基于OPC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、應(yīng)用技術(shù)研究基于組件的分布式實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)曾慶磊[文章摘要]本文提出了一種基于OPC接口的組件化分布式監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，探討了系統(tǒng)各部分的接口實(shí)現(xiàn)方式。該平臺(tái)由一組自適應(yīng)、自容錯(cuò)、接口開放的軟件組件構(gòu)成，每個(gè)組件封裝為具有獨(dú)立功能、時(shí)間認(rèn)知的智能軟件主體，各個(gè)組件之間通過優(yōu)先級(jí)消息隊(duì)列進(jìn)行快速、高效的通信，從而在整體上提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與訪問功能和Web服務(wù)。最后，本文探討了客戶端瀏覽器采用數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱方式,使用SOAP消息存取實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的過程。[關(guān)鍵詞]分布式監(jiān)控系統(tǒng)OPCXML1作者簡(jiǎn)介：曾慶磊，男，電氣工程系工程師應(yīng)用技術(shù)研究1引言現(xiàn)實(shí)

2、世界中的許多應(yīng)用系統(tǒng)包含了對(duì)大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存取和管理，如工廠生產(chǎn)過程監(jiān)控、電網(wǎng)調(diào)度、樓宇自動(dòng)化等等，系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)地從被控環(huán)境中獲取數(shù)據(jù)，以便隨時(shí)了解控制現(xiàn)場(chǎng)的最新狀態(tài)，并結(jié)合過去獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及時(shí)地做出反應(yīng)。其中處理的數(shù)據(jù)往往具有短暫有效性，稱為時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)，而過期的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)通常稱為歷史數(shù)據(jù)。維護(hù)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的有效性是時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)管理的重要內(nèi)容，而數(shù)據(jù)的時(shí)態(tài)一致性需求也會(huì)導(dǎo)致事務(wù)的時(shí)間性限制[1]。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)(Real-timedatabase)就是其數(shù)據(jù)和事務(wù)都有顯示時(shí)間限制的數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)的正確性不僅依賴于事務(wù)的結(jié)果，而且依賴于該結(jié)果所產(chǎn)生的時(shí)間。RT

3、DB中的體系結(jié)構(gòu)、事務(wù)調(diào)度、并發(fā)控制、資源管理等技術(shù)問題已經(jīng)得到了廣泛研究[2]。OPC（OLEforProcessControl）是由自動(dòng)化領(lǐng)域中主要廠商協(xié)作制定的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。OPC技術(shù)提供了不同系統(tǒng)間通信的標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)環(huán)境中控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成[3]。將OPC技術(shù)與RTDB結(jié)合起來就形成了一個(gè)統(tǒng)一、開放的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。本文所提出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)采用組件化設(shè)計(jì)，由一組自適應(yīng)、自容錯(cuò)、接口開放的軟件組件構(gòu)成，每個(gè)組件封裝為具有獨(dú)立功能、時(shí)間認(rèn)知的智能軟件主體，各個(gè)組件之間通過優(yōu)先級(jí)消息隊(duì)列進(jìn)行高效通信與實(shí)時(shí)交互，從而在整體上提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)

4、采集、存儲(chǔ)與存取功能。通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口存取數(shù)據(jù)，具有靈活可靠的組成方式和可靠的通信結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用基于發(fā)布/訂閱的數(shù)據(jù)前推方式，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端Web瀏覽器中，實(shí)現(xiàn)了Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)在我們開發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中得到了實(shí)現(xiàn)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)通過多家企業(yè)的實(shí)踐檢驗(yàn)，并取得了良好的監(jiān)控效果。2分布式監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖1分布式監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)分為設(shè)備層、控制層和信息層三層。設(shè)備層由RTU、PLC、DCS等控制設(shè)備組成，它們負(fù)責(zé)采集工控現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)?？刂茖臃譃閿?shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)庫(kù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站

5、三部分，其中數(shù)據(jù)采集端可以，讀取設(shè)備層的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫(kù)分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、OPC歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器(HDA)[4]4應(yīng)用技術(shù)研究和OPC報(bào)警服務(wù)器(AE)[5]分別向客戶端提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警及事件信息。控制層中的數(shù)據(jù)可以通過Web服務(wù)器和OPCXML-DA服務(wù)器，發(fā)布到數(shù)據(jù)層中，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。監(jiān)控站作為OPC客戶端，訪問各種服務(wù)器，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)畫面。Web服務(wù)器對(duì)外發(fā)布嵌有ActiveX的監(jiān)控畫面和數(shù)據(jù)報(bào)表頁面，并能為用戶提供其他Web服務(wù)。Web瀏覽器作為系統(tǒng)外監(jiān)控端，可以使用瀏覽器（如IE），通過下載XML格式的監(jiān)控畫面

6、文件和應(yīng)用配置文件，設(shè)置ActiveX的參數(shù)，通過SOAP消息與OPCXML-DA服務(wù)器通信，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況。監(jiān)控端的位置可以突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制，可以位于現(xiàn)場(chǎng)，也可以位于中央控制室，甚至可以通過防火墻位于Intranet以外的Internet中。以上多種服務(wù)器構(gòu)成了企業(yè)信息數(shù)據(jù)平臺(tái)，每種服務(wù)器和客戶端可根據(jù)系統(tǒng)情況設(shè)置為一臺(tái)或多臺(tái)。該系統(tǒng)對(duì)外提供一套完整的接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)，支持分布式應(yīng)用和異構(gòu)環(huán)境下應(yīng)用程序之間軟件的無縫集成和互操作性，它使設(shè)備層、監(jiān)控層以及信息層之間的協(xié)同工作成為了可能，并且提供了工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)控制網(wǎng)

7、和數(shù)據(jù)網(wǎng)的一體化，使異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換更為方便。通過以上討論，我們可以看出，與傳統(tǒng)C/S監(jiān)控系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有分布式、模塊化、配置靈活的特點(diǎn)。2.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器(RTDBServer)提供兩個(gè)服務(wù)端口：數(shù)據(jù)采集服務(wù)端口與數(shù)據(jù)訪問服務(wù)端口，它們分別負(fù)責(zé)接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求與用戶查詢請(qǐng)求。設(shè)備通信線程負(fù)責(zé)監(jiān)視采樣服務(wù)端口，處理來自設(shè)備IO站的數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，并把請(qǐng)求按照EDF策略組織到數(shù)據(jù)更新隊(duì)列，由數(shù)據(jù)更新線程采用非搶占方式依次處理。請(qǐng)求接收線程負(fù)責(zé)接收來自用戶的數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求，這些請(qǐng)求由用戶指定截止期，按照EDF策略組織到查詢請(qǐng)

8、求隊(duì)列等待查詢處理線程進(jìn)行處理。由于不同的查詢請(qǐng)求耗