海洋疏浚工程船Web—SCADA系統的設計與應用

睢潔　陳雯

摘要：海洋疏浚工程船在疏浚作業過程中將會產生大量的數據，就目前而言這些重要的數據只能在船機工作室內進行監控。以往因為通信技術的限制，不能實現船岸一體化，但是隨著北斗衛星集群數傳技術的成熟，船岸一體化中的數據傳輸問題得到了有效解決，因此通過互聯網技術將SCADA系統采集到的數據網絡化就成為了可能，Web-SCADA的任務就是要實現這些數據在岸端的顯示，通過瀏覽器端的仿真頁面監控工程船的工作狀況。

關鍵詞：Web-SCADA；海洋疏浚；工程船；疏浚作業；數據網絡化 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP311 文章編號：1009-2374（2015）06-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0459

現代海上工程船設備先進，已經高度自動化、信息化，因為通信技術的限制，不能實現船岸一體化，因此被稱之為漂浮在海洋上的信息孤島。我國的北斗衛星短報文通信打破了這個限制，在北斗衛星集群數傳技術的支持下，在岸上實時監控海上工程船的運行狀態、工作狀態就是一個Web實現問題，就是從獨立運行的SCADA系統到基于互聯網運行的Web-SCADA的技術實現問題。目前，SCADA系統憑借它在工業控制等方面的優勢在海洋疏浚工程船中得到廣泛的應用，但是SCADA系統因為如下原因已經遠遠不能滿足實際工作中生產的需求：一是系統維護和升級存在困難，不能滿足大型系統的需求；二是系統質量不能保證，為了讓數據庫與活動客戶保持連接，就要分散運算資源，導致系統性能的下降；三是在復雜的環境下，用戶有可能長時間等待，甚至系統會崩潰；四是C/S模型開發系統的生命周期短、可擴展性、可維護性差，研發周期長。SCADA系統只能將船機運行和工作狀態呈現在在船機工作室內，離船聯網提出的船岸一體化目標要求相距甚遠。隨著北斗集群數傳技術對于海上通信的技術和經濟限制的突破，基于互聯網的Web-SCADA將有效地克服SCADA系統的局限性。

1 系統架構

1.1 工作流程

海洋疏浚工程船Web-SCADA系統基于北斗集群數傳技術，將遠洋疏浚工程船采集到的數據通過北斗衛星集群數傳技術傳輸給岸基指揮中心，然后通過B/S架構的網絡平臺將采集到的數據通過互聯網發布出去，從而在岸端的用戶可以通過互聯網查看到原本只能在船機工作室才能監控到的工程數據。

1.2 基本組成

1.2.1 客戶終端：客戶終端分為兩部分：一是監控終端；二是管理終端。（1）監控終端。監控終端為工作人員提供實時監控工程船的船機狀態和工作狀態的平臺，并且把控制信息通過網絡上報到中心服務器，如預警信息，比如某個齒輪箱的溫度或者油壓過高需要調控等；（2）管理終端。管理終端實現用戶管理，Web-SCADA設計的目的之一就是實現多人、多地點對同一監控目標的監控，因此不同的工作人員登錄系統后根據身份獲得不同的權限，并且對本次登錄操作負責。

1.2.2 通信網絡：通信網絡主要包括移動通信網絡和互聯網，實現客戶端和中心服務器的雙向數據傳輸。Web-SCADA是基于互聯網設計的，良好的通信網絡是系統正常運行的必要條件。

1.2.3 中心服務器：中心服務器是Web-SCADA的核心所在，Web-SCADA主要運行在中心服務器之上的應用服務的實現，中心服務器包括兩個部分，分別是應用服務器和數據庫服務器。應用服務器負責監聽相應的網絡端口，接收工程船發送的海量數據并校驗，同時負責發布數據并響應用戶的請求，為瀏覽器提供SCADA的仿真視圖。數據庫服務器實現對數據庫的訪問和管理，因為海洋作業產生的數據量非常巨大，所以采用分布式數據管理系統。

2 Web-SCADA實現技術

2.1 Flex仿真頁面技術

本文提出的Web-SCADA是基于Flex技術實現的。Flex技術是將桌面應用的華麗界面與Web應用的廣泛性、低成本以及多媒體通信集成于一體的新互聯網應用技術，具有極強的用戶互動性和豐富的用戶體驗性，是當前領先和成熟的RIA（富互聯網應用程序）技術。

