组态软件支持下上位机监控系统的建设分析

2015-03-19高铎

新媒体研究 2015年15期

高铎

大庆油田信息技术公司物联网分公司，黑龙江大庆 163000

组态软件，即数据采集与监视控制（SCADA，Supervisory Control and Data Acquisition），当前该软件体系的主要应用领域在于在工业环境中实现全自动的一线工作状态数据采集并且展开必要控制。因为此类软件通常以灵活的组态形式加以呈现，因此被称作组态软件，其存在的核心价值在于为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。当前的组态软件已经广泛应用于各类自动化生产领域，尤其是在电力以及石化领域的应用最为深入。

1 组态软件上位机体系分析

在分布式控制系统环境下，随着技术的发展，不同端的软件以及硬件都会呈现出逐步的专业化特征。即在整个系统中，现场控制端、操作员端以及工程师端都分化出不同的专业特征，而发布命令的工程师以及操作员站则属于上位机，对应的控制设备端的控制站为下位机，共同构成整个分布式控制系统。

在这样的系统中，上位机能够从下位机的工作中获取到相关数据，从而实现对于现场设备工作状态的了解，进一步展开必要的调节，通过指令的形式发送命令给下位机，并且在下位机上展开执行，形成对于现场设备的控制。

运行在上位机上的组态软件，相对而言具有更强的独立特征，在初始化之后，能够实现自动的数据采集，并且在支持授权以及数据保护的基础之上，进一步展开对于下位机以及相关现场设备的控制。上位机上的组态软件从结构上看可以大体分为三个层面，位于中间层面的是服务器，在数据比较重要的环境下，同样可能会存在冗余服务器，保证一定的数据冗余量，同时支持数据镜像，提升访问性能。服务器中包含有实时数据库以及历史数据库两个主要的组成部分，并且通过数据挖掘等相关技术实现数据的转移、存储和读取，形成数据的优化存放和使用。服务器下层与现场控制站下位机保持联系，具体而言，则是服务器通过接口程序与现场控制站的实时数据库保持联系，来实现这一职能。而服务器面向上层，则是面向工作人员和更为高级的人工智能体系展开服务，相对而言功能比较复杂，其中包括了图形界面、报警监视、日志处理、曲线统计、特征数据库以及报表处理等多个方面的功能。这些功能以组态的形式存在，确保在应用角度呈现出必要的灵活特征，能够依据实际环境中人员以及相关技术的变化，而保持对应的跟进状态。并且其中图形界面应当兼顾到静态和动态两个方面的数均显示，而同样在曲线统计方面，一样会呈现出历史数据和实时数据两个方面的重要内容。

2 上位机上组态软件的核心技术分析

对于组态软件而言，想要实现更为深入的发展以及相应的职能，需要在每一个细节上都倾注以关注，包括系统组态、数据库组态、图形界面组态、报警监视、日志处理、曲线统计等多个方面，都是需要关注的重点。但是从根本上看，系统组态和数据库组态两个方面的设计，以其基础地位成为整个组态软件环境的核心。

首先，系统组态可以说是上位机组态思想的核心部分，其价值是针对整个控制系统的硬件结构进行组态。在整个系统中，不同的现场控制分站，以及操作站的上位机，都需要通过系统组态来进行设定，通过对投入运行的现场控制站的类型、个数以及相关型号的确定，可以从一个侧面实现对于整个系统安全水平的提升。而这种组态的思路，同样便于实现数据层面的授权和管理的加强，通过对操作员权限和操作范围进行限定，以及将相关的配置信息存到设定好的文件夹中保存的方式，实现安全状态加固。

其次，数据库组态设计，则作为组态软件的核心重点存在，因此必须予以重视。从组态软件的结构角度看，处于中间层面的数据库以及备份，负责着整个系统检测和控制的数据流转，工程项目中所有的需要检测和控制的前端，其状态信息和工作数据体现，都在数据库组态环境中实现。数据库的组态设计需要从特征数据库、实时数据库以及历史数据库等多个方面展开设计并且加以实现。在这样的体系之下，特征数据库的价值在于面向操作员站和工程师站提供相应的存储服务，其主要内容包括系统配置信息等系统预定义和用户预定义的特征信息等。特征数据库能够实现更为个性化的应用定制，但是实时数据库才是整个组态软件中的核心所在，其主要用来保存相关质量在执行后反馈得到的内存变量实时值，以及从输入输出设备读取的相关变量实时值；历史数据库负责将数据以合理的形式进行整理和存档。

在这样的数据库环境中，实时数据库是核心部分，同时也是实现的难点所在。实时数据库最为核心的问题在于时效性，并且进一步关系到组态软件的工作效率问题。整个数据库依据实际控制前端的采集数据特征，以及对于数据获取的实时需求作为基本出发点进行考虑，来决定数据的存取策略。在此基础上引入动态数据库DLL，其作为Win系统中的特殊程序单元，以调用者的任务作为主要驱动。与静态连接库相比，动态连接库仅将动态连接库在内存中的DLL装入一次，因此在多任务环境中，对于DLL的重复调用能够有效节约内容，对于整个程序执行效率的提升有着毋庸置疑的积极价值。此外，实时数据库接口由API函数组成，借以支持输入输出驱动程序以及不同应用直接实现对于实时数据库的访问，从而保持该系统具有良好的开放性，并且支持二次开发。