基于Wonderware平臺的分布式報警系統的設計與實現

張桐浩+趙麗敏+趙士達

摘 要： 深入研究了Wonderware平臺下的分布式報警系統的原理，設計并實現了一套適用于鐵路電力遠動系統的實時報警軟件。該系統具有根據用戶需求進行報警信息過濾和報警方式設置等優點，有效解決了Wonderware平臺原有報警控件的缺陷，實現了對鐵路電力遠動系統實時報警的監測。

關鍵字： Wonderware； 分布式報警系統； 電力遠動系統； 信息過濾

中圖分類號： TN911.7?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）21?0104?03

Design and implementation of a distributed alarm system based on Wonderware platform

ZHANG Tong?hao1， ZHAO Li?min2， ZHAO Shi?da1

（1. Beijing Systems Control International Inc.， Beijing 100083， China；

2. Department of Computer Science and Technology， Dezhou University， Dezhou 253023， China）

Abstract： The principle of distributed alarm system based on Wonderware platform is deeply studied this paper. A set of real?time alarm software applicable to railway power telecontrol system was designed and implemented. This system has the advantages of alarm information filtering and alarm mode set according to user's requirements. It effectively overcame the defects of the original alarm control provided by Wonderware platform， and implemented the real?time alarm monitoring of the railway power telecontrol system.

Keywords： Wonderware； distributed alarm system； power telecontrol system； information filtering

0 引 言

Wonderware公司是一家領先的工業自動化與信息軟件解決方案供應商，在制造及工業操作管理方面可大大降低安全標準化應用的設計、創建、實施及維護成本。目前，全球有超過三分之一的工業現場應用該公司的軟件解決方案，涵蓋了鐵路、電力、軌道交通、石油天然氣等多個行業領域。2009年，Wonderware與中國鐵道部合作，在中國鐵路客運專線中應用該公司的電力遠動系統解決方案。但該平臺原有的報警控件并不能滿足電力遠動系統的功能需求，且用戶操作不夠方便，例如不能對報警信息進行過濾，不能靈活地設置報警方式和不能方便地確認報警等。針對以上問題，本文深入研究了基于Wonderware平臺的分布式報警系統的原理，設計了一套適用于鐵路電力遠動系統的分布式報警系統。該系統可為鐵路電力遠動系統提供直觀的報警信息顯示和便捷的確認功能，并可以對報警方式進行靈活配置。

1 系統功能設計

報警是代表可能出現問題并要求操作員做出響應的過程條件警告。報警通常在過程值超過用戶定義的極限時觸發，以通知操作員有問題發生。當對報警信息進行查看或者認為該條報警信息已經得到處理后，可以對該條報警信息進行確認操作。當報警信息被確認了以后，該報警信息會從列表中刪除。綜合系統和用戶的需求，分布式報警系統應具備以下功能：

（1） 對監控設備進行監視，為值班員提供日常生產中的報警信息；

（2） 當緊急報警發生時，可以自動進行語音報警及事故推圖，及時提醒值班人員，防止事故的進一步擴大；

（3） 可對報警系統進行配置，如監視范圍、報警方式等，兼容不同操作臺的不同需求；

（4） 與Wonderware平臺兼容。

在一些應用場合下，調度員可能只希望看到某個或某些廠站的報警信息而隱藏其他信息，因此需要報警信息的過濾功能。而Wonderware自帶的控件，雖然能簡單地區分報警的顯示顏色，但不能按照用戶想要的方式劃分不同的報警級別。一般工程現場的實際需求是調度員需要著重關注的緊急報警信息，而忽略次要的事件信息，所以不同級別的報警信息要呈現不同的系統反饋。

報警方式設置的功能是對不同類型的報警信息進行設置以確定是否需要文字提示、語音報警或事故推圖。報警事故推圖功能是指隨著報警信號的發生，調度員操作主界面將自動顯示發生報警事件的廠站的主接線圖畫面。實時報警記錄還提供打印功能，在實時報警窗口點擊右鍵菜單中選擇“打印”，可以方便用戶打印相關報警信息。

為了實現報警信息的分類和過濾，需要為每個報警設定一個報警優先級。優先級通常取決于報警的嚴重程度，并綜合考慮現場環境、設備性質、安全性、損害成本等因素。報警在定義標記時為其指定報警優先級，優先級范圍從1～999，其中1表示最嚴重。本報警系統創建了四個優先級范圍，表示四種嚴重程度級別，通過指定優先級范圍來進行報警的分類。從全部報警中過濾出關鍵報警，設置語音報警或事故推圖等相關報警動作，這些功能都要基于報警優先級范圍的劃分。本報警系統的報警級別劃分的方法如表1所示。