Flex框架由MXML頁面標記語言，ActionScript編程語言和Flex類庫組成。MXML是基于XML的標記語言，用于界面的布局和顯示控件。MXML提供了用戶界面和服務器端數據的綁定，極大簡化了數據訪問編程，提高了編程效率。ActionScript是類似JavaScript的強類型面向對象語言，用于操控GUI組件、事件監聽、數據訪問回調等。Flex類庫是核心，提供了種類繁多的各種控件、GUI組件、數據訪問組件、行為組件等，可以方便實現負責的用戶界面和響應事件類型。利用Flex提供的豐富的組件繪制功能，可以繪制疏浚工程船SCADA界面的仿真頁面，這樣更符合工作人員習慣。

2.2 WebService服務

WebService是SOA的具體實現，WebService適用于不同系統之間的接口調用或者不同編程語言實現的接口之間的調用。本系統客戶端的仿真頁面是基于Flex實現，而應用服務是基于.NET平臺實現，因此非常適合適用WebService來做接口調用。WebService向外暴露一個可以通過Web進行調用的API，調用成功以后會返回XML數據。簡單地說，WebService是一個平臺獨立的，低耦合的，自包含的、基于可編程的Web的應用程序，可使用開放的XML標準來描述、發布、發現、協調和配置這些應用程序，用于開發分布式的互操作的應用程序。

2.3 異步訪問

在對數據庫進行訪問時，為了避免同步訪問數據時所帶來的延遲，我們需要改進設計，以提高程序執行效率。一方面，可以避免因頻繁刷新網頁給用戶以良好的使用體驗；另一方面，也降低了程序崩潰的可能性。Flex自帶異步組件，避免使用第三方插件，可以非常方便地實現異步訪問。

3 應用服務架構

應用服務架構即是Web架構，遵循多層架構的設計思想，設計上采用四層架構，將數據、業務邏輯、服務提供以及客戶端操作分離開。這種架構既便于系統的開發維護，又有利于系統的部署使用，還能提高系統的安全性和可擴展性。

3.1 數據層

數據層為Web-SCADA系統提供數據支持，本系統存儲的數據來自海洋疏浚工程船，包括工作人員數據、工程船數據，所有數據都采用關系型數據的方式組織。

3.2 數據訪問層

數據訪問層主要是將業務邏輯層進行封裝處理，將系統的各項功能以WebService服務的方式發布給顯示層。該層充分體現了SOA的設計理念。

3.3 業務邏輯層

業務邏輯是對數據進行處理分析，為上層調用提供合適的信息。同時對系統的安全性、運算負載平衡、系統運行狀況等進行控制。

3.4 顯示層

顯示層即是Web-SCADA的客戶端，為工作人員提供圖形化的仿真頁面，并且提供眾多和中心服務器交互的接口，便于工作人員對海洋疏浚工程船的監視和控制。

4 主要功能

船機工作室中SCADA系統上的所有界面及功能都被搬到了網絡上，工作人員借助Web-SCADA系統在岸端就可以對工程船進行監控。

5 結語

本文提出了一套完整的實現船岸一體化的解決方案，建立Web-SCADA系統平臺用于監控和調度海洋疏浚工程船。通過客戶端Flex異步調用服務器端WebService的相關方法，實現了一個頁面無刷新更新實時數據的Web-SCADA系統。岸基工作人員不再需要親臨疏浚工程船去觀看基于C/S架構的監控系統來指導疏浚工作，僅需要一個能聯網的瀏覽器，并且不需要安裝任何第三方組態軟件就能實時指導工程船工作。整個系統可以遠程訪問，使工作人員雖遠離現場，亦可處處監控工程船的工作情況。此外，一個工作人員可同時監控多個過程，使過程控制人員不再分身乏術；多個工作人員也可以監控同一過程，真正實現了數據的開放性及過程信號的透明化。該系統研制的成功解決了船岸一體化問題，對疏浚領域數字化監控系統的升級和海洋工程船舶技術水平的提升起到了至關重要的作用。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）