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計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析員論文-工業(yè)控制的常規(guī)應(yīng)用
論實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)與企業(yè)信息系統(tǒng)的集成——論文3：工業(yè)控制的常規(guī)應(yīng)用【摘要】
本文通過“工控組態(tài)軟件”項(xiàng)目的開發(fā)，著重討論實(shí)時(shí)系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的集成。近年來，國內(nèi)外的組態(tài)軟件取得了很大的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)。組態(tài)軟件以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫作為核心技術(shù)，綜合了工控、網(wǎng)絡(luò)、圖形處理與數(shù)據(jù)庫訪問接口等技術(shù)，是技術(shù)含量較高的一類軟件產(chǎn)品，具有良好的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力，因此，有多家信息技術(shù)公司都在開發(fā)工業(yè)組態(tài)軟件。
我有幸參與了該項(xiàng)目，在該項(xiàng)目中擔(dān)當(dāng)了分析與設(shè)計(jì)的部分任務(wù)，該軟件采用Windows 2000操作系統(tǒng)，主要采用VC6.0進(jìn)行開發(fā)。以下本文將從我所開發(fā)的組態(tài)軟件的特征、軟件的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、可擴(kuò)充性與可維護(hù)性設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目實(shí)施管理等幾方面加以論述。
【正文】
工業(yè)控制組態(tài)軟件在工業(yè)界有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，此類軟件允許用戶在圖形界面下對(duì)控制系統(tǒng)的各種采樣點(diǎn)、過程輸出點(diǎn)、設(shè)備、生產(chǎn)車間、控制回路、文件報(bào)警、生產(chǎn)報(bào)表、控制策略、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和生產(chǎn)工藝畫面進(jìn)行定義與組態(tài)。使用該類軟件時(shí)，用戶甚至可以不寫一行程序就能夠構(gòu)成自己的控制系統(tǒng)，有些功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件還可提供與網(wǎng)絡(luò)、Internet、數(shù)據(jù)庫訪問接口等的連接功能，使現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)能相對(duì)方便地和企業(yè)的信息管理系統(tǒng)加以集成，某信息技術(shù)公司決定開發(fā)新的具有一定通用性的工業(yè)組態(tài)軟件，作為技術(shù)骨干，我在該項(xiàng)目中擔(dān)當(dāng)了分析與設(shè)計(jì)的部分任務(wù)，該軟件采用了Windows 2000操作系統(tǒng)，主要采用VC6.0進(jìn)行開發(fā)。
本文將從我們所開發(fā)的組態(tài)軟件的基本特征、軟件的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、可擴(kuò)充性與可維護(hù)性設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目實(shí)施管理等幾方面加以論述。
l. 我所從事開發(fā)的組態(tài)軟件的基本特征
通過分析國內(nèi)外的組態(tài)軟件的特點(diǎn)和當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展情況，我認(rèn)為我們著手開發(fā)的組態(tài)軟件應(yīng)當(dāng)突出下述三個(gè)特征：
（1）“實(shí)時(shí)與可靠”是此類軟件賴以生存的應(yīng)用前提，但是目前還是有很多的組態(tài)軟件做不到這一點(diǎn)。
（2）具備良好的網(wǎng)絡(luò)連網(wǎng)能力與分布功能。
（3）有效地采用ODBC（開放的數(shù)據(jù)庫連接），便于和其他信息系統(tǒng)集成。
這個(gè)項(xiàng)目在技術(shù)上，應(yīng)著重于組態(tài)軟件的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)上需求分析則應(yīng)著重分析國內(nèi)外同類軟件的功能，通過比較與鑒別，才能產(chǎn)生真正優(yōu)秀的軟件。
2. 組態(tài)軟件的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
本軟件采用的是三層體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)要具有開放性和良好的可擴(kuò)充性。
（1）軟件的底層是硬件訪問控制層。這一層所采用的是前幾年才推出來的OPC（OLE for Process Control）技術(shù)，采用該技術(shù)的好處是OPC是微軟參與制定的標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)，有眾多的硬件廠商支持，所采用的OLE技術(shù)使軟件具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展能力。
（2）中間層是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。該層是整個(gè)系統(tǒng)的核心，在設(shè)計(jì)上除了具有一般實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫具有的特性之外，應(yīng)當(dāng)為應(yīng)用層提供了兩類接口：一是應(yīng)用編程接口API（比如以DLL的方式實(shí)現(xiàn)），二是ODBC接口，該接口使系統(tǒng)具有很好的開放性，便于系統(tǒng)集成。
（3）上層是應(yīng)用程序?qū)印Ｔ谠搶油ㄟ^ODBC接口訪問實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，可以通過SQL語句查詢數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。
