1、电厂环境监测管理系统的设计与实现电厂环境监测管理系统的设计与实现软件工程 领域摘要随着我国电力体制改革的逐渐深入，电力行业市场经济逐步形成。市场经济条件下的电力企业管理就愈发显得重要，传统电力企业的管理是通过手工或者简单的计算机来完成，这显然不能满足电力企业快速发展的需要，因此电力企业必然加速进入到电力信息化时代。发电厂作为电力行业的生产部门，国家对节能减排的要求越来越高，要求电厂对自身环境的监测就越来越严格。实现电力生产过程中的高度的自动化和管理现代化对电力企业的信息化具有重要的意义。本系统采用而向对象的系统思想和方法，全而分析发电系统资源信息构成，建立完备的环境监测模块：对烟尘、废气、以及
2、温度。湿度等信息进行监测，形成完备的、而向对象的、可视化信息模型，从而构成所谓“电厂环境监测系统”。可在此之上形成各种发电系统信息化和自动化应用，为构建发电企业电厂环境监测管理系统，奠定了坚实的基础。本文的主要研究内容包括了以下几个部分：首先，本文在对国内外电厂环境监控管理系统研究开发的总结分析的基础上，论述了本文的研究背景与研究意义，阐述了我国建设电厂环境监测管理系统的优势与不足，并探讨了电厂环境监测管理系统建设中所要解决的主要问题。其次，本文根据我国电厂环境监测管理系统的实际应用情况，对电厂环境监测管理系统的设计与开发进行了详细的需求分析。在需求分析的基础上，本文从整体角度进行数字模型的构
3、建，将电厂环境监测管理系统的管理系统分为分散控制层、信息监控层、信息管理层、数据库等四个分布，并对各个层次部分的功能和联系进行了简单阐述。本文着重对电厂环境监测管理系统的数据库设计以及电厂环境监测管理系统的详细功能设计进行论述。最后，本文对电厂环境监测管理系统进行了实现与测试，并对整个设计与开发工作进行了总结，在此基础上对电厂环境监测管理系统的发展趋势做出了预测。关键词：环境监测、J2EE技术平台、数据库、面向对象The Design And Implementation Of The Power Plant Environmental Monitoring Management System
4、 AbstractAlong with our country electric power system reform gradually thorough, the power industry market economy gradually formed. Under the condition of market economy the electric power enterprise management is more and more important, the traditional electric power enterprise management is thro
5、ugh the manual or simple computer to complete, this is obviously cannot meet the needs of the rapid development of electric power enterprises, so the electric power enterprise must accelerate into the electric power information era. Power plant as the production department of electric power industry
6、, the country is more and more high to the requirement of energy conservation and emissions reduction, require plant of its own environmental monitoring is more and more strict. To achieve high degree of automation in the process of electric power production and management modernization of the elect
7、ric power enterprise informatization has the vital significance. This system adopts the ideas and methods to the object system, the whole composition resource information and analysis of power system, establish a complete environmental monitoring module: to smoke, waste gas, and the temperature. Hum
8、idity monitoring information, form a complete, and to the object, visual information model, so as to constitute a so-called power plant environmental monitoring systems. Can be on top of this form of power generation system informatization and automation applications, to build environmental monitori
