組態(tài)軟件支持下上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)分析

高 鐸

大慶油田信息技術(shù)公司物聯(lián)網(wǎng)分公司，黑龍江大慶 163000

組態(tài)軟件，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA，Supervisory Control and Data Acquisition），當(dāng)前該軟件體系的主要應(yīng)用領(lǐng)域在于在工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)全自動的一線工作狀態(tài)數(shù)據(jù)采集并且展開必要控制。因為此類軟件通常以靈活的組態(tài)形式加以呈現(xiàn)，因此被稱作組態(tài)軟件，其存在的核心價值在于為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。當(dāng)前的組態(tài)軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類自動化生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是在電力以及石化領(lǐng)域的應(yīng)用最為深入。

1 組態(tài)軟件上位機(jī)體系分析

在分布式控制系統(tǒng)環(huán)境下，隨著技術(shù)的發(fā)展，不同端的軟件以及硬件都會呈現(xiàn)出逐步的專業(yè)化特征。即在整個系統(tǒng)中，現(xiàn)場控制端、操作員端以及工程師端都分化出不同的專業(yè)特征，而發(fā)布命令的工程師以及操作員站則屬于上位機(jī)，對應(yīng)的控制設(shè)備端的控制站為下位機(jī)，共同構(gòu)成整個分布式控制系統(tǒng)。

在這樣的系統(tǒng)中，上位機(jī)能夠從下位機(jī)的工作中獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對于現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)的了解，進(jìn)一步展開必要的調(diào)節(jié)，通過指令的形式發(fā)送命令給下位機(jī)，并且在下位機(jī)上展開執(zhí)行，形成對于現(xiàn)場設(shè)備的控制。

運(yùn)行在上位機(jī)上的組態(tài)軟件，相對而言具有更強(qiáng)的獨立特征，在初始化之后，能夠?qū)崿F(xiàn)自動的數(shù)據(jù)采集，并且在支持授權(quán)以及數(shù)據(jù)保護(hù)的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步展開對于下位機(jī)以及相關(guān)現(xiàn)場設(shè)備的控制。上位機(jī)上的組態(tài)軟件從結(jié)構(gòu)上看可以大體分為三個層面，位于中間層面的是服務(wù)器，在數(shù)據(jù)比較重要的環(huán)境下，同樣可能會存在冗余服務(wù)器，保證一定的數(shù)據(jù)冗余量，同時支持?jǐn)?shù)據(jù)鏡像，提升訪問性能。服務(wù)器中包含有實時數(shù)據(jù)庫以及歷史數(shù)據(jù)庫兩個主要的組成部分，并且通過數(shù)據(jù)挖掘等相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移、存儲和讀取，形成數(shù)據(jù)的優(yōu)化存放和使用。服務(wù)器下層與現(xiàn)場控制站下位機(jī)保持聯(lián)系，具體而言，則是服務(wù)器通過接口程序與現(xiàn)場控制站的實時數(shù)據(jù)庫保持聯(lián)系，來實現(xiàn)這一職能。而服務(wù)器面向上層，則是面向工作人員和更為高級的人工智能體系展開服務(wù)，相對而言功能比較復(fù)雜，其中包括了圖形界面、報警監(jiān)視、日志處理、曲線統(tǒng)計、特征數(shù)據(jù)庫以及報表處理等多個方面的功能。這些功能以組態(tài)的形式存在，確保在應(yīng)用角度呈現(xiàn)出必要的靈活特征，能夠依據(jù)實際環(huán)境中人員以及相關(guān)技術(shù)的變化，而保持對應(yīng)的跟進(jìn)狀態(tài)。并且其中圖形界面應(yīng)當(dāng)兼顧到靜態(tài)和動態(tài)兩個方面的數(shù)均顯示，而同樣在曲線統(tǒng)計方面，一樣會呈現(xiàn)出歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)兩個方面的重要內(nèi)容。

2 上位機(jī)上組態(tài)軟件的核心技術(shù)分析

對于組態(tài)軟件而言，想要實現(xiàn)更為深入的發(fā)展以及相應(yīng)的職能，需要在每一個細(xì)節(jié)上都傾注以關(guān)注，包括系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、圖形界面組態(tài)、報警監(jiān)視、日志處理、曲線統(tǒng)計等多個方面，都是需要關(guān)注的重點。但是從根本上看，系統(tǒng)組態(tài)和數(shù)據(jù)庫組態(tài)兩個方面的設(shè)計，以其基礎(chǔ)地位成為整個組態(tài)軟件環(huán)境的核心。