表1 報警級別的劃分

[報警級別＼&優先級范圍＼&報警信息＼&報警方式＼&顯示顏色＼&

關鍵＼&

1～249＼&故障報告

保護動作＼&自動彈出報警框

語音報警

事故推圖＼&

紅色

＼&主要＼&250～499＼&廠站通信狀態

遙信變位＼&自動彈出報警框＼&粉色＼&次要＼&500～749＼&遙測越限＼&不自動彈框＼&藍色＼&提示性＼&750～999＼&操作記錄＼&不自動彈框＼&灰色＼&]

2 分布式報警系統的原理

2.1 報警供應器與報警接收器

分布式報警系統由多個節點組成，系統以查詢為基礎，支持使用一個計算機節點來記錄多個其他節點的報警。在任何給定的節點上，都會有一組報警供應器（發布者）與報警接收器（預訂者）。分布式報警系統提供通信鏈接，在節點與軟件組件之間傳遞報警信息。

報警供應器跟蹤報警項（即可進入報警狀態的項目）并向分布式報警系統提供這些項目的列表，包括有關任何項目分組層次結構的信息。在報警項的狀態改變時，報警供應器通知分布式報警系統。狀態改變包括項目是進入還是脫離報警狀態以及是否已確認最新的報警；報警項在被禁用的時候，報警供應器負責跟蹤。

報警接收器是一個提供報警接收和顯示的組件，基本功能是獲取報警信息，使此信息在顯示器或日志文件中顯示，并進行確認。報警接收器向分布式報警系統提供一組查詢，確定希望收到通知的報警項；在報警接收器更改或刪除查詢之前保持活動狀態，并指定報警供應器或報警組。只要報警供應器發出變化通知，分布式報警系統便查詢匹配的報警，然后將更新傳遞給相應的報警接收器；在收到更新時，報警接收器顯示或記錄項目的狀態或轉換的有關信息；確認報警后，報警接收器發送確認通知給分布式報警系統。

2.2 分布式報警組列表

分布式報警系統使用報警組將報警整理到本地目錄樹視圖中，使用目錄樹視圖過濾報警，可以從網絡上的多個節點來查看這些報警組；使用一個報警組列表將本地與遠程節點上的報警組合并到一起。報警組列表是一個有名稱的列表，由調度臺節點以及節點中定義的每一個報警組所組成；也可以包含其他報警組列表名與本地報警組。報警接收器使用此列表查詢報警。

在Wonderware分布式報警系統中，報警以組為單位進行劃分，以便更輕松地進行跟蹤與管理。報警組可以是生產的不同區域，設備的各個部件，操作員的責任或生產過程的邏輯區分。在Wonderware平臺中，以區域（area）對象為報警組的最小單位，其可以有嵌套；而在鐵路牽引供電遠動監控系統中，一般按照線為單位劃分監控單元，因此，報警組劃分為三個層次，分別為調度中心、調度臺、特定線路。

2.3 分布式報警系統數據儲存

分布式報警系統使用的數據存儲形式為內部報警內存（緩沖區）。系統使用兩個內存位置，一個用于摘要（當前）報警，另一個用于歷史報警與事件。摘要報警的內存可根據需要進行擴展，以容納當前的所有報警，直至達到可用內存的極限；歷史報警的內存只能增長到預設的極限。在歷史內存達到此極限之后，隨著新的報警記錄添加進來，最舊的報警記錄會被丟棄。在多節點環境中，各節點上的報警內存構成一個報警內存集合。

分布式報警系統中的通信大部分是由在節點之間發送的報警查詢與報警記錄組成。在節點內部，報警查詢與記錄存儲在內部報警內存中，以最大程度減少網絡流量。報警緩沖區大小是節點可以為摘要或歷史報警查詢存儲的最大報警數，刪除最舊的記錄以便為新記錄騰出空間。只有存儲在內存中的報警事件才可以顯示在應用程序窗口中。對于分布式報警系統，將一個很大的數值指定給報警緩沖區可能會影響節點性能。

2.4 報警數據傳輸

報警信息通過TCP/IP協議在不同節點間進行傳輸。每個報警接收器節點上設置有一個報警查詢，可從一個或多個報警供應器上查詢報警信息。圖1為分布式報警系統的結構框圖（以兩節點為例）。