9、ng management system of power plant, power enterprises laid a solid foundation. In this paper, the main research content includes the following several parts: First of all, based on power plant environmental monitoring management system research and development at home and abroad on the basis of the
10、 summary of the analysis, this paper discusses the research background and research significance of this article, this paper expounds the advantages and disadvantages of the plant environmental monitoring management system, and probes into the power plant in the construction of environmental monitor
11、ing and management system to solve the main problems. Secondly, based on the practical applications of this power plant environmental monitoring management system in our country, the design and development of environmental monitoring and management system of power plants are carried on the detailed
12、demand analysis. On the basis of demand analysis, this paper in order to construct a digital model, from the viewpoint of the overall management system of power plant environmental monitoring management system can be divided into distributed control layer, information monitoring and information mana
13、gement, database and other four distribution, and the function of all levels and links are briefly. In this paper for power plant environmental monitoring management system database design and power plant, the essay discusses the detailed function design of the environmental monitoring management sy
14、stem. Finally, in this paper, the power plant environmental monitoring management system implementation and testing, and design and development for the whole work is summarized, on the basis of the development trend of environmental monitoring management system in power plants has made the forecastK
15、ey words: environmental monitoring, J2EE technology platform, database, object-oriented1 绪论1.1研究背景与意义近年来，随着我国电力行业体制改革的逐步深入，电力行业市场经济逐步完善形成1。而随着电力企业市场化步伐的加快，信息技术在电力企业的生产和管理中的作用就越来越重要，电力信息化也成为推进电力工业发展的重要因素2。电厂作为电力的生产者，如今百万千瓦级机组的大容量电厂不断增加投入运行，其设备和系统的种类、数量不断增加，因此电厂环境的监测管理就显得较为困难。由于电厂原有环境监测管理模式的落后以及传统的管理信
16、息系统的扩展能力差、难以维护、不支持业务流程的灵活配置等诸多缺点，显然已不能满足当前电力市场条件下发电企业竞争的需要3。应用新型的电厂环境监测管理系统已成为电厂生存和发展的必要条件，同时也成为完善电力市场技术支持系统的重要步骤4, 5。本文正是在此背景下提出了一种新型的发电企业环境监测管理系统以满足新的需要。当今时代知识经济高速发展，各学科不断吸收新技术且互相渗透。发电企业电厂环境监测管理系统也在不断发展，其边界越来越模糊，数字化管理的含义不再是狭义的管理及生产业务处理无纸化，而是有了更广义的扩展，包括资产管理（设备管理、物资管理）、生产管理（运行管理、安全管理、技术管理）、经营管理（燃料管理
