【文章內(nèi)容簡介】 邏輯和事務(wù)處理邏輯部分均被放在客戶端，數(shù)據(jù)處理邏輯和數(shù)據(jù)庫放在服務(wù)器端，從而使客戶端變得很“胖”，成為胖客戶機，而服務(wù)器端的任務(wù)則相對較輕，成為瘦服務(wù)器。②多層C/S模式隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展，出現(xiàn)了多層C/S模式，其結(jié)構(gòu)如圖22所示。圖22 多層C/S體系結(jié)構(gòu)多層C/S模式三個部分：表示層(客戶層)、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)服務(wù)層。與兩層C/S模式不同的是，多層C/S模式把業(yè)務(wù)邏輯單獨提取出來，構(gòu)成了中間層，從而形成真正的分布式應(yīng)用系統(tǒng)。三層結(jié)構(gòu)的客戶層只須關(guān)注獨立于事務(wù)邏輯的與用戶交互的界面，而具體事務(wù)邏輯的處理由業(yè)務(wù)邏輯層(應(yīng)用服務(wù)器)進行封裝，它將原先的置于客戶層的業(yè)務(wù)邏輯為所有客戶共享。數(shù)據(jù)服務(wù)層不再和每個活動客戶保持一個連接，而是若干客戶通過相應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯共享數(shù)據(jù)服務(wù)，從而減少了連接次數(shù)，提高了數(shù)據(jù)服務(wù)器的性能和安全性。三層模式大大減輕了客戶機的壓力，這種結(jié)構(gòu)被稱之為“瘦客戶機模式。這種結(jié)構(gòu)中,只需隨機地增加中間層的服務(wù)(應(yīng)用服務(wù)器)，即可滿足擴充系統(tǒng)的需要。三層C/S模式相對基本C/S模式具有可維護性好、系統(tǒng)資源優(yōu)化、降低數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負荷、系統(tǒng)的反應(yīng)速度快等優(yōu)點。但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，客戶機服務(wù)器結(jié)構(gòu)暴露出一些問題。由于客戶機服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，客戶端同時承擔了表達邏輯和業(yè)務(wù)邏輯兩部分功能，二者之間界限不明顯，無論在功能劃分上還是在具體程序表現(xiàn)上，兩個層面往往交織在一起。因而客戶端需要安裝大量的軟件，機器需要較高的配置，客戶端維護頻繁，系統(tǒng)的魯棒性下降，用戶也需要進行專門的培訓才能操作。這樣，運行成本一直呈上升趨勢，從某種程度上限制了其應(yīng)用范圍。這種“瘦服務(wù)器非客戶機”的模式，隨著信息管理的復雜化、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的高度化發(fā)展，其逐漸顯示出它的局限性，具體表現(xiàn)在如下幾個方面。首先，系統(tǒng)硬件資源的浪費。隨著軟件復雜程度的增加和客戶端規(guī)模的擴大，為了保證每個客戶機都能運行全部的軟件功能，不得不對所有客戶機都進行硬件升級。其次，缺乏靈活性、部署困難?？蛻舴?wù)器需要對每一應(yīng)用獨立地開發(fā)應(yīng)用程序，消耗了大量的資源，而且在向Internet擴充的過程中，由于信息量的迅速增大，專用的客戶端已經(jīng)無法滿足多功能的需求。另外客戶端的操作系統(tǒng)是不同的，與此對應(yīng)的客戶端程序也是不同的。但是，為每一個操作系統(tǒng)設(shè)計一個客戶端的程序是不現(xiàn)實的。而要求客戶放棄已有的操作系統(tǒng)來購買新的操作系統(tǒng)會使客戶付出很大的代價。再次，客戶端和服務(wù)器的直接連接，服務(wù)器將消耗部分系統(tǒng)資源用于處理與客戶端的連接工作。每當同時存在大量客戶端數(shù)據(jù)請求時，服務(wù)器有限的系統(tǒng)資源將被用于頻繁應(yīng)對與客戶端之間的連接。從而無法及時響應(yīng)數(shù)據(jù)請求。客戶端數(shù)據(jù)請求堆積的直接后果將導致系統(tǒng)整體的運行失敗。最后，更突出的弱點在于管理、維護費用高、難度大。(3)瀏覽器／服務(wù)器(Browse/Server)模式①三層B/S結(jié)構(gòu)B/S結(jié)構(gòu)就是采用三層結(jié)構(gòu)即Browse/web Server/Data Base Server，組成的瀏覽器、web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器計算模式，是典型的三層C/S結(jié)構(gòu)在web上應(yīng)用的特例。三層B/S體系結(jié)構(gòu)如圖23所示。圖23 B/S體系結(jié)構(gòu)三層B/S模式增加了較厚的中間件，形成“瘦客戶機胖中間層瘦服務(wù)器”的計算模式，這種模式比較適合于Internet/Intranet的數(shù)據(jù)庫發(fā)布信息系統(tǒng)。