海洋疏浚工程船Web—SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

睢潔　陳雯

摘要：海洋疏浚工程船在疏浚作業(yè)過程中將會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，就目前而言這些重要的數(shù)據(jù)只能在船機(jī)工作室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控。以往因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)的限制，不能實(shí)現(xiàn)船岸一體化，但是隨著北斗衛(wèi)星集群數(shù)傳技術(shù)的成熟，船岸一體化中的數(shù)據(jù)傳輸問題得到了有效解決，因此通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將SCADA系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化就成為了可能，Web-SCADA的任務(wù)就是要實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)在岸端的顯示，通過瀏覽器端的仿真頁面監(jiān)控工程船的工作狀況。

關(guān)鍵詞：Web-SCADA；海洋疏浚；工程船；疏浚作業(yè)；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP311 文章編號(hào)：1009-2374（2015）06-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0459

現(xiàn)代海上工程船設(shè)備先進(jìn)，已經(jīng)高度自動(dòng)化、信息化，因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)的限制，不能實(shí)現(xiàn)船岸一體化，因此被稱之為漂浮在海洋上的信息孤島。我國的北斗衛(wèi)星短報(bào)文通信打破了這個(gè)限制，在北斗衛(wèi)星集群數(shù)傳技術(shù)的支持下，在岸上實(shí)時(shí)監(jiān)控海上工程船的運(yùn)行狀態(tài)、工作狀態(tài)就是一個(gè)Web實(shí)現(xiàn)問題，就是從獨(dú)立運(yùn)行的SCADA系統(tǒng)到基于互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的Web-SCADA的技術(shù)實(shí)現(xiàn)問題。目前，SCADA系統(tǒng)憑借它在工業(yè)控制等方面的優(yōu)勢在海洋疏浚工程船中得到廣泛的應(yīng)用，但是SCADA系統(tǒng)因?yàn)槿缦略蛞呀?jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際工作中生產(chǎn)的需求：一是系統(tǒng)維護(hù)和升級存在困難，不能滿足大型系統(tǒng)的需求；二是系統(tǒng)質(zhì)量不能保證，為了讓數(shù)據(jù)庫與活動(dòng)客戶保持連接，就要分散運(yùn)算資源，導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降；三是在復(fù)雜的環(huán)境下，用戶有可能長時(shí)間等待，甚至系統(tǒng)會(huì)崩潰；四是C/S模型開發(fā)系統(tǒng)的生命周期短、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性差，研發(fā)周期長。SCADA系統(tǒng)只能將船機(jī)運(yùn)行和工作狀態(tài)呈現(xiàn)在在船機(jī)工作室內(nèi)，離船聯(lián)網(wǎng)提出的船岸一體化目標(biāo)要求相距甚遠(yuǎn)。隨著北斗集群數(shù)傳技術(shù)對于海上通信的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)限制的突破，基于互聯(lián)網(wǎng)的Web-SCADA將有效地克服SCADA系統(tǒng)的局限性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 工作流程

海洋疏浚工程船Web-SCADA系統(tǒng)基于北斗集群數(shù)傳技術(shù)，將遠(yuǎn)洋疏浚工程船采集到的數(shù)據(jù)通過北斗衛(wèi)星集群數(shù)傳技術(shù)傳輸給岸基指揮中心，然后通過B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將采集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布出去，從而在岸端的用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)查看到原本只能在船機(jī)工作室才能監(jiān)控到的工程數(shù)據(jù)。

1.2 基本組成

1.2.1 客戶終端：客戶終端分為兩部分：一是監(jiān)控終端；二是管理終端。（1）監(jiān)控終端。監(jiān)控終端為工作人員提供實(shí)時(shí)監(jiān)控工程船的船機(jī)狀態(tài)和工作狀態(tài)的平臺(tái)，并且把控制信息通過網(wǎng)絡(luò)上報(bào)到中心服務(wù)器，如預(yù)警信息，比如某個(gè)齒輪箱的溫度或者油壓過高需要調(diào)控等；（2）管理終端。管理終端實(shí)現(xiàn)用戶管理，Web-SCADA設(shè)計(jì)的目的之一就是實(shí)現(xiàn)多人、多地點(diǎn)對同一監(jiān)控目標(biāo)的監(jiān)控，因此不同的工作人員登錄系統(tǒng)后根據(jù)身份獲得不同的權(quán)限，并且對本次登錄操作負(fù)責(zé)。

1.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)：通信網(wǎng)絡(luò)主要包括移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)客戶端和中心服務(wù)器的雙向數(shù)據(jù)傳輸。Web-SCADA是基于互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的，良好的通信網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件。

1.2.3 中心服務(wù)器：中心服務(wù)器是Web-SCADA的核心所在，Web-SCADA主要運(yùn)行在中心服務(wù)器之上的應(yīng)用服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，中心服務(wù)器包括兩個(gè)部分，分別是應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)聽相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)端口，接收工程船發(fā)送的海量數(shù)據(jù)并校驗(yàn)，同時(shí)負(fù)責(zé)發(fā)布數(shù)據(jù)并響應(yīng)用戶的請求，為瀏覽器提供SCADA的仿真視圖。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問和管理，因?yàn)楹Ｑ笞鳂I(yè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常巨大，所以采用分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

2 Web-SCADA實(shí)現(xiàn)技術(shù)

2.1 Flex仿真頁面技術(shù)

本文提出的Web-SCADA是基于Flex技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。Flex技術(shù)是將桌面應(yīng)用的華麗界面與Web應(yīng)用的廣泛性、低成本以及多媒體通信集成于一體的新互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，具有極強(qiáng)的用戶互動(dòng)性和豐富的用戶體驗(yàn)性，是當(dāng)前領(lǐng)先和成熟的RIA（富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序）技術(shù)。