17、、生产与统计管理、财务管理、合同管理、成本与报价管理）、办公自动化（办公事务管理、档案管理、人力资源管理）等全方位多层次管理。随着软件开发技术进一步提高、企业管理水平的进一步完善，整个发电企业电厂环境监测管理系统将彻底消除“信息孤岛”，向信息集成、资源优化、智能管理等方向发展，实现节能降耗、提高效益、体现实时成本与综合报价功能，从根本上提高企业的市场竞争力。这种形势要求电力企业在生产运营方面要有一套面向市场、基于现代企业管理制度、包含价值化与规范化管理思想的先进信息系统。建立信息系统的目标就是紧紧围绕发电企业成本控制和经营管理，为电厂提供及时、准确、有效的信息服务。建设国际一流的现代化发电企业
18、，信息化和自动化系统建设是关键和保障，当前，数字通信及网络技术、计算机软、硬件技术高度发展，使我们完全有条件依据系统工程的思想，采用平台化的策略，全面统筹规划、逐步实施，以效益最大化和安全可靠性为目标，使系统建设之初，即成为具有国际先进技术水平的发电企业电厂环境监测管理系统。发电企业环境监测管理系统应该以平台化、整合、可视化、效益最大化、实用和易用的原则和理念，切实结合发电系统的实际情况和特点，进行全面统一规划设计，在首先构建电厂环境监测技术平台的基础上，组件化地、可配置地实现所有应当实现的电厂业务管理功能及综合分析及决策支持功能。1.2国内外研究现状随着电力体制的改革发展以及IT技术的发展，
19、我国火电企业的信息化建设已经经历了分散控制系统阶段、网络化阶段，并处在数字化初级阶段6。我国电力行业大规模的管理信息系统7, 8（MIS）建设自20世纪80年代初就开始进行，但真正能称得上成功的案例不多。有的企业花了大量人力物力进行MIS建设，结果运行的却是条块分割的孤立的子系统，系统运行后的效果并不明显；有的系统开发完了却不能运行；有的系统因为不能升级而不得不推倒重来，等等。其中的经验教训是值是我们深思的。根据对国外相关资料研究发现，日美两国虽很少新建电厂，但从没有停止过对自动化和信息化技术水平的改造和提高。近些年，我国对初期模式的电厂环境监测管理系统已经有了很多积极的探索和实践。在引进国外
20、电厂设备和技术的过程中，伴随着信息化技术和网络技术的普及，国内专家及相关人士开始进行电厂信息化研究。但目前的电厂环境监测管理系统概念，更多是针对电厂的生产过程，通过实时的控制和管理，对生产的每个生产环节、管理环节用数据予以客观描述；存储、积累发电厂的历史生产数据；再通过一定的规律计算、归纳、提取，用动态数字来表达发电企业的生产状态。其核心是围绕电厂的生产运营过程进行电厂环境监测管理。电厂环境监测管理思想是企业再造管理思想和业务流程重组基础上面产生的，电厂环境监测管理系统的概念也是基于这样的理论为管理者提供各种综合数据，从而预测和管理企业业务，推动企业的发展。电厂环境监测管理系统在构建统一的数据
21、平台，是立足于企业生产过程中的实时数据信息。应用厂级信息监控系统，实现电厂机组负荷分配。机组经济性能计算、设备故障诊断以及实时上网电价分析，确保电厂生产安全、经济运行。但是仅此还不够，不能将生产中的数据提高到管理的角度，因此在此基础上，又融入了电厂的现代化管理思想。引入EAM/ERP 系统，将电厂的日常生产管理，如检修管理、物料管理，项目管理，运行管理在此平台上构建，最终达到提高设备可用性能，提供安全管理水平，提高资金使用效率，降低库存等作业，从而将降低电厂的运行成本，并在此基础上更上一层楼，应用电子商务平台。实现电网实时报价、物料网上采购、甚至可以实现检修服务的网上采购的目的。1.3本文所要
22、解决的主要问题全面实现电厂环境监测管理工作，在国内外均处于刚起步阶段，经验不足，新建电厂普遍建立了MIS网络架构，并配置了不少环境监测以及检修等性能优化等监控和管理软件。但这些软件尚欠成熟，现场设备级自动采集的信息太少，以致一些高级应用派不上用场。如果依靠人工采集、录入，不仅工作量大，而且有些也较难实现，这些问题不解决，MIS将不能发挥其效益。从电厂生产的安全可靠性和经济性及管理现代化出发，解决全厂系统和信息的总体规划、完善MIS及其相关系统功能和联系等关键问题：l、全厂系统和信息的总体规划问题。要将几十个监控系统和管理系统集成为一个大系统；实现故障诊断和预测、状态检修、优化运行和控制等功能，
23、因此对信息管理系统的总体规划是电厂环境监测的新课题，也是电厂环境监测管理系统建设成败的关键。2、现场环境监测系统接口问题。解决管理系统与现场环境监测应用系统的接口等问题。3、MIS的功能要求及完善问题。在现场设备级解决了数字化问题后，厂级SIS和MIS的相互联系的接口问题还需进一步完善，将有成功应用业绩的优化控制和管理软件集成到厂级SIS和MIS平台上，最大限度地发挥电厂的效益。1.4本文的主要研究内容本论文主要研究内容包括：全面分析建模，构建发电企业环境监测系统。该平台主要包括一些通用的子系统以及模块，例如：废气监测子系统，粉尘监测子系统，温湿度监测子系统、报表系统等。这构成了整个系统的技术
24、基础平台。采用面向对象的系统思想和方法，全面分析发电厂环境信息构成，建立完备的环境信息模型的基础上，建立数据技术平台，包括数据(中心)服务平台、技术支撑平台、系统集成平台，为系统建设奠定平台化的基础。在电厂环境监测管理技术平台之上，全面统一规划设计发电厂环境监测，形成基于图形背景的、涵盖所有发电系统管理业务的应用功能“插件”，最终实现电厂环境监测管理系统的所有功能。采用各种图形化技术，包括图形，图像的显示技术等，将所有的企业环境监测以各种可视化的方式展现给用户，并且实现图形上的各种操作和功能。基于分布式系统技术进行构建，使得整个系统构建成既适用于独立一个电厂又能适用于整个发电集团公司的环境监测
25、管理系统。采用国际标准的规范和接口方式实现系统，使得采用标准接口的系统之间可以进行互操作，并且研究与采用非标准接口的系统之间的通讯和互操作方式。对于这种系统，可以定义一个适配器，将非标准的接口适配到标准接口上即可实现通讯。1.5论文组织结构第一章为引言，主要介绍了课题的背景和意义，发电企业目前的信息化现状以及论文的组织结构。第二章介绍了分布式系统，面向对象的相关基础知识，这些基础知识是系统进行设计和实现的基础。第三章系统需求分析，对系统的功能需求以及安全需求等进行了详细的分析，为系统设计奠定了基础。第四章是本论文的重点，在制定了整个系统设计原则并且设计了一种可扩展的系统框架的基础上，主要讲述了
