數據源總線化布局解決方案

卜梓琴 葉建位 龐 戈 陸海琛

(浙江中控軟件技術有限公司,杭州 310053)

生產數據在工業控制企業的生產經營中起著至關重要的作用，它為企業的生產控制、經營管理及戰略制定等方面提供了重要依據。隨著節能減排及兩化深度融合等國家利好政策的出臺與推進，生產數據成為企業推進自動化和信息化建設的重點處理對象，采用數據整合處理及流程抽象等信息化處理技術，最終通過信息系統來實現無紙化辦公和流程信息化監管。但是，企業在有步驟地提高信息化程度的過程中，逐漸顯現出以下問題：第一，企業針對相應的問題實施對應的信息化解決方案，從而使得內部信息系統不斷地增多，信息系統多樣、重復建設及它們之間不兼容等弊端不斷顯現；第二，為不斷優化信息化方案，上層應用的擴展為支持與多個底層信息系統交互而定制開發更多的接口軟件，即采用一對一的服務模式，因此使開發成本和維護成本增加。

數據源總線化布局方案就是為解決上述問題而提出。它充分利用Windows通信開發平臺(Windows Communication Foundation，WCF)的特性，通過一種總線化布局方案，使得上層應用無需再知道底層具體的數據源類型和交互細節即可使用，真正實現數據源隨意插拔、上層應用無感知的效果，并可使零碎化和個性化的各個數據源統一到總線上，達到統一管理的目的。筆者提出的數據源總線化布局解決方案充分利用了WCF技術能夠提供統一的、可用于建立安全、可靠的面向服務的應用高效開發平臺[1]這一特性，并制定了一套統一的協議用于交互的標準化，既可達到數據源的統一管理又可實現數據源遠程和獨立部署的目的。

實現數據源總線化布局方案(圖1)，主要通過部署浙江中控軟件技術有限公司研發完成的數據源管理系統(圖2)來實現。數據源管理系統采用服務-客戶端模式，即在服務端主要執行部署工作，將與數據源進行交互時所需的對應信息文件(以下簡稱數據源文件)部署到合適的位置。這些數據源文件主要為DLL文件和XML文件，是數據源管理系統主要的管理對象。在客戶端，主要實現與數據源的連接。連接成功后，即可通過WCF技術公布成獨立的服務以供上層應用使用。當然，為進一步提高數據源管理系統的智能化，服務端也可自啟動與數據源的連接。

在服務端可部署多種數據源文件，來實現與多種數據源的交互功能。數據源管理系統啟動時，會自動在服務端判定是否存在已經部署的數據源文件，如果存在，則加載已經部署的數據源文件的配置信息，并通過反射技術加載DLL文件，通過查找屬性找到類的入口并生成獨立的Appdomain來實現對相應數據源交互進程的保護，在此過程中，還可通過實現連接池管理來確保與數據源通信的暢通性(圖3)。

圖1 數據源總線化布局方案

圖2 數據源管理系統設計示意圖

圖3 數據源管理系統與數據源交互示意圖

一般的總線型結構具有高度的可擴展性，且擴充靈活，任何節點只需按照一定的要求插入到總線上即可。數據源總線化布局解決方案除了具有該優點外，還依靠數據源管理系統良好的架構設計和優良的技術特性，具有高度的獨立性和較強的抗干擾性。一般的總線型結構在帶來便于擴充等優點時，往往也具有任一處發生故障將導致整個結構癱瘓，且故障診斷困難的弊端，但數據源管理系統很好地克服了這一弱點。它內部采用獨立的Appdomain技術，在與每個數據源交互時可智能開辟獨立空間進行裝箱運行并實施保護。如果某個數據源異常終止，Appdomain技術會對該異常進行隔離，從而保證與其他數據源的交互不受影響。所以不論是刪除原數據的源文件、添加新的數據源文件或者啟動、斷開與該數據源的連接，對數據源管理系統和正在運行的其他數據源交互都不會產生任何影響。

此外，WCF技術通過契約的方式向外部開發統一的數據契約、服務契約和錯誤契約[1]，即可實現標準化管理。數據源管理系統正是充分利用了該特點，設計并統一了數據接口標準，二次開發或上層應用擴展不再需要不斷重復地投入成本來研究和測試底層數據源的特性，只需熟悉數據接口標準即可一勞永逸，即無論原計劃是與哪個數據源交互，現在只要該數據源交由數據源管理系統管理，就會具有相同的數據結構及接口類型定義等，這可以極大地降低投入成本。

數據源管理系統進行架構設計時，不僅要考慮到標準化管理，還要兼顧與各個數據源交互的差異性，所以采用獨立配屬的方式，為每個數據源配屬了獨立的數據源文件，在該數據源文件內，可自定義設置對應數據源所在的IP地址、端口號及連接池初始化個數等信息，對這個信息文件內容的修改不會影響其他信息文件。統一化和差異化并舉使得數據源管理和二次應用擴展的效率得以提高。

2 應用現狀

基于數據源總線化布局解決方案所開發的數據源管理系統，在多個工業企業的信息化項目中得到了應用，并產生了較大的經濟和社會效益。

本方案實施后，信息系統布局將構建起清晰的三層架構：應用層、數據源框架層和數據源層。在數據源層，多種數據源執行本方案的協議后，可在框架總線上隨意插拔，部署完成后，通過數據源管理系統即可實現對這些數據源的交互管理，而這些數據源不論是本地部署還是遠程架起都不會對數據源管理系統產生任何影響。本方案使得這些數據源成為“黑箱”，上層應用無需再根據特定的數據源實現定制開發，只需根據方案內提供的統一協議，由與原來特定的數據源直接交互方式轉變為與數據源管理系統進行間接交互的方式，從原來的一對一服務模式，轉變為一對多共享模式，因此極大地降低了成本并提高了通用性。

以甘肅省白銀市某軍工企業為例，該企業內部有復雜的信息系統，包含生產過程實時監控系統、生產計劃管理、生產調度管理、生產統計報表和企業資源計劃系統(ERP)與實驗室信息管理系統(LIMS)，并且該企業的數據來源復雜：有直接通過Modbus方式從儀表接入的數據，也有通過OSISoft PI實時數據庫進行中轉的數據，其中還部署了浙江中控軟件技術有限公司的ESP-iSYS實時數據庫采集部分控制系統的數據。針對這種情況，在該項目實施時采用了數據源管理系統作為企業的數據總線，將各種數據源通過對應的適配器整合到數據源管理系統總線上，上層的應用系統統一通過該數據源總線存取數據，這種方式極大地簡化了異構系統的數據整合，使得上層各種應用系統能夠基于同一個接口進行開發，進而使得整個信息化項目的實施周期縮短。

3 結束語

筆者基于數據源總線化布局解決方案所提出的數據源管理系統已經應用到工業企業的實際信息化項目中，結果表明，該數據源管理系統能夠有效地解決企業在提高信息化程度過程中逐漸顯現出的問題，實現了對復雜信息系統的數據整合與簡化，并取得了一定的經濟和社會效益。

[1] Juval L著,徐雷,徐揚譯.WCF服務編程[M].武漢:華中科技大學出版社,2011.