【摘要】：針對Web Scada系統中如何更好地適應用戶(hù)規模變化的問(wèn)題，分析現有實(shí)現方式對建立可伸縮系統的限制，提出了基于WCF技術(shù)建立可伸縮的Web Scada系統的解決方案。系統核心是采用面向服務(wù)的SOA架構，推送或抓取不同規模用戶(hù)的數據采集終端的各種數據，對外公布數據訪(fǎng)問(wèn)和推送接口。實(shí)現了Web客戶(hù)端響應推送服務(wù)或查詢(xún)采集數據，呈現到監控頁(yè)面中。
【關(guān)鍵詞】：Web Scada 系統；可伸縮；監控頁(yè)面；面向服務(wù)；WCF基于Web的Scada系統不僅提高了Scada系統的適應范圍，提高了系統的可靠性，也使Scada系統的管理和維護變得更加簡(jiǎn)單方便，已經(jīng)成為國內Scada系統事實(shí)上的標準。從Windows平臺的基于DCOM、ActiveX技術(shù)的同構平臺，到CGI/PHP，再到SOAP、SOA的異構平臺，它涉及了Web數據發(fā)布技術(shù)、實(shí)時(shí)圖形的生成和處理、客戶(hù)端圖形實(shí)時(shí)刷新技術(shù)、遙控操作圖像熱點(diǎn)處理技術(shù)、系統管理和安全技術(shù)等方面[2]。由于Scada系統的特點(diǎn)決定了它必須處理數量變化的遠程通訊裝置的數據采集。由于當前數據采集技術(shù)的限制，數據的采集源點(diǎn)可能千差萬(wàn)別，給Web數據發(fā)布帶來(lái)了可伸縮的要求?？梢赃@樣說(shuō)，能否具有可伸縮性能是決定Web Scada系統能夠進(jìn)入大規模工程實(shí)際應用的基礎。其他的多項技術(shù)都須建立在它的基礎之上才會(huì )有實(shí)際意義。
Web Scada系統的分層設計如下[3]：
由監控邏輯層處理復雜多變的通訊層變動(dòng)，為界面層提供一個(gè)穩定的數據來(lái)源是建立可伸縮Web Scada系統的關(guān)鍵。
本文擬以一個(gè)實(shí)際的Web Scada系統的開(kāi)發(fā)為背景，利用.Net Framework 4.0、VS2010以及IIS、HTML技術(shù)建立一個(gè)可伸縮的Web Scada 系統，其核心是建立介于通訊層和界面層之間的監控邏輯層。通過(guò)該層實(shí)現與通訊層的可伸縮連接和與Web界面層之間的穩定連接。
一、現有Web Scada系統模式
現有的Web Scada 系統主要為了實(shí)現采集的數據信息的Web展現，他們都以在Web 頁(yè)面中實(shí)施展現通訊層的數據采集內容為主要功能。由于面對的用戶(hù)規模不同，出現了比較多的Web Scada 系統，但它們基本都屬于以下兩類(lèi)：
1、 分布式Web Scada 系統（下稱(chēng)分布式系統）
系統有多個(gè)服務(wù)器分別處理不同間隔內的遠程裝置（RTU）數據采集。形成分布式的網(wǎng)絡(luò )數據庫，用戶(hù)根據需要連接到不同的服務(wù)器對其連接的遠程裝置進(jìn)行監控。在此結構中，服務(wù)中內含Web Server。它可以根據用戶(hù)規模的不同，增添更多的服務(wù)器來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的擴展要求。如下圖2。
2、 集中式Web Scada系統（下稱(chēng)集中式系統）
系統只有一個(gè)服務(wù)器分別處理間隔內的遠程裝置（RTU）數據采集。形成集中的網(wǎng)絡(luò )數據庫，用戶(hù)可以對其連接的遠程裝置進(jìn)行監控。在此結構中，服務(wù)中內含Web Server。它可以根據用戶(hù)規模的不同，增添更多遠程裝置和采用更好的服務(wù)器來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的擴展要求。如上圖3。
二、 可伸縮Web Scada 系統模式
上述的兩種系統模式在解決實(shí)際的問(wèn)題時(shí)，存在著(zhù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
分布式系統的優(yōu)點(diǎn)是擴展服務(wù)器的數量可以適應更大規模的用戶(hù)需求，它適應用戶(hù)規模較大的情況，缺點(diǎn)是：如果采用客戶(hù)端查詢(xún)方式（client pull）[2]沒(méi)有更新的數據時(shí)也需要定時(shí)查詢(xún)，網(wǎng)絡(luò )流量大；如果采用服務(wù)端推送（server push）[2]，則由于需要保持連接通道，使得客戶(hù)端的數量受到限制。同時(shí)，如果要同時(shí)監控多個(gè)服務(wù)器的數據則需要服務(wù)器之間要建立相應的聯(lián)系，會(huì )破壞服務(wù)器之間的獨立性，極大地增加其擴展的代價(jià)。
集中式系統顯然沒(méi)有分布式系統的這些缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是：結構簡(jiǎn)單，數據統一管理，網(wǎng)頁(yè)設計簡(jiǎn)單穩定，頁(yè)面刷新延遲小。但它的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的：擴展受限，要增加遠程裝置的數據，只能提升服務(wù)器的性能。它只適應用戶(hù)規模較小的情況。
在我們開(kāi)發(fā)Web Scada系統的時(shí)，我們提出了以下目標：
穩定的界面層
靈活地適用于不同的用戶(hù)規模