26、电力企业环境监测的功能设计，并在此基础上对电力企业典型应用进行分析。第五章系统功能实现。对系统的各个功能模块的功能进行了实现，并验证了系统功能模块的可用性。第六章系统功能测试，对系统的功能模块的功能进行了测试。2 相关理论和技术基础本章主要介绍设计和实现电厂环境监测管理系统所涉及到的关键理论与技术，包括面向对象的理论，分布式系统的介绍以及J2EE技术。2.1面向对象的系统思想、方法、和手段面向对象的思想方法9, 10是80年代中期才发展起来的，至今己形成较为完整的方法学理论体系。是一种目前最先进的系统“问题求解力一法策略”（Problem solving strategy）。相对于传统的思想方
27、法，它既非面向功能（function），也不是单纯面向数据（information，data）而是强调直接以问题域（即现实世界）中的客观事物为中心来思考问题，认识问题，并根据这些事物的本质特征，把它们抽象的表示为系统中的对象，作为系统的基本构成单位。该方法可以使系统直接映射问题域，保持问题域中事物及其相互关系的本来面目。IEC 61970 CIM（电网公共信息模型）国际标准，就是一种面向对象的电网系统模型，面向对象的模型非常适合于我们构建不依赖于特定功能的“信息平台”，从而为真正意义上的系统整合奠定基础，主要因为以下几个原因：面向对象的模型是问题域中客观系统或事物的直接映射，它是客观的，可以形
28、成标准；面向对象的模型中的对象具有封装和隐藏特性，局部的修改和优化影响被限制在对象（类）的内部，因此，具有很好的可扩充性和可维护性。面向对象的模型相对于其他任何原理的模型都更适合描述象图形、资源对象分类、资源之间的父子组合关系等系统信息。面向对象程序设计的雏形，早在1960年的Simula语言中即可发现，当时的程序设计领域正面临着一种危机:在软硬件环境逐渐复杂的情况下，软件如何得到良好的维护？面向对象程序设计在某种程度上通过强调可重复性解决了这一问题。20世纪70年代的Smalltalk语言在面向对象方面堪称经典以至于30年后的今天依然将这一语言视为面向对象语言的基础。面向对象程序设计可以被视
29、作一种在程序中包含各种独立而又互相调用的单位和对象的思想，这与传统的思想刚好相反:传统的程序设计主张将程序看作一系列函数的集合，或者直接就是一系列对电脑下达的指令。面向对象程序设计中的每一个对象都应该能够接受数据、处理数据并将数据传达给其它对象，因此它们都可以被看作一个小型的“机器”，或者说是负有责任的角色。目前己经被证实的是，面向对象程序设计推广了程序的灵活性和可维护性，并且在大型项目设计中广为应用。此外，支持者声称面向对象程序设计要比以往的做法更加便于学习，因为它能够让人们更简单地设计并维护程序，使得程序更加便于分析、设计、理解。2.2分布式系统介绍分布式软件系统（Distributed
30、Software Systems）11, 12是支持分布式处理的软件系统，是在由通信网络互联的多处理机体系结构上执行任务的系统。它包括分布式操作系统、分布式程序设计语言及其编译(解释)系统、分布式文件系统和分布式数据库系统等。分布式操作系统13, 14负责管理分布式处理系统资源和控制分布式程序运行。它和集中式操作系统的区别在于资源管理、进程通信和系统结构等方面。分布式程序设计语言15用于编写运行于分布式计算机系统上的分布式程序。一个分布式程序由若干个可以独立执行的程序模块组成，它们分布于一个分布式处理系统的多台计算机上被同时执行。它与集中式的程序设计语言相比有三个特点:分布性、通信性和稳健性。
31、分布式文件系统具有执行远程文件存取的能力，并以透明方式对分布在网络上的文件进行管理和存取。分布式数据库系统16由分布于多个计算机结点上的若干个数据库系统组成，它提供有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据库。分布式数据库在使用上可视为一个完整的数据库，而实际上它是分布在地理分散的各个结点上。当然，分布在各个结点上的子数据库在逻辑上是相关的。2.3 J2EE技术J2EE17, 18是Java2平台的企业版（Java 2 Platform Enterprise Edition），其是可以开发、部署和管理多层结构、面向网络并且以服务为中心的企业级应用。J2EE平台采用一个多层次分布式的应用模式。一般来
32、说J2EE应用由三或四个层次组成，如图2-1所示。J2EE应用一般来说分布在三个不同的地方：客户端、服务器端、和数据库端，因此J2EE层次一般被认为是三层，但有时服务器端可以分为服务器表现端、服务器逻辑端，因此J2EE有时也可以被认为是四个层次。三层架构应用是对标准的客户端/服务器应用架构的一种扩展，即在客户端应用和后台存储之间增加一个多线程应用服务器19, 20。图 2-1 J2EE多层应用由于J2EE多层之间，各层职责明确，层次之间通过接口通信，可以建立“低耦合、高内聚”的软件系统，并能提高系统的灵活、可维护、可扩展和安全等性能。同时此框架在业界应用非常成熟，可以减少工作量和开发周期，大大提高项目进度和开发效率。因此本课题将此J2EE 企业级Web应用的轻量级解决方案应用到项目中。2.4 C/S模式与B/S模式C/S（Client/Server，客户机/服务器）模式又称C/S结构21, 22，是软件结构体系中的一种，兴起于20世纪80年代，C/S模式关键在于功能的分布，其中一部分功能安装在系统前端（客户机）上，另一部分功能则是安装在系统后端（即服务器上）。这样的分布模式可以减少软件系统的各种瓶颈问题。简单的说C/S模
