createInfo配置项中声明的rule名称一致。在服务端的处理函数签名参数也和actions函数的名称一致，服务端返回字符串类型的结果传递给模型对应actions函数进行处理。

所述模型脚本的对象及函数定义可以通过Scriptsource进行编辑配置；服务端数据服务及计算逻辑编码可以通过Servicesource进行编辑配置。

步骤二、通过模型测试器图形化显示所定义的模型并对其行为进行模拟测试。

所述模型测试器能够方便的用于测试模型的图形化显示和其具体的动作行为，特别是对模型行为的模拟测试，可直接模拟服务端的逻辑计算结果然后驱动模型的动作行为。所述模型测试器中主要包含“Rules Result”、“Actions/Rules”，“Drawing Area”，“Trigger Button”四个主要组成部分。

可在所述Rules Result组件中输入用于模拟服务端的计算处理结果。

所述Actions/Rules组件用于设定模型中需要测试的Actions函数，该函数中定义了模型中相应图元的动作行为。模型测试器加载模型后自动解析所要测试模型的Actions对象获取其包含的所有Actions函数，之后可以对Actions对象包含的所有行为函数进行切换后分别测试。

所述Drawing Area作为模型显示区域。模型测试器对模型中的所有图元进行解析后渲染到该区域进行可视化，以图形化的方式方便对模型加以调整，同时该显示区域还可通过鼠标左键移动模型，通过鼠标中键对模型进行缩放。

所述Trigger Button主要用于触发测试，当单击该按钮时，会将Rules中设置的值传递到对应的Actions函数中执行。

步骤三、画面构建器加载所定义模型绑定实时库对象完成对模型定义常量的编辑调整。

所述画面构建器可以方便的将已经定义好的模型进行任意组合形成画面，可为画面中需要实时展示变化状态的模型绑定实时数据对象以及用于编辑该实时库对象的默认编辑器，还可根据需要调整模型定义的默认常量，比如可以调整模型的默认颜色、大小等，最终保存成画面文件。该画面文件用于服务端实时画面及数据服务程序的输入。实时库对象的默认编辑器作为实时画面和实时系统之间集成交互的接口，能方便的引用系统资源。

所述服务端实时画面及数据服务程序除了向前端提供画面文件外还对画面文件中模型所绑定的实时库对象进行消息注册，监听其数据变化的消息向前端画面发送实时数据。

在所需画面文件中主要定义其背景颜色最大最小坐标以及模型实例数组“instances”。该数组中的每个元素为画面中的一个模型实例。所述画面模型实例包括：“instanceId”、“modelConfig”、“modelPath”、“constants”、“defaultObject”对象以及“inputData”对象数组。其中“instanceId”用于唯一标识画面中模型对象；“modelConfig”来自于定义模型时指定的平移、缩放、旋转等参数；“modelPath”来自于定义模型时指定的命名空间；“constants”来自于定义模型时指定的模型的常量配置；“defaultObject”用于编辑绑定到该模型实时对象的默认编辑器。“inputData”的每一个元素用于描述模型绑定实时库对象，包含“databaseReference”数组和“rule”签名。“databaseReference”数组的每个元素为绑定实时库对象的描述结构，描述其对象类型、对象属性和对象引用。通过对象引用获得实际的对象唯一标识(ObjectId)可解决画面对象复制问题。

步骤四、部署模型脚本编译模型服务端计算逻辑编码并部署。

将服务端编码成库文件部署到指定的目录下供服务端画面及数据服务程序使用；将自定义的模型脚本文件部署到指定目录下供模型测试器、画面构建器加载时使用。

附图说明

图1、本发明实施例的SCADA实时模型画面的设计方法处理步骤流程图。

图2、本发明实施例结构图。

图3、本发明实施例图元XML Editor示意图。

图4、本发明实施例生成图元脚本编码示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及其技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，附图提供参考及说明并非用来限制本发明。

下面结合附图，对本发明的特征和技术实施方案进行描述。

本实施例依托于基于Extjs框架客户端、服务端采用C++服务进程的实时库系统、自定义脚本采用基于Extjs框架JavaScript，模型服务端数据服务及计算处理逻辑采用C++编码。客户端和服务端通信方式采用wss协议的WebSocket，处理步骤如图1所示，其结构图如图2所示。