三層B/S模式中，客戶端運行瀏覽器軟件，瀏覽器以HTTP(Hypertext Transfer Protocol)形式向web服務(wù)器提出請求；web服務(wù)器接受客戶端請求后，將需要訪問數(shù)據(jù)庫的請求轉(zhuǎn)化為SQL語言，并交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器得到請求后，驗證其合法性，并進行數(shù)據(jù)處理，然后將處理后的結(jié)果返回給web服務(wù)器；web服務(wù) 器再一次將得到的所有結(jié)果進行轉(zhuǎn)化加入一些必要的信息，變成HTML文檔形式，轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端瀏覽器以友好的web頁面形式顯示出來。B/S結(jié)構(gòu)提供了一個跨平臺的簡單一致的應(yīng)用環(huán)境，與傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)相比，實現(xiàn)了開發(fā)環(huán)境與應(yīng)用環(huán)境的分離，使開發(fā)環(huán)境獨立于用戶的應(yīng)用環(huán)境。②多層B/S結(jié)構(gòu)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步成熟，出現(xiàn)了多層B/S模式，如圖24所示。圖24 多層B/S模式多層B/S模式客戶端采用統(tǒng)一的瀏覽器界面，可以根據(jù)需求在web服務(wù)器方設(shè)計不同的頁面，通過在遠程下載所需的網(wǎng)頁，滿足不同的需要；瀏覽器中運行的應(yīng)用程序和應(yīng)用服務(wù)器之間只傳送請求信息和響應(yīng)信息，網(wǎng)絡(luò)傳送的信息量?。煌ㄟ^修改服務(wù)器端的應(yīng)用邏輯即可滿足新的應(yīng)用需求，提高了系統(tǒng)的可維護性；多層結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)具有連接緩沖、負載均衡、安全管理等功能，從而大大提高了web應(yīng)用整體的靈活、安全性和可擴展性。它使紛繁多樣的客戶端軟件得到統(tǒng)一，實現(xiàn)了統(tǒng)一的用戶界面，避免了系統(tǒng)版本升級時對客戶端軟件升級帶來的負擔。相對于客戶端服務(wù)器結(jié)構(gòu)而言，采用瀏覽器服務(wù)器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計是一次深刻的變革，它具有如下突出優(yōu)點：首先，客戶端不再負責數(shù)據(jù)庫的存取和復雜數(shù)據(jù)計算的任務(wù)，只需要其進行顯示，充分發(fā)揮了服務(wù)器的強大作用，這樣就大大降低了對客戶端的要求，降低了投資和使用成本。其次，易于維護、易于升級。維護人員不再為程序的維護工作而奔波，而把主要精力放在功能服務(wù)器上。由于客戶端無需專用的軟件，當企業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進行升級時，只需更新服務(wù)器端的軟件，減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本與工作量。再次，用戶操作使用簡便。瀏覽器服務(wù)器結(jié)構(gòu)的客戶端只是一個提供友好界面的瀏覽器，通過簡單的操作即可實現(xiàn)遠程監(jiān)控，用戶無須培訓便可直接使用，利用推廣。最后，易于實現(xiàn)跨平臺的應(yīng)用，解決了不同系統(tǒng)兼容問題，改善了用戶環(huán)境。 C/S與B/S模式的比較基于B/S和C/S的遠程監(jiān)控系統(tǒng)都是以網(wǎng)絡(luò)作為通信平臺的監(jiān)控系統(tǒng)，以HTTP技術(shù)為基礎(chǔ)，具有簡單、高效等優(yōu)點，已經(jīng)成為信息網(wǎng)絡(luò)最普遍應(yīng)用的信息交互平臺。但是這兩種模式也存在著各自的優(yōu)缺點：(1)在過去的十幾年里，由于硬件技術(shù)的發(fā)展和操作系統(tǒng)能力的加強，網(wǎng)絡(luò)的日漸完善，開放式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的C/S結(jié)構(gòu)成為分布式處理的主流。C/S結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)企業(yè)級的信息共享起到舉足輕重的作用，但隨著企業(yè)規(guī)模的日益擴大，應(yīng)用程序復雜程度的不斷提高，傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)也暴露出許多問題：①系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件變得越來越復雜，這不僅給應(yīng)用軟件實現(xiàn)帶來困難，還給軟件維護造成不便。②隨著用戶需求的改變，Client端應(yīng)用軟件可能需要增加新的功能或修改用戶界面，那么該軟件的應(yīng)用范圍越廣，軟件維護的開銷也就越大。③C/S結(jié)構(gòu)所采用的軟件產(chǎn)品大都缺乏開放的標準，一般不能跨平臺運行。當把C/S結(jié)構(gòu)的軟件應(yīng)用于廣域網(wǎng)時就暴露出更大的不足。(2)B/S模式系統(tǒng)主要是利用了不斷成熟的web瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種Script語言(VB Script、Java Script)和ActiveX技術(shù)，用通用瀏覽器實現(xiàn)原來需要復雜專用軟件才能實現(xiàn)的強大功能，節(jié)約了開發(fā)成本，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)。