對于一個遠端節點A的報警供應器，首先分布式報警系統建立一個與該節點通信的通道，然后將節點B上對這個遠端節點A的報警查詢拷貝到節點A上，即將節點B報警接收器的報警顯示下的“查詢”拷貝到節點A的報警供應器本地查詢的“遠端”下；接下來在節點A上，緩沖區中的每一條報警記錄與拷貝過來的報警“查詢”進行比對；如果查詢條件匹配，則將報警記錄復制并發送到節點B報警供應器下的遠端緩沖區；在節點B上，不直接將報警接收器的報警記錄從緩沖區中拷貝出來，而是在一個“報警列表”中跟蹤報警接收器查詢的每個報警記錄，而這個“報警列表”本質上就是緩沖區的一個索引表。

分布式報警系統中的大部分通信活動是將報警查詢與報警記錄從一個節點發送到另一個節點。但在節點內，報警查詢與報警記錄由內部報警內存進行跟蹤并緩存，以最大限度減少網絡流量。

圖1 分布式報警系統的結構框圖

3 分布式報警系統設計

分布式報警系統程序的核心是利用Wonderware平臺的系統開發包來檢測報警信息，包括報警描述、報警優先級、報警限、報警值等，利用這些信息綜合判斷可得出其報警類型；然后根據優先級范圍分別對不同類型的報警信息進行設置，以確定是否需要文字提示、語音報警或事故推圖，針對每種報警類型處理其報警行為。下面介紹基于Wonderware平臺的分布式報警系統的基本開發流程。

（1） 初始化報警系統

程序啟動時，要先向分布式報警系統調用初始化函數，使報警管理器開始運行并使報警系統初始化。只有報警管理器開始運行，報警信息才能從報警供應器向報警接收器通告。

（2） 注冊報警接收器

為了實現報警接收器的功能，首先必須要向報警系統登記。報警接收器調用注冊函數進行注冊后，才能從分布式報警系統檢索報警信息或發送報警確定請求。

（3） 提交報警查詢

提交報警查詢，從一個或多個報警供應器上獲得和更新報警信息。通常查詢由兩部分組成：

① 一個指示要查詢的報警供應器和報警組的字符串；

② 一組配置信息的設置，指示過濾器的查詢條件，例如最小和最大優先級。

一旦報警查詢被提交，分布式報警系統將在報警接收器上“沖掉”當前所有的報警列表并向指定的報警供應器所在節點傳送這個查詢。初始時分布式報警系統將獲取當前匹配查詢的全部報警記錄以完成查詢，接下來如果報警狀態改變，系統將只報告更新的部分。

（4） 獲取報警記錄

報警接收器可以檢索實際的報警記錄，與報警列表中的條目相對應，用來顯示狀態信息、檢驗事件時間戳、檢查報警的存取名稱等。報警記錄一旦被檢索，報警接收器就可以對信息進行顯示、記錄等。

（5） 選定/取消選定

報警接收器一旦得到報警條目的列表，就可以選定條目進行隨后的操作，如進行確定。一個單獨的調用就能完成所有被選定條目的操作。報警可以由類表索引或報警GUID進行選定。報警接收器也可以對目前選定的條目取消選定。

（6） 確認報警

報警接收器是分布式報警系統中用來確認報警的主要組件，可以通過選擇函數選定一個或多個報警進行確認。確認報警不會改變報警條件本身的真假，只是向報警供應器表明報警已經被“看到”，然后在報警供應器上該報警的狀態改變為“已確認”。報警控件通過鼠標右鍵菜單，能夠確認單條報警及全部報警。

圖2 分布式報警系統的程序流程圖

4 結 論

本文設計的分布式報警系統可以根據不同的需求選擇多種報警方式，報警列表能夠按優先級和類別等分類顯示報警信息，并可以方便地進行報警確認和打印報警信息。該系統靈活控制實時報警的查詢與顯示，對異常運行狀態提供報警提示，完整地實現了鐵路電力遠動系統的報警功能。

圖3 報警系統的顯示窗口

參考文獻

[1] Invensys Systems， Inc. Alarm toolkit guide [R]. UK： Invensys Systems， Inc， 2009.

[2] 魏丙濤.基于Wonderware平臺的鐵路牽引供電遠動監控系統的設計與實現[D].北京：華北計算機系統工程研究所，2012.

[3] Invensys Systems， Inc. IT alarms and events [R]. UK： Invensys Systems， Inc， 2009.

[4] Anon. Wonderware [EB/OL]. [2013?12?19]. http：//www.baike.baidu.com.

[5] Invensys Systems， Inc. Wonderware information server administration help [R]. UK： Invensys Systems， Inc， 2009.

[6] 高強，資偉，金曉婷.基于Wonderware系統平臺的電網監控系統的設計與實現[J].云南大學學報：自然科學版，2011（3）：289?293.

