中间件技术在大型分布式SCADA系统中的应用.docVIP

中间件技术在大型分布式SCADA系统中的应用 作为一个从事自动化系统软件研发工作的工程师，我在2003年整整一年投入了大量的精力学习和研究中间件技术在自动化系统中的应用现状和前景，并在自己参与的一个大型SCADA工程项目的软件设计中进行了应用设计，实际运行效果良好。中间件技术作为解决分布式异构环境下网络通讯的组件技术，将传统的DCS、SCADA等自动化系统的C/S体系结构扩展为客户机—中间件—服务器体系模式,更有利于提高系统的扩展能力、稳定性和开放性，使得系统具有较长的生命周期。工业自动化系统具有一般电子政务等IT系统所没有的特殊性，非常注重实时性、可靠性，这使得在自动化系统研发中引入一般软件开发的必威体育精装版技术如CORBA、DCOM等组件技术时具有一定的技术风险，需要经过长期的风险评估和可行性调研，并在实际应用中探索最佳的应用模式。通过《中间件技术在大型SCADA系统中的应用》一文，希望能够与业内人员一起来探讨中间件技术能否用于自动化系统、以及它在自动化系统中处于何种地位，起到抛砖引玉的作用。 1 引言　　网络技术的出现，使计算机的应用范围更为广阔，许多应用需要在网络环境下的异构平台上实现。在分布式异构环境中，存在多种操作平台、多种网络协议及网络体系结构，中间件技术就是为了解决分布异构问题而提出的。中间件将网络上传统的客户机/服务器体系结构扩展为三层的体系结构模式，即客户机—中间件—服务器体系模式。　　中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不管底层的计算机硬件、系统软件或服务软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需任何修改，从而保护了企业在应用软件开发和维护中的重大投资。本文以北京城市轻轨铁路综合自动化系统工程为依托，在自主开发的一个高性能、高可靠性的大型实时分布式综合监控系统中采用中间件技术，使得系统软件架构灵活，可扩展性强，同时满足了工业监控软件的实时性和可靠性两大要求。1.1 实现中间件的必要性　　分布式SCADA系统数据分布在多级服务器上。中央服务器处理重要的和带有统计性质的数据，并提供全局实时数据服务、重要参数的历史数据服务和全局报警服务；各子服务器集中处理本子系统的数据，并提供本子系统的全部实时数据、事件信息和全历史库访问服务；I/O通信控制器处理本采集站的实时数据。　　多重数据源的存在以及系统网络架构的特点，子系统监视站和中央监控站的功能差异，系统异构的操作平台，都增加了上层HMI软件处理的复杂性。鉴于此，系统在HMI软件和服务任务之间引入了中间件。中间件为上层HMI应用屏蔽了异构平台的差异，基于中间件开发的应用具有良好的可扩充性、易管理性、高可用性和可移植性。1.2 中间件在系统中的位置　　系统数据访问中间件采用分布式应用技术，位于服务任务和HMI任务之间，通过提供给上层HMI任务一组统一的接口，透明地给应用任务提供对系统各级数据方便、统一的访问。中间件所处的位置如图1所示。 1.3 中间件的作用系统中数据访问中间件的主要作用在于：　　1) 屏蔽数据来源：中间件通过给上层HMI应用提供统一的数据访问接口屏蔽了数据的多重来源（服务任务或I/O采集站），实现了应用任务对数据访问的透明性。　　2) 屏蔽网络细节：为增加系统的可靠性和实时响应速度，SCADA系统多采用双网冗余结构，所有服务器均为冗余配置，中间件的存在在网络一级给上层显示软件提供了数据源位置的透明性。　　3) 增加系统的实时响应性：系统中人机交互的控制命令通过中间件直接发送到IO采集站，而不是经过各级服务器逐层下发，提高了系统的实时响应能力和控制命令可靠性。　　4) 增加系统的可配置性和扩展性：数据访问中间件的实现使得服务任务和上层HMI任务之间的耦合程度大大减小，给整个系统的可配置性和后续的扩展性带来了好处。2 中间件的设计与实现　　SCADA系统数据类型一般都有以下几种：实时数据、历史数据、日志和报警、事故追忆、装置报告等事件记录。网络上的远程数据服务常有3种模式：“同步请求—应答”模式、“数据订阅”模式、“事件变化通知”模式。在数据的服务过程中，HMI始终是服务的接收方（客户），服务任务始终是服务的提供方，中间件负责屏蔽数据的多重来源。对于上层显示而言，不用关心面对的是哪个服务任务以及任务运行在何处。2.1 中间件的技术方案　　中间件在一台计算机上只存在一个，但可以为一个或者多个HMI应用任务提供数据服务功能，如图2所示。 　　对应于SCADA系统提供的三种数据访问模式，中间件在组成上由多个COM组件构成，相应的包容器包括：实时数据远程服务组件、历史数据远程服务组件、事件信息远程服务组件。包容器除了支持基于DCOM的组件外，还包含SOCKET网络连接等其它