首先，系統(tǒng)組態(tài)可以說是上位機(jī)組態(tài)思想的核心部分，其價值是針對整個控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行組態(tài)。在整個系統(tǒng)中，不同的現(xiàn)場控制分站，以及操作站的上位機(jī)，都需要通過系統(tǒng)組態(tài)來進(jìn)行設(shè)定，通過對投入運(yùn)行的現(xiàn)場控制站的類型、個數(shù)以及相關(guān)型號的確定，可以從一個側(cè)面實現(xiàn)對于整個系統(tǒng)安全水平的提升。而這種組態(tài)的思路，同樣便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)層面的授權(quán)和管理的加強(qiáng)，通過對操作員權(quán)限和操作范圍進(jìn)行限定，以及將相關(guān)的配置信息存到設(shè)定好的文件夾中保存的方式，實現(xiàn)安全狀態(tài)加固。

其次，數(shù)據(jù)庫組態(tài)設(shè)計，則作為組態(tài)軟件的核心重點存在，因此必須予以重視。從組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)角度看，處于中間層面的數(shù)據(jù)庫以及備份，負(fù)責(zé)著整個系統(tǒng)檢測和控制的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，工程項目中所有的需要檢測和控制的前端，其狀態(tài)信息和工作數(shù)據(jù)體現(xiàn)，都在數(shù)據(jù)庫組態(tài)環(huán)境中實現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫的組態(tài)設(shè)計需要從特征數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫以及歷史數(shù)據(jù)庫等多個方面展開設(shè)計并且加以實現(xiàn)。在這樣的體系之下，特征數(shù)據(jù)庫的價值在于面向操作員站和工程師站提供相應(yīng)的存儲服務(wù)，其主要內(nèi)容包括系統(tǒng)配置信息等系統(tǒng)預(yù)定義和用戶預(yù)定義的特征信息等。特征數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)更為個性化的應(yīng)用定制，但是實時數(shù)據(jù)庫才是整個組態(tài)軟件中的核心所在，其主要用來保存相關(guān)質(zhì)量在執(zhí)行后反饋得到的內(nèi)存變量實時值，以及從輸入輸出設(shè)備讀取的相關(guān)變量實時值；歷史數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以合理的形式進(jìn)行整理和存檔。

在這樣的數(shù)據(jù)庫環(huán)境中，實時數(shù)據(jù)庫是核心部分，同時也是實現(xiàn)的難點所在。實時數(shù)據(jù)庫最為核心的問題在于時效性，并且進(jìn)一步關(guān)系到組態(tài)軟件的工作效率問題。整個數(shù)據(jù)庫依據(jù)實際控制前端的采集數(shù)據(jù)特征，以及對于數(shù)據(jù)獲取的實時需求作為基本出發(fā)點進(jìn)行考慮，來決定數(shù)據(jù)的存取策略。在此基礎(chǔ)上引入動態(tài)數(shù)據(jù)庫DLL，其作為Win系統(tǒng)中的特殊程序單元，以調(diào)用者的任務(wù)作為主要驅(qū)動。與靜態(tài)連接庫相比，動態(tài)連接庫僅將動態(tài)連接庫在內(nèi)存中的DLL裝入一次，因此在多任務(wù)環(huán)境中，對于DLL的重復(fù)調(diào)用能夠有效節(jié)約內(nèi)容，對于整個程序執(zhí)行效率的提升有著毋庸置疑的積極價值。此外，實時數(shù)據(jù)庫接口由API函數(shù)組成，借以支持輸入輸出驅(qū)動程序以及不同應(yīng)用直接實現(xiàn)對于實時數(shù)據(jù)庫的訪問，從而保持該系統(tǒng)具有良好的開放性，并且支持二次開發(fā)。

3 結(jié)論

組態(tài)軟件支持之下的上位機(jī)系統(tǒng)，在實際應(yīng)用環(huán)境中保持了良好的開放特征，并且因此具有旺盛的生命力。只有不斷深入該項技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其技術(shù)層面的內(nèi)在價值，才能在實際的應(yīng)用環(huán)境中妥善展開開發(fā)，實現(xiàn)對于實際需求的有效支持。

[1]馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2]鹿玲杰，田燕燕，等.組態(tài)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)方法[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報，2001（1）.

[3]王亞民.組態(tài)軟件設(shè)計與開發(fā)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.