Flex框架由MXML頁面標(biāo)記語言，ActionScript編程語言和Flex類庫組成。MXML是基于XML的標(biāo)記語言，用于界面的布局和顯示控件。MXML提供了用戶界面和服務(wù)器端數(shù)據(jù)的綁定，極大簡化了數(shù)據(jù)訪問編程，提高了編程效率。ActionScript是類似JavaScript的強(qiáng)類型面向?qū)ο笳Z言，用于操控GUI組件、事件監(jiān)聽、數(shù)據(jù)訪問回調(diào)等。Flex類庫是核心，提供了種類繁多的各種控件、GUI組件、數(shù)據(jù)訪問組件、行為組件等，可以方便實(shí)現(xiàn)負(fù)責(zé)的用戶界面和響應(yīng)事件類型。利用Flex提供的豐富的組件繪制功能，可以繪制疏浚工程船SCADA界面的仿真頁面，這樣更符合工作人員習(xí)慣。

2.2 WebService服務(wù)

WebService是SOA的具體實(shí)現(xiàn)，WebService適用于不同系統(tǒng)之間的接口調(diào)用或者不同編程語言實(shí)現(xiàn)的接口之間的調(diào)用。本系統(tǒng)客戶端的仿真頁面是基于Flex實(shí)現(xiàn)，而應(yīng)用服務(wù)是基于.NET平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，因此非常適合適用WebService來做接口調(diào)用。WebService向外暴露一個(gè)可以通過Web進(jìn)行調(diào)用的API，調(diào)用成功以后會(huì)返回XML數(shù)據(jù)。簡單地說，WebService是一個(gè)平臺(tái)獨(dú)立的，低耦合的，自包含的、基于可編程的Web的應(yīng)用程序，可使用開放的XML標(biāo)準(zhǔn)來描述、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、協(xié)調(diào)和配置這些應(yīng)用程序，用于開發(fā)分布式的互操作的應(yīng)用程序。

2.3 異步訪問

在對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問時(shí)，為了避免同步訪問數(shù)據(jù)時(shí)所帶來的延遲，我們需要改進(jìn)設(shè)計(jì)，以提高程序執(zhí)行效率。一方面，可以避免因頻繁刷新網(wǎng)頁給用戶以良好的使用體驗(yàn)；另一方面，也降低了程序崩潰的可能性。Flex自帶異步組件，避免使用第三方插件，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)異步訪問。

3 應(yīng)用服務(wù)架構(gòu)

應(yīng)用服務(wù)架構(gòu)即是Web架構(gòu)，遵循多層架構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)上采用四層架構(gòu)，將數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)邏輯、服務(wù)提供以及客戶端操作分離開。這種架構(gòu)既便于系統(tǒng)的開發(fā)維護(hù)，又有利于系統(tǒng)的部署使用，還能提高系統(tǒng)的安全性和可擴(kuò)展性。

3.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為Web-SCADA系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，本系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來自海洋疏浚工程船，包括工作人員數(shù)據(jù)、工程船數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)都采用關(guān)系型數(shù)據(jù)的方式組織。

3.2 數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層主要是將業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行封裝處理，將系統(tǒng)的各項(xiàng)功能以WebService服務(wù)的方式發(fā)布給顯示層。該層充分體現(xiàn)了SOA的設(shè)計(jì)理念。

3.3 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，為上層調(diào)用提供合適的信息。同時(shí)對系統(tǒng)的安全性、運(yùn)算負(fù)載平衡、系統(tǒng)運(yùn)行狀況等進(jìn)行控制。

3.4 顯示層

顯示層即是Web-SCADA的客戶端，為工作人員提供圖形化的仿真頁面，并且提供眾多和中心服務(wù)器交互的接口，便于工作人員對海洋疏浚工程船的監(jiān)視和控制。

4 主要功能

船機(jī)工作室中SCADA系統(tǒng)上的所有界面及功能都被搬到了網(wǎng)絡(luò)上，工作人員借助Web-SCADA系統(tǒng)在岸端就可以對工程船進(jìn)行監(jiān)控。

5 結(jié)語

本文提出了一套完整的實(shí)現(xiàn)船岸一體化的解決方案，建立Web-SCADA系統(tǒng)平臺(tái)用于監(jiān)控和調(diào)度海洋疏浚工程船。通過客戶端Flex異步調(diào)用服務(wù)器端WebService的相關(guān)方法，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)頁面無刷新更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的Web-SCADA系統(tǒng)。岸基工作人員不再需要親臨疏浚工程船去觀看基于C/S架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)來指導(dǎo)疏浚工作，僅需要一個(gè)能聯(lián)網(wǎng)的瀏覽器，并且不需要安裝任何第三方組態(tài)軟件就能實(shí)時(shí)指導(dǎo)工程船工作。整個(gè)系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程訪問，使工作人員雖遠(yuǎn)離現(xiàn)場，亦可處處監(jiān)控工程船的工作情況。此外，一個(gè)工作人員可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)過程，使過程控制人員不再分身乏術(shù)；多個(gè)工作人員也可以監(jiān)控同一過程，真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的開放性及過程信號(hào)的透明化。該系統(tǒng)研制的成功解決了船岸一體化問題，對疏浚領(lǐng)域數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的升級和海洋工程船舶技術(shù)水平的提升起到了至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 何嗣隆.北斗集群數(shù)輸技術(shù)及其在海洋疏浚工程船中的應(yīng)用研究[D].華東師范大學(xué)，2014.

[2] 劉耀，李超良.組態(tài)軟件框架的研究與設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（6X）.

[3] 陳群.基于ASP.NET AJAX新型Web SCADA的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009，（6）.

[4] 蔡黃輝，馬文濤.軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的過程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[5] 熊桂喜.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第三版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）