步骤一、启动“Sac_schematiccreater_module”、“Sca_modelcreater_module”、“Sac_runtimeprovider_module”和“Sac_message_relay”后台进程。

步骤二、系统前端Extjs客户端初始化。

步骤三、利用模型生成器完成自定义模型配置

本实施例中创建两种类型的自定义模型，静态模型、动态模型。静态模型中仅包含组成模型的图元对象、相应的常量配置、绑定的实时对象信息的配置等，不包括任何与后端服务相关的动态行为，如模拟量的单位信息、画面上的logo信息及其他静态信息等；动态模型是在静态模型的基础上具备动作行为的模型，比如电力监控系统中的短路器、隔离开关模型需要根据所绑定实时对象的状态变化改变颜色来图形化实时显示状态信息，又如电压、电流等模拟量要根据所绑定实时对象的实时数据刷新其数值。无论是静态模型还是动态模型都可使用模型生成器根据需要方便配置，配置好的模型可以被不同的画面引用。

Step1、打开模型生成器设置自定义模型JavaScript脚本和模型服务端Formular计算逻辑处理函数的部署目录。分别配置模型的create、createInfo、actions部分。

Step11、create配置，该部分配置图元(将图元类型的选择、图元path的生成配置写上)(例如配置断路器模型)

图元都是基于SVG进行创建图元。选择“Draw Bezier curves and straightlines”。在矢量图形编辑区域绘制矢量图元然后保存成标准的XML格式。然后可以功过选择“XML Editor”查看所保存的XML格式的图元。所需的两个重要的信息是d属性和style属性如图3所示。

将绘制的图元的d和style属性设置到JavaScript脚本定义的模型中，其中：

d属性：这个用于模型的path声明。用在模型create方法中JavaScript类声明中的对应的图元的Path属性中。

style属性：该属性用于指定该图元的stroke，stroke-width and fill.等属性。每一个style属性可以在模型create方法中JavaScript类声明中的进行设置。注意在XMLeditor中style是一个值，引入到JavaScript中每一个属性被单独设置以便符合JavaScript脚本规则。

首先声明一个图元对象；

然后设置其类型为Path类型。

最后将d和style属性引用到JavaScript中的声明的图元对象，最终形成的脚本编码如图4所示，

按照同样的方法分别再创建其他不同的图元，然后可以任意选择所建立的图元添加到所定义的模型中。

Step12、模型常量配置。所有的模型必须要在其常量配置对象的ModelPath属性中声明其库和模型名。为了能够在画面构造器中预览模型的缩略图，模型还需声明一个对应的描述配置项description和一个base64编码的图形字符串，该配置项为可选配置项。将最终生成的模型的矢量图转码成base64编码配置给该选项即可。

一个完整的wgconstants配置对象的可生成格式如下格式的脚本：

Step13、createInfo配置

createinfo用于额外信息的声明，包括defaultObject，object links,rules和constants。该配置项主要被画面构建器使用，根据配置的信息自动生成对应的实时对象绑定、模型默认编辑器等选择输入组件，如下拉框、输入框等组件。其中ObjectLinks配置对象用于描述能够绑定到该模型的实时对象的数据类型，通过系统客户端中直接选择系统中支持的实时对象的类型即可。

Step14、actions配置

该配置项包含一组actionss函数。当模型接收到来自服务端的数据更新时通过这些函数来控制模型的响应行为。每一个actionss函数的名称必须和模型createInfo配置项中声明的formula名称一致。在服务端的公式也和actionss函数的名称一致。通过模型生成器的Scriptsource模块，声明模型行为的函数声明，设置函数名以及对应的函数体。

通过模型生成器的Servicesource服务端C++rule代码段配置。选定已经声明的actionss函数后自动生成。

代码片段如下：

每一个服务端计算逻辑处理代码都是一个MODEL_DORMULA重载函数，其中“Breaker_With_HandCart”为模型名，“updateBreakerState”为模型所定义的actions函数名。