（2） 注冊報警接收器

為了實現報警接收器的功能，首先必須要向報警系統登記。報警接收器調用注冊函數進行注冊后，才能從分布式報警系統檢索報警信息或發送報警確定請求。

（3） 提交報警查詢

提交報警查詢，從一個或多個報警供應器上獲得和更新報警信息。通常查詢由兩部分組成：

① 一個指示要查詢的報警供應器和報警組的字符串；

② 一組配置信息的設置，指示過濾器的查詢條件，例如最小和最大優先級。

一旦報警查詢被提交，分布式報警系統將在報警接收器上“沖掉”當前所有的報警列表并向指定的報警供應器所在節點傳送這個查詢。初始時分布式報警系統將獲取當前匹配查詢的全部報警記錄以完成查詢，接下來如果報警狀態改變，系統將只報告更新的部分。

（4） 獲取報警記錄

報警接收器可以檢索實際的報警記錄，與報警列表中的條目相對應，用來顯示狀態信息、檢驗事件時間戳、檢查報警的存取名稱等。報警記錄一旦被檢索，報警接收器就可以對信息進行顯示、記錄等。

（5） 選定/取消選定

報警接收器一旦得到報警條目的列表，就可以選定條目進行隨后的操作，如進行確定。一個單獨的調用就能完成所有被選定條目的操作。報警可以由類表索引或報警GUID進行選定。報警接收器也可以對目前選定的條目取消選定。

（6） 確認報警

報警接收器是分布式報警系統中用來確認報警的主要組件，可以通過選擇函數選定一個或多個報警進行確認。確認報警不會改變報警條件本身的真假，只是向報警供應器表明報警已經被“看到”，然后在報警供應器上該報警的狀態改變為“已確認”。報警控件通過鼠標右鍵菜單，能夠確認單條報警及全部報警。

圖2 分布式報警系統的程序流程圖

4 結 論

本文設計的分布式報警系統可以根據不同的需求選擇多種報警方式，報警列表能夠按優先級和類別等分類顯示報警信息，并可以方便地進行報警確認和打印報警信息。該系統靈活控制實時報警的查詢與顯示，對異常運行狀態提供報警提示，完整地實現了鐵路電力遠動系統的報警功能。

圖3 報警系統的顯示窗口

參考文獻

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（2） 注冊報警接收器

為了實現報警接收器的功能，首先必須要向報警系統登記。報警接收器調用注冊函數進行注冊后，才能從分布式報警系統檢索報警信息或發送報警確定請求。

（3） 提交報警查詢

提交報警查詢，從一個或多個報警供應器上獲得和更新報警信息。通常查詢由兩部分組成：

① 一個指示要查詢的報警供應器和報警組的字符串；

② 一組配置信息的設置，指示過濾器的查詢條件，例如最小和最大優先級。

一旦報警查詢被提交，分布式報警系統將在報警接收器上“沖掉”當前所有的報警列表并向指定的報警供應器所在節點傳送這個查詢。初始時分布式報警系統將獲取當前匹配查詢的全部報警記錄以完成查詢，接下來如果報警狀態改變，系統將只報告更新的部分。

（4） 獲取報警記錄

報警接收器可以檢索實際的報警記錄，與報警列表中的條目相對應，用來顯示狀態信息、檢驗事件時間戳、檢查報警的存取名稱等。報警記錄一旦被檢索，報警接收器就可以對信息進行顯示、記錄等。

（5） 選定/取消選定

報警接收器一旦得到報警條目的列表，就可以選定條目進行隨后的操作，如進行確定。一個單獨的調用就能完成所有被選定條目的操作。報警可以由類表索引或報警GUID進行選定。報警接收器也可以對目前選定的條目取消選定。

（6） 確認報警

報警接收器是分布式報警系統中用來確認報警的主要組件，可以通過選擇函數選定一個或多個報警進行確認。確認報警不會改變報警條件本身的真假，只是向報警供應器表明報警已經被“看到”，然后在報警供應器上該報警的狀態改變為“已確認”。報警控件通過鼠標右鍵菜單，能夠確認單條報警及全部報警。

圖2 分布式報警系統的程序流程圖

4 結 論

本文設計的分布式報警系統可以根據不同的需求選擇多種報警方式，報警列表能夠按優先級和類別等分類顯示報警信息，并可以方便地進行報警確認和打印報警信息。該系統靈活控制實時報警的查詢與顯示，對異常運行狀態提供報警提示，完整地實現了鐵路電力遠動系統的報警功能。

圖3 報警系統的顯示窗口

參考文獻

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