B/S結(jié)構(gòu)與C/S結(jié)構(gòu)比較具有以下優(yōu)勢：①由于web支持底層的協(xié)議，使web網(wǎng)與目前使用的局域網(wǎng)做到無縫連接，從而解決了并構(gòu)系統(tǒng)間的連接問題。②由于web采用了“瘦客戶端，使系統(tǒng)具有的開放性得到很大的改善，系統(tǒng)對將要訪問系統(tǒng)的用戶數(shù)限制有所放松。③它使紛繁多樣的客戶端軟件得到統(tǒng)一，實現(xiàn)了統(tǒng)一的用戶界面避免了系統(tǒng)版本升級時對客戶端軟件升級帶來的負擔，系統(tǒng)的相對集中性使系統(tǒng)的維護和擴展變得容易。④由于統(tǒng)一的界面風格，操作相對簡單，它不再需要針對不同的客戶端軟件進行培訓，任何被授權(quán)的用戶在任何地點只要通過瀏覽器就可以使用該系統(tǒng)，減少了用戶培訓的需求。目前，許多HMI(Human Machine Interface)軟件除了支持標準Client以外，有的還支持web Client和Terminal Server Client，C/S模式憑借各種工控組態(tài)軟件的支持，具有系統(tǒng)實時性、搭建快速、方便以及信號分析工具豐富等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛采用。B/S結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生標志著人們所熟悉的C/S開發(fā)規(guī)范被引入到web上。基于web的B/S架構(gòu)下其數(shù)據(jù)和應(yīng)用可以通過不同平臺、不同網(wǎng)絡(luò)存取，并具有與平臺無關(guān)、伸縮性大、易用性好、用戶界面統(tǒng)一、易于維護、擴展性好、信息高度共享等優(yōu)點。但是由于工業(yè)控制實時性的要求和異構(gòu)系統(tǒng)多的特點，使用一般的web技術(shù)難以應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)，基于web的B/S模式在工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用也一直只停留在研究階段。近幾年來，隨著對Internet功能要求的提高，涌現(xiàn)了許多擴充Internet功能的新技術(shù)，如ActiveX技術(shù)、ADO(ActiveX Data Objects)技術(shù)、ASP(Active Server Page)技術(shù)、JSP(Java Server Pages)技術(shù)、PHP(PHP：Hypertext Preprocessor)技術(shù)、Java等，這些技術(shù)可以用來方便的實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁的開發(fā)。而在控制領(lǐng)域，也涌現(xiàn)了Socket實時通信技術(shù)、OPC技術(shù)等數(shù)據(jù)交換技術(shù)，這些技術(shù)的出現(xiàn)使得構(gòu)建基于web的B/S結(jié)構(gòu)工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步邁向?qū)嵤╇A段。通過上文的分析與比較，本文將以web技術(shù)為基礎(chǔ)，建立基于多層B/S的工業(yè)遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)框架，并將研究成果應(yīng)用到實際項目中，驗證其可行性及有效性。第3章 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)分析基于web的B/S模式工藝參數(shù)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中需要用到很多技術(shù)，本章就對所用的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。 上位機監(jiān)控組態(tài)分析 組態(tài)軟件概述隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求，工控組態(tài)軟件隨之孕育而生，并且逐漸發(fā)展成為現(xiàn)今工廠的主流監(jiān)控方式。“組態(tài)”的概念來自英文“Configuration”，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，使計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置，達到自動執(zhí)行特定任務(wù)、滿足使用者要求的目的?！敖M態(tài)”是伴隨著計算機軟硬件技術(shù)在控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的。為了使用戶盡量少寫程序，甚至不用寫程序，便可生成自己需求的應(yīng)用系統(tǒng)，需要專業(yè)軟件開發(fā)人員創(chuàng)建良好的開發(fā)環(huán)境，把軟件模塊化、對象化，便于工程人員調(diào)用，從而獲得目標項目的監(jiān)控和控制軟件系統(tǒng)，這種開發(fā)環(huán)境就是“組太軟件”。