步骤四、利用模型测试器对自定义模型的可视化显示及动作行为测试。

对自定义的模型脚本进行测试，确保其图形化显示和其工作行为符合预期设计。通过模型测试器选择要验证的模型。模型测试器会对要验证的模型脚本文件进行解析并渲染。本实施例中利用Extjs框架中的“Ext.draw.Sprite”定义图元对象，利用“Ext.draw.CompositeSprite”定义模型对象管理所有的图元对象，利用“Ext.draw.Component”作为画面的画布并所有的模型进行渲染显示。通过模型测试器还可以模拟服务端的计算结果然后直接选择要测试的Actions响应函数对模型的动作行为进行验证，极大的方便模型验证的复杂性。

模型验证之后就可以利用模型构建其组建画面。画面构建会按照之前创建的模型所定义的命名空间进行分类显示，然后根据需要对所需的模型进行引用并对引用的模型指定具体的实时对象标识(ObjectId)，最终生成定义的画面文件。比如对断路器模型绑定对象类型为“DoublePoint”类型的实时对象，指定其状态变化的属性为“State”。

步骤五、画面构建器组合自定义模型形成画面，可调整模型的默认常量设置并可为模型绑定实时对象，可方面的问模型绑定实时对象及其默认编辑器。

在本实施例中借助于实时库系统，将画面也定义为画面类型的对象，其“File”属性用于存储画面文件。该画面构建其加载画面对象并对其File属性进行解析，服务端“Sac_schematiccreater_module”程序对其File属性进行解析完成画面文件中所有模型所绑定的实时对象的消息注册及监听。

Step1、在所依托的实时库系统配置数据库中添加画面对象。在画面对象下添加“DataREF”对象，该对象为实时对象的引用对象，其“ObjectLink”属性为真正模型中所绑定的实时库对象的ObjectId。因为在最终生成的画面文件中的数据绑定都是以“DataREF”对象的Name属性的值进行保存的，这样的好处是拷贝画面时画面文件直接进行拷贝，其所包含的模型绑定的实时对象通过引用创建新的实时库对象并引用对象建立关联即可。

Step2、提交配置库生成新的实时数据库。

Step3、将要编辑的画面对象添加到画面构建器中，利用之前定义的模型完成画面的设计，然后将完成画面保存到画面对象的File属性中以标准的JSON格式进行存储。

步骤六、服务端C++代码端编译并部署。

本实施例中将所有的javaScript模型脚本被设置到系统的/home/sac/SDK_template/web_src/schematic_models/pscada/。所有的服务端C++代码文件安装编译所需格式添加到module.mk文件中。

Step1、将所有的脚本模型进行压缩生成models-core.js。

Step2、在命令终端转到/home/sac/SDK_tempalte目录下依次执行：

./configure.sh

gmake clean clobber

gmake

Step3、编译动态库部署

编译之后也可把生成的libpscada_sac.so拷贝到/opt/scadacom_var/unknown/lib/i86pc_os5/models路径即可

步骤七、在系统客户端中调用查看之前定义的画面，

Step1、客户端请求画面对象，对画面文件进行渲染。服务端解析该文件对象的File属性完成所有的实时对象的消息注册和监听。

Step2、客户端请求画面的数据，根据数据驱动画面中模型的状态变化。

Step3、服务端监听实时对象的数据变化，当有变化是发动到前端。前端数据到达时驱动画面中的模型状态变化。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，因此依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何等同替换，仍属于本发明权利要求书技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一、利用模型生成器，声明自定义模型的create、createinfo、Actions以及Scriptsource和Servicesource组成部分并自动生成模型脚本代码、服务端代码；

步骤二、通过模型测试器图形化显示所定义的模型并对其行为进行模拟测试；

步骤三、画面构建器加载所定义模型绑定实时库对象完成对模型定义常量的编辑调整；

步骤四、部署模型脚本编译模型服务端计算逻辑编码并部署。

2.根据权利要求1所述的SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于：

步骤一中，所述模型是放在图形画面中显示的图形对象，它由两大部分组成相互配合完成，包括：自定义模型脚本声明和有服务端数据服务及计算处理逻辑的定义。

3.根据权利要求2所述的SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于：

每一个模型都必须对应一个自定义脚本的声明，该脚本用于声明模型所需的图元对象、定义模型的动作行为、动画以及画面的构造信息声明；所述模型由一个或多个图元组成，其中每个图元对象由SVG(Scalable Vector Graphics)作为核心属性，用于矢量图形定义；

