中间件技术在大型分布式scada系统中的应用

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1、中间件技术在大型分布式SCADA系统中的应用作为一个从事自动化系统软件研发工作的工程师，我在2003年整整一年投入了大量的精力学习和研究巾间件技木在自动化系统中的应用现状和前景，并在自己参与的一个大型SCADA工程项目的软件设计屮进行了极用设计，实际运行效果&好。屮阅件技术作为解决分布式异构环境下网络通讯的组件技术，将传统的DCS、SCADA等自动化系统的C/S体系结构扩展为客户机一屮問件一服务器体系模式，更有利于提高系统的扩展能力、稳定性和开放性，使得系统具柯较长的生命周期。工业自动化系统具有一般电了•政务等rr系

2、统所没有的特殊性，非常注重实时性、可靠性，这使得在A动化系统研发屮引入一般软件开发的最新技术如CORBA、DCOM等组件技水时其有一定的技水风险，需要经过长期的风险评估和可行性调研，并在实际应川中探索最佳的应川模式。通过《中间件技术在大型SCADA系统中的应用》一文，希望能够与业内人员一起来探讨屮問件技术能否用于自动化系统、以及它在&动化系统屮处于何种地位，起到抛砖引玉的作用。1引言网络技术的出现，使计算机的应用范围更为广阔，许多应用需要在网络环境卜的异构T台上实现。在分布式异构环境屮，存在多种操作平台、多种网络协议

3、及网络体系结构，屮叫件技术就是为了解决分布界构问题而提lli的。屮间件将网络上传统的客户机/服务器体系结构扩展为三层的体系结构模式，即客广机一中间件一服务器体系模式。中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不管底层的计算机硬件、系统软件或服务软件怎样更新换代，只要将屮叫件升级更新，卯保持屮问‘对外的接u定义不变，成用软件几乎不需任何修改，从而保护了企业在应用软件开发和维护中的重人投资。本文以北京城市轻轨铁路综合自动化系统工程为依托，在自主开发的一个高性能、高可靠性的大型实吋分布式综合监控系统中采用中间件

4、技术，使将系统软件架构灵活，可扩展性强，同时满足了工业监控软件的实时性和可靠性两人要求。1.1实现中间件的必要性分布式SCADA系统数裾分介在多级服务器上。中央服务器处理秉要的和带有统计性质的数裾，并提供全局实吋数据服务、重要参数的历史数据服务和全局报警服务；各子服务器集屮处理木了•系统的数裾，并提供木子系统的全部实时数裾、事件信息和全历史库访问服务;I/O通信控制器处理木采集站的实时数据。多重数裾源的存在以及系统网络架构的特点，了•系统监视站和中央监控站的功能差异,系统异构的操作〒台，都增加了上层HM1软件处理的复

5、杂性。鉴于此，系统在HM1软件和服务任务之间引入了中间件。中间件为上层HMI应用屏蔽了异构平台的差异，基于中间件开发的应用M•有R好的可扩充性、易管理性、高可用性和可移桢性。1.2中间件在系统中的位置系统数据访问屮间件采用分布式;、V:用技术，位于服务任务和HMI任务之I'uj,通过提供给上层HMI任务一组统一的接U,透明地给庾用任务提供对系统各级数裾方便、统一的访问。中间件所处的位置如图1所示。1.3中间件的作用系统中数据访问中间件的主要作用在于：1）屏蔽数据来源：中间件通过给上层HMI应用提供统一的数据访问接口屏

6、蔽了数据的多重来源（服务任务或I/O采集站），实现了成用任务对数据访14的透明性。2）屏蔽网络细节：为增加系统的可靠性和实时响灰速度，SCADA系统多采用双网冗余结构，所有服务器均为冗余配置，屮间件的存在在网络一级给.LS.W示软件提供了数据源位置的透叨性。3）增加系统的实时响应性：系统中人机交互的控制命令通过中间件直接发送到10采集站，而不是经过各级服务器逐层卜发，提窈了系统的实时响应能力和控制命令可靠性。4）增加系统的可配置性和扩展性：数据访问中间件的实现使得服务任务和上层HMI任务之间的耦合程度人人减小，给整个

7、系统的讨配S性和后续的扩展性带來了好处。2中间件的设计与实现SCADA系统数据类型一般都科以下几种：实时数裾、历史数裾、日志和报警、事故追忆、装置报告等事件圮录。网络上的远程数据服务常有3种模式：步谙求一应荇”模式、“数据VTI划”模成、“事件变化通知”模式。在数据的服务过程中，HMI始终是服务的接收方（客P），服务任务始终是服务的提供方，中间件负责屏蔽数据的多秉來源。对于上层显示而言，不用关心而对的是哪个服务任务以及任务运行在何处。2.1中间件的技术方案屮间件在一台计算机上只存在一个，似可以为一个或者多个HMI应川

8、任务提供数据服务功能，如图2所示。对应于SCADA系统提供的三种数据访问模式,屮间件在组此I:由多个COM组件构成,相应的包容器包括：实时数据远程服务组件、历史数据远程服务组件、事件信息远程服务组件。包容器除丫支持葙于DCOM的组件外，还包含SOCKET网络连接等其它功能，以便于和运行迕QNX平台的I/O采集站进行数据通讯。中间件只向上层应用任