因為我們的用戶(hù)分布于各個(gè)行業(yè)，自動(dòng)化水平相差很大，我們提出這樣的目標是要實(shí)現開(kāi)發(fā)和維護成本的最低化。該系統的結構如下圖4：
比較它和分布式系統結構，我們可以看到，Web Server不再內含。它增加了發(fā)布網(wǎng)頁(yè)的Web Server、進(jìn)行數據管理的數據服務(wù)器、進(jìn)行文件管理的文件傳送服務(wù)器等等（我們的實(shí)際系統中，還包含事件管理服務(wù)器、口令管理服務(wù)器、數據轉發(fā)服務(wù)器等等）。因為它是按照需要的功能進(jìn)行配置的，所以它是可伸縮的。比如增加事件短信報警功能，接在網(wǎng)絡(luò )上加掛一個(gè)短信報警服務(wù)器。
在用戶(hù)規模的可伸縮上，Web Scada Server、數據服務(wù)器（歷史數據、實(shí)時(shí)數據）、文件傳送服務(wù)器、事件管理服務(wù)器、口令管理服務(wù)器、數據轉發(fā)服務(wù)器等服務(wù)器都是可配置的，而且是自動(dòng)加載的，可以實(shí)現在線(xiàn)切換。
在具體實(shí)現方式上，每個(gè)服務(wù)器均公布WCF接口，按照SOA架構進(jìn)行開(kāi)發(fā)，每個(gè)服務(wù)均是可配置（綁定、終結點(diǎn)）的，便于在復雜的網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行靈活的部署。此外，數據轉發(fā)服務(wù)器可以增加、修改、刪除轉發(fā)實(shí)例，為實(shí)現用戶(hù)規模的可伸縮奠定了基礎。部署結構如圖5
三、關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現
1、 靈活的數據轉發(fā)
我們知道，用戶(hù)規模不同，遠程通訊裝置的數量就不同，要為界面層建立一個(gè)穩定的數據來(lái)源，我們需要建立一個(gè)處理系統所有同類(lèi)數據的服務(wù)器，然后把相關(guān)的數據都交到該服務(wù)器中進(jìn)行處理，讓它進(jìn)行Web數據發(fā)布。以歷史數據處理為例，其軟件結構如下圖6：
這樣，針對多個(gè)通訊服務(wù)器（對應不同的用戶(hù)規模），我們在系統中配置對應數量的歷史數據轉發(fā)器，就可以適應用戶(hù)的遠程通訊裝置數量的擴展變化。歷史數據轉發(fā)器運行的實(shí)例數量根據配置文件自動(dòng)生成，不僅如此，還必須在服務(wù)器系統啟動(dòng)后自動(dòng)載入，且在運行過(guò)程中受到監控。?
2、 數據服務(wù)端推送
如圖1，監控邏輯層向界面層發(fā)布數據是實(shí)現界面層向用戶(hù)呈現采集數據的基礎，由于我們采用的是SOA架構，模塊連接采用WCF接口，所以我們可以很方便地采用建立雙向通道的方式實(shí)現服務(wù)端數據推送[1]。
如圖7，實(shí)時(shí)數據轉發(fā)器在從通訊服務(wù)器取得實(shí)時(shí)數據后將實(shí)時(shí)數據存入實(shí)時(shí)數據存取服務(wù)器，實(shí)時(shí)數據存取服務(wù)器發(fā)現數據有變化便使用實(shí)時(shí)監控畫(huà)面事先與實(shí)時(shí)數據存取服務(wù)器建立好的回調通道，向實(shí)時(shí)監控畫(huà)面推送實(shí)時(shí)數據。在WCF技術(shù)中，一般采用TCP通道，因為它是面向連接的，而Http通道是無(wú)狀態(tài)的，不適合做雙向通道，當然，Http也有雙向的Http，但是由于它要指定回調的知名端口而使得回調會(huì )受到一些限制[4]。
四、結束語(yǔ)
采用面向服務(wù)的系統結構式我們可以結合Web Scada系統分布式和集中式模式的優(yōu)點(diǎn)形成可伸縮Web Scada系統，該系統由簡(jiǎn)潔的數據通訊服務(wù)器、數據管理服務(wù)器、文件傳送服務(wù)器、口令管理服務(wù)器等組成。它綜合了集中式系統和分布式系統的優(yōu)點(diǎn)。由于通訊服務(wù)器負責與遠程裝置的數據通訊，靈活地部署和配置通訊服務(wù)器可以適應不同規模的用戶(hù)需求，靈活地部署各個(gè)功能服務(wù)器可以適應用戶(hù)的不同功能要求，以此形成可伸縮Web Scada系統。今后，還將開(kāi)發(fā)多級熱備份功能，故障錄播分析服務(wù)器、潮流分析服務(wù)器、諧波分析服務(wù)器、數據預處理系統等行業(yè)系統的專(zhuān)用功能服務(wù)器。
二、 文獻
[1] 秦友倫、孟文、易東，Sliverlight在Web Scada中的應用，工業(yè)控制計算機，2011,24（9）：31-31
[2] 蔣士林，基于Web的SCADA系統，科技廣場(chǎng)，2006,1：32-33
[3] 沈正、陳鍾，基于WCF和SOA的電力SCADA系統研究與開(kāi)發(fā)，中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，No.13：17-18
[4] Juval Lowy，WCF服務(wù)編程（張逸、徐寧譯），機械工業(yè)出版社，2009
[5] 蔣金楠，WCF技術(shù)剖析（卷1），電子工業(yè)出版社,2008
作者簡(jiǎn)介：
曾明昌?。?966- ） 男 四川省德陽(yáng)人 本科生 研究方向：WCF應用、SOA、網(wǎng)絡(luò )數據管理
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