所述自定义模型脚本声明包含“create函数定义”、“actions配置对象”、“createInfo配置对象”；其中“createInfo配置对象”中又包含“objectLinks配置对象”、“rules配置对象”、“constants配置对象”；所有配置及定义声明都由模型测试器可视化配置并生成对应的脚本代码。

4.根据权利要求3所述的SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于：

所述模型的create函数定义用于将创建声明的所有图元并将其加入到模型中并统一管理，图元的默认值也可在该函数中指定；组成模型的图元定义各种各样的属性，依赖于图元所使用的类型；

所述createInfo配置对象包括defaultObject配置对象，objectLinks配置对象、rules配置对象constants配置对象，其中objectLinks配置对象用于描述能够绑定到该模型的实时对象的数据类型；

所述rules配置对象用于描述模型中所用到的处理公式且公式命名具有唯一性，和模型所配置的actions的命名相对应；每一个rules的配置声明中都需要一个名称和一组对象链接配置在其中定义了公式所要操作实时对象的相关属性。

所述constants配置对象用于描述模型中可用的常量对象，通过在模型定义函数getConstant(constantName)，使该模型声明的任何常量都通过该函数检索到。

所述actions配置对象包含一组actions函数定义；当模型接收到来自服务端的数据更新时通过这些函数来控制模型的响应行为，每一个actions函数的名称必须和模型createInfo配置项中声明的rule名称一致，在服务端的处理函数签名参数也和actions函数的名称一致，服务端返回字符串类型的结果传递给模型对应actions函数进行处理；

所述模型脚本的对象及函数定义通过Scriptsource进行编辑配置；服务端数据服务及计算逻辑编码通过Servicesource进行编辑配置。

5.根据权利要求1所述的SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于：

步骤二中，所述模型测试器用于测试模型的图形化显示和其具体的动作行为，特别是对模型行为的模拟测试，直接模拟服务端的逻辑计算结果然后驱动模型的动作行为。

6.根据权利要求5所述的SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于：

所述模型测试器中包含“Rules Result”、“Actions/Rules”，“Drawing Area”，“Trigger Button”四个组成部分；

所述Rules Result组件中输入用于模拟服务端的计算处理结果；

所述Actions/Rules组件用于设定模型中需要测试的Actions函数，该函数中定义了模型中相应图元的动作行为；模型测试器加载模型后自动解析所要测试模型的Actions对象获取其包含的所有Actions函数，之后对Actions对象包含的所有行为函数进行切换后分别测试；

所述Drawing Area作为模型显示区域，模型测试器对模型中的所有图元进行解析后渲染到该区域进行可视化，以图形化的方式对模型加以调整，同时该显示区域通过鼠标左键移动模型，通过鼠标中键对模型进行缩放；

所述Trigger Button用于触发测试，当单击该按钮时，会将Rules中设置的值传递到对应的Actions函数中执行。

7.根据权利要求1所述的SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于：

步骤三中，所述画面构建器将已经定义好的模型进行任意组合形成画面，为画面中需要实时展示变化状态的模型绑定实时数据对象以及用于编辑该实时库对象的默认编辑器，根据需要调整模型定义的默认常量，最终保存成画面文件，用于服务端实时画面及数据服务程序的输入。

8.根据权利要求7所述的SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于：

所述服务端实时画面及数据服务程序除了向前端提供画面文件外还对画面文件中模型所绑定的实时库对象进行消息注册，监听其数据变化的消息向前端画面发送实时数据。

9.根据权利要求1所述的SCADA实时模型画面的设计方法，其特征在于：

步骤四中，将服务端编码成库文件部署到指定的目录下供服务端画面及数据服务程序使用；将自定义的模型脚本文件部署到指定目录下供模型测试器、画面构建器加载时使用。