WCF技术在炼钢转炉二级过程控制系统的应用

2021-04-23胡桃英

冶金动力 2021年2期

胡桃英

（飞马智科信息技术股份有限公司，安徽马鞍山 243000）

引言

随着转炉检测技术的发展，生产现场一级冶炼信号越来越密集，对转炉冶炼过程信息的获取、传输与显示能力要求越来越强，传统的通信机制已经无法满足现有的自动化技术[1]。因此，选择合适的数据通讯方式尤为重要。针对系统数据传输的规模性、实时性以及通讯的可靠性、安全性，采用了WCF技术作为炼钢转炉二级控制系统的通信方式，并验证了其可行性。

1 WCF技术简介

WCF(Windows Communication Foundation) 是由微软开发的一系列应用程序之间进行数据通信的通用基础结构，是开发和部署在Windows环境中运行服务的开发工具和环境[2]。本系统是基于Win7操作系统，开发平台是Visual Studio2010。

WCF技术允许创建服务，可以跨进程、计算机和网络从其他应用程序访问这些服务。由服务类（Service Class）、宿主（Host）和终端点（Endpoints）组成。其中Endpoints是WCF核心技术要素，WCF Service由一个Endpoints集合组成，每个Endpoints就是用于通信的入口，客户端和服务器端通过Endpoints交换信息[3]。即通过配置和绑定，识别出要使用的服务和终端点，知道要使用的绑定和依从的协议后，就可以与WCF服务进行通信。

2 炼钢转炉二级控制系统

炼钢转炉二级控制系统根据一级冶炼信号自动生成炉次号，实时显示冶炼过程，包括：铁水，废钢加入量，枪位，氧流量，氧总量，底吹氩流量，各种散装料的添加量，测温和化验结果，模型计算的温度和成分曲线等；显示炉次处理的所有过程步骤以及时间；显示冶炼历史数据等。与多个模型系统进行通信，为模型提供必要的实时和历史数据，并接受模型计算结果。

3 WCF技术在炼钢转炉二级控制系统中的应用优势

炼钢转炉二级控制系统数据采集来自于多个不同系统，从基础自动化（一级冶炼）系统获取生产事件（如开吹、测温取样、出钢等），处理的过程信息（如枪位，氧流量，底吹氩流量等），物料消耗量（比如各类散装量和氧总量），能源介质消耗等；从MES(三级生产计划)系统获取生产计划内容等；从行车系统获取铁水包的包号（相应的获取了铁水来源、成分和温度），兑入量，兑铁时间，废钢的编号，出钢量和钢包号；从脱硫系统获取可用铁水的包号，来源，铁水成分，温度等；从检化验系统获取炉前快速化验结果和出钢成分等。系统将采集的数据存储于数据库，终端画面访问数据库，并实时显示冶炼过程和历史冶炼数据，实现生产现场数据采集与跟踪功能。庞大的数据量势必造成数据库访问和画面功能荷载过大，频繁的画面操作和数据库访问很可能导致系统崩溃。为了保证系统的实时性、稳定性、安全性和可靠性，放弃了传统的通信机制，采用了跨平台的分布式通信方式——WCF技术。WCF技术为我们提供了事件驱动机制，当数据发生变化时，通过订阅事件，消息通知客户端去访问数据库、刷新画面功能。

在数据量规模较小的情况下，一般通过设置定时器，每隔若干秒定时器触发访问数据库，根据获取的数据刷新画面功能。该技术最大的优点是实现起来非常方便，编程容易。但是本系统数据量庞大，无法保证系统的实时性和稳定性。并且有些数据，如：检化验数据，它的更新周期较长，一般为3～4 h。若每隔若干秒访问数据库，刷新界面，会无端加大数据库的访问荷载。

当然，针对本系统出现的问题，我们通常采用的技术是DCOM。DCOM也是微软创建的一种分布式通信机制，支持不同的两台计算机的组件间通信，也是采取服务器和客户端通信接口访问的方式。但是该技术早在2011年，微软停止了对其进行技术支持。

4 WCF技术在炼钢转炉二级控制系统应用中的设计与实现

4.1 WCF的创建与部署

以开发环境VS2010为例，在新建项目中选择“WCF”|“WCF服务库”，会自动生成一个WCF服务程序，客户端通过“添加引用”的方式实现服务的调用。

4.1.1 创建服务端

通过在接口上应用ServiceContractAttribute特性将一个接口定义为服务契约。定义服务契约主要是以接口的方法来实现，通过抽象接口和实现服务进行分离。以下是测试程序，修改接口文件名为MyIWcfService.cs，服务接口名为MyWcfService.cs。的接口代码：

当定义好了接口之后，便可以在服务页面实现具体的接口功能。代码如下：

WCF需要在宿主程序中寄宿，没有办法单独存在。宿主程序是为消息请求监听、消息处理、服务激活等操作提供一个运行环境。本系统WCF服务寄宿方式通过Windows服务部署。在部署服务之前需要配置相关参数，即修改配置文件app.config。右击app.config文件，选择“编辑WCF配置”。主要配置三个要数：地址、绑定和契约。配置好参数即可以部署服务。

4.1.2 创建客户端调用WCF服务

编写好客户端程序之后，就可以调用WCF服务。本系统WCF服务只有一个，可以通过“添加服务引用”的方式调用。调用地址：“net.tcp:// localhost:9988/WcfService/mex ”。如果服务部署在不同的计算机上，将“localhost:9988”替换成对应机器的IP地址即可。

4.2 系统功能实现

4.2.1 系统功能介绍

各系统的数据接口（如一级冶炼系统、三级MES系统、行车系统、检化验系统等）采集现场数据。当数据发生变化时，接口将数据存储于数据库服务器，同时将变化以消息的方式在WCF服务创建一个消息体。客户端根据需要不同系统的数据，向WCF服务订阅不同的事件，WCF服务返回对应的消息，即通知客户端对应系统数据是否发生变化，如果有变化，客户端再去访问数据库，获取最新的数据。本系统的主要结构如下图1所示。

图1 系统结构

4.2.2 监控WCF服务

由于本系统应用在传统钢铁厂炼钢区域，现场环境非常恶劣。为了进一步提高系统的稳定性和实时性，防止出现网络掉线等异常通信中断等情况。本系统开发了监控WCF服务机制，利用心跳技术有效避免长时间通信中断，导致事件订阅失败现象。监控程序中，设置定时器，每隔10秒扫描WCF服务的客户端数量，扫描发现某个订阅没有收到，心跳计数加1。若心跳计数超过一定值，很有可能出现通信中断事件，此时监听程序通知WCF重新启动订阅事件，若回调成功，心跳计数重设置为0。