3、本項(xiàng)目涉及到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)時(shí)，我們著重考慮了以下的四個(gè)方面：
（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本功能：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的采集、輸出、報(bào)警文件等的管理，也進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的管理。
（2）實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)：由于本系統(tǒng)所采用的操作系統(tǒng)是Windows 2000．它的實(shí)時(shí)性較差，因此要求任務(wù)管理定時(shí)器必須具有良好的實(shí)時(shí)性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用了搶占式服務(wù)的高精度定時(shí)器，在一定程度上保證了系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性。
（3）任務(wù)調(diào)度：其目標(biāo)主要是使系統(tǒng)在各時(shí)間段達(dá)到較理想的負(fù)荷任務(wù)的均衡性。
（4）ODBC接口設(shè)計(jì)：即開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)ODBC功能，使之完全遵守SQL約定，這樣能允許應(yīng)用程序的開發(fā)手段和開發(fā)工具多樣化，允許可以采用VC、VB或Delphi等作為開發(fā)語言，也使數(shù)據(jù)庫具有很好的開放性。但SQL語句不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)生時(shí)間方面的選擇，影響了實(shí)時(shí)性，因此，系統(tǒng)自動(dòng)給每個(gè)數(shù)據(jù)庫加上時(shí)戳，SQL可以通過時(shí)戳進(jìn)行時(shí)間控制來選擇（讀取）數(shù)據(jù)，從而滿足了實(shí)時(shí)性方面的基本要求。
4. 本系統(tǒng)的可擴(kuò)充性與可維護(hù)性設(shè)計(jì)
組態(tài)軟件綜合了多種技術(shù)，其體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，再加上我們又希望能適應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景有著復(fù)雜多變性，因此要求系統(tǒng)必須具有良好的可擴(kuò)展性與對(duì)維護(hù)性，以滿足功能與性能上不斷變化的要求。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)上，我們大量地采用組件技術(shù)，如OPC，COM/DCOM與3D圖形控件等，組件技術(shù)的采用使系統(tǒng)具有了良好的可擴(kuò)展性與可維護(hù)性，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。而且也使我們較方便地獲得第三方支持，例如，請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的圖形處理專家編寫圖形處理控件，就能加快軟件開發(fā)的進(jìn)度。
5. 本項(xiàng)目中軟件項(xiàng)目實(shí)施和管理
組態(tài)軟件的需求在當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域中是較成熟的，基本能滿足一般用戶的功能上需求，通過比較多家組態(tài)軟件，可以發(fā)現(xiàn)：在它們之間有80％的功能是相同的或雷同的，由于我們項(xiàng)目開發(fā)的起步較晚，在自控領(lǐng)域里，我們處于劣勢(shì)，因此我們提出了“重技術(shù)分析，輕需求分析”的思路，即把重點(diǎn)放在組件設(shè)計(jì)與體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)上。
在人員的配備上則根據(jù)組態(tài)軟件的技術(shù)組成特點(diǎn)，組織一批在自控、網(wǎng)絡(luò)、組件、實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件上各有所長的VC高手組成一支精干高效的隊(duì)伍。
在開發(fā)進(jìn)度上則反復(fù)強(qiáng)調(diào)“質(zhì)量第一，進(jìn)度第二”的原則。
在我們的項(xiàng)目實(shí)施中，可靠性作為設(shè)計(jì)的首要原則，要求項(xiàng)目組成員養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，每天必須完成認(rèn)真的工作日志，每周要寫工作總結(jié)，完成一段程序代碼之后，即應(yīng)自己先進(jìn)行從里到外的測(cè)試，只有從基礎(chǔ)抓起，才能保證組態(tài)軟件的質(zhì)量。
通過本項(xiàng)目的開發(fā)成功，我深切地體會(huì)到要使組態(tài)軟件在企業(yè)實(shí)時(shí)控制與信息系統(tǒng)集成中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，必須注意以下各點(diǎn)：先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)；支持ODBC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能；功能日益強(qiáng)大的腳本語言等。我期待著本人通過在這個(gè)領(lǐng)域中的辛勤耕耘，將會(huì)結(jié)出更多更豐碩的IT成果。
評(píng)注：
本文抓住了企業(yè)實(shí)時(shí)控制與信息系統(tǒng)集成中的一類關(guān)鍵軟件——組態(tài)軟件項(xiàng)目的開發(fā)，進(jìn)行了較有條理的討論，思路很清晰。
由于項(xiàng)目在一定程度上的“通用性”，未能結(jié)合具體的應(yīng)用背景論述；但本文的一個(gè)缺點(diǎn)是未能給出開發(fā)與應(yīng)用的實(shí)際效果例子，也未能對(duì)開發(fā)中遇到的困難與問題展開深入的探討。（本文主要參考了廣東王啟飄等人的論文）
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