使用這種應(yīng)用軟件來設(shè)計并生成目標應(yīng)用系統(tǒng)的過程稱為“組態(tài)”。1. 組態(tài)技術(shù)的產(chǎn)生背景隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時，工業(yè)被控對象一旦變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件由于每個控制項目的不同而使其重復使用率很低，導致其價格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時，如果原來的編程人員離去，則源程序的修改更是困難。另外，集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)的出現(xiàn)也加速了組態(tài)技術(shù)的應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)的簡稱。集散控制系統(tǒng)綜合了計算機技術(shù)、通信技術(shù)、圖形顯示技術(shù)(CRT)和過程控制技術(shù)，采用了多層次分級的結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)控制與管理的需要。它繼承和發(fā)展了常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點，同時也彌補了各自的不足。集散控制系統(tǒng)一般分為四級：一級為現(xiàn)場裝置；二級為以微處理器為核心的直接數(shù)字控制裝置DDC或PLC；三級為操作裝置，由微型機(或工控機)和小型控制臺(或控制面板)組成，用于集中管理；四級為管理計算機，裝置為高檔微型機或小型機，進行全部系統(tǒng)的信息處理及監(jiān)視管理。由于DCS可以應(yīng)用到很多的領(lǐng)域中，為了使用戶在不需要編程的情況下就可生成適合自己需求的應(yīng)用系統(tǒng)，每個DCS供應(yīng)商在DCS中都預(yù)裝了系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，其中的應(yīng)用軟件就是組態(tài)軟件。通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件的出現(xiàn)，組態(tài)技術(shù)的應(yīng)用，為解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，提供了一種嶄新的方法，利用組態(tài)技術(shù)，用戶能夠很好地根據(jù)自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。計算機編程從結(jié)構(gòu)化編程到模塊化編程，又到對象化編程，再到今天的“組態(tài)編程”。通過組態(tài)，對各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按照預(yù)先的設(shè)置，自動執(zhí)行特定任務(wù)，滿足用戶的需求。利用專家開發(fā)出的程序模塊，工程人員只需簡單的操作，就可以組建出美觀的監(jiān)控窗口，并配有動畫功能。通過簡單的腳本編程，就可以獲得效果良好、運行穩(wěn)定的控制程序。隨著DCS和控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，使得工業(yè)控制組態(tài)軟件在工業(yè)界有了相當廣泛的應(yīng)用，它允許用戶在圖形界面下對控制系統(tǒng)的各采樣點、過程輸出點、設(shè)備、生產(chǎn)車間、控制回路、文件報警、生產(chǎn)報表、控制策略、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和生產(chǎn)工藝畫面進行定義與組態(tài)。使用組態(tài)軟件，用戶只需少量編程就可以構(gòu)成自己的控制系統(tǒng)，有的組態(tài)軟件還提供與網(wǎng)絡(luò)、Internet、數(shù)據(jù)庫訪問接口等的連接功能，使現(xiàn)場控制系統(tǒng)能夠方便地和企業(yè)管理系統(tǒng)加以集成。2. 組態(tài)軟件編程的原理利用組態(tài)軟件進行項目開發(fā)，一般步驟如下：（1） 啟動組態(tài)開發(fā)環(huán)境，建立一個項目。新建項目類型可分為：單用戶項目、多用戶項目、客戶機項目。（2） 選擇安裝通訊驅(qū)動程序。若要使開發(fā)的項目可以訪問自動化系統(tǒng)(PLC)的過程值，就要在組態(tài)軟件與自動化系統(tǒng)間組態(tài)一個通訊連接，通訊由通道驅(qū)動程序來控制。首先，選擇一個驅(qū)動程序，如：SIMATIC S7 Protocol ；然后建立邏輯連接，它表示與單個的、已定義的自動化系統(tǒng)的接口。（3） 定義變量。變量分為過程變量和內(nèi)部變量兩種。由外部過程為其提供變量值的變量，稱為外部變量，每一個外部變量都屬于特定的過程驅(qū)動程序和通道單元，也屬于一個通道連接，外部變量在驅(qū)動程序目錄結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建；過程沒有為其提供變量值的變量稱為內(nèi)部變量，內(nèi)部變量沒有對應(yīng)的過程驅(qū)動程序和通道單元，因此也不需要建立通道連接，內(nèi)部變量在“內(nèi)部變量”日