一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統的製作方法
2023-10-24 08:43:57 1
專利名稱：一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及跨硬體平臺的工業過程自動化軟體開發系統，屬於工業系統計算機自動控制技術。
背景技術：
過程自動化系統，廣泛應用於電力、石化、冶金等各種工業過程控制領域，在工業生產過程中已發揮重要作用，成為生產過程安全、穩定、自動化運行不可缺乏的工具。以DCS或PLC為代表的過程自動化系統，是一個多級的計算機系統，通常以通信網絡為紐帶由過程控制級和過程監控級組成。過程控制級，主要包括下位DPU控制器與IO卡件；過程監控級，即位於監控中心的上位SCADA系統。·過程自動化系統既包括硬體，也包括軟體。過程自動化系統的開發工具軟體，一般採用資料庫為媒介，按照定義的數據結構來組織、存儲和管理數據，並為其他上層應用(如網絡組態、IO設備組態、控制邏輯組態、畫面組態等)提供統一的接口和服務。目前國際上沒有針對過程自動化系統數據模型的統一標準，不同製造商的軟體工具，無論是資料庫平臺、還是資料庫的組織形式上都存在著巨大的差異，因此當前各種PLC或DCS的開發工具軟體都是和製造商的硬體系統設備捆綁，即某一製造商的PLC或DCS的開發工具軟體，只能在該製造商提供的硬體上使用。對於使用多種PLC和DCS的用戶，就需要投入大量的人力和財力，以掌握多種PLC和DCS的硬體和軟體。同時硬體設備的封閉性嚴重製約了某些具有高技術含量的開發工具軟體的推廣應用。因此設計一種跨硬體平臺的DCS和PLC的軟體開發工具，對於解除硬體設備對自動化軟體開發工具製造商發展束縛、提高整個過程自動化行業的開放性具有重大意義。
發明內容
為了解決過程自動化系統製造商之間的軟體開發工具的不兼容性的問題，本發明了提出一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，實現了與各製造商自動化系統硬體平臺的兼容，減少了用戶的學習成本，節約了人力財力。為了解決上述問題，本發明所採取的技術方案是
一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，包括客戶端和伺服器，其特徵在於伺服器，實現訪問各自動化系統軟體開發工具的資料庫，對其進行操作；以及接收客戶發送的業務操作消息，並響應該消息進行相應的業務邏輯處理；客戶端，採用圖形界面實現相應的人機互動操作，並將相應的操作指令發送給指定的伺服器，並且接收伺服器返回的操作結果。前述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於所述伺服器包括數據源層、數據持久層和業務邏輯層；數據源層，指各個廠家、各種平臺的工業控制與監控軟體的變量資料庫；數據持久層，是系統的核心，用於將各個異構資料庫數據進行融合，數據持久層是數據源層與業務邏輯表示層之間的紐帶；業務邏輯層，根據相應有消息指令，從數據持久層中獲取相應的數據，對數據進行相應的業務邏輯操作，最終將操作的結果發送給客戶端。前述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於客戶端為整個系統的表示層，採用各種人機界交互模式，響應用戶的各種操作，並採用進程間通信機制，將各種操作消息發送給相應的伺服器，以及接收伺服器的操作處理結果。前述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於所述的變量資料庫採用通用的Oracle、DB2商業資料庫，或採用各個廠家自定製的數據模型文件。前述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於所述的業務邏輯層包括業務邏輯處理與進程間通信接口兩個模塊；
業務邏輯處理模塊，是預先定義的各種數據操作，用於接收進程間通信接口發送來的 操作命令，對內存資料庫中相應的數據進行邏輯處理與操作，以及將操作的結果返回給進程通信接口；
進程間通信接口，用於接收人機互動進程發出的資料庫操作請求，轉發給業務邏輯處理模塊，以及將業務邏輯處理模塊返回的操作結果發送給相應客戶端的人機互動界面。前述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於所述數據持久層包括異構資料庫訪問接口和內存資料庫兩個模塊；
異構資料庫訪問接口，用於接收內存資料庫發出的異構資料庫操作請求並發送到目的資料庫執行，並將結果返回至內存資料庫；
內存資料庫，響應業務邏輯處理模塊發來的數據操作請求，並同時轉發給異構資料庫接口，同時接收異構資料庫訪問接口返回的資料庫操作結果，並將其返回給業務邏輯處理模塊。前述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於所述進程間通信接口採用基於命名管道的進程間通信機制，實現基於構架下的業務邏輯表示層與數據持久層之間的信息交互。本發明的有益效果是本發明通過集成各種異構資料庫的訪問接口，並採用了統一的數據模型表示方法，有效消除了各製造商硬體設備對軟體開發工具的約束，有利於過程自動化系統開放性的提高；本發明支持多種硬體平臺，降低了用戶的學習成本，節約了工程的人力與財力；另外，本發明易於實現多人協同工作，有效的提高了系統的開發配置進度。
圖I是本發明跨硬體平臺的過程自動化系統的結構圖。圖2單客戶端對多硬體平臺進行組態示意圖。圖3多客戶端對單硬體平臺進行組態示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的描述。如圖I所示描述了本發明的整個系統結構。本系統採用傳統的C/S構架模式，客戶端與伺服器採用命名管道實現數據與消息指令的通信。客戶端主要是系統的表示層，用戶在客戶端進行相應的配置，即可連接到對應的伺服器。客戶端提供了過程自動化軟體開發系統的人機互動的配置界面，以接收用戶的操作命令以及顯示各種數據的圖形化展示。伺服器，包括了系統的業務邏輯處理層、數據持久層與數據源層，主要用於響應人機互動所發送的各種數據處理與業務操作指令。數據源層，即為各自動化系統平臺自身所固定的數據文件。數據持久層，由異構數據訪問接口與內存資料庫兩個部分組成。異構數據訪問接口，將各種異構資料庫中的數據，採用統一的數據模型表示方法，映射到內存資料庫中。當業務邏輯層，只需按照預先定義好的數據表示模型，對內存資料庫進行相應的操作，即實現了原異構資料庫的相應更新。因此，當有新的異構數據源添加時，只需要集成新數據源的訪問接口，業務邏輯層無需更改，就可以實現新數據源的集成操作。業務邏輯層，由業務邏輯處理模塊與進程間通信接口組成。進程間通信接口，基於一個多線程的命名管道伺服器，實時監聽管道中的數據，以接收各個客戶端發送的操作與請求指令，並將這個操作請求消息發送業務邏輯處理模塊的消息隊列。業務邏輯處理模塊， 採用消息隊列的先進先出機制，從內存數據中獲取相應的數據，並執行相應的業務邏輯操作，並且將操作結果通過進程間通信接口發送給相應的客戶端。在多人協同工作模式下，這種消息隊列模式，有效避免了資料庫的並發操作，從而提高了系統的可靠性。由於各製造商的軟體開發工具，針對數據變量、網絡結構、IO設備、SCADA界面等採用各自不同的文件格式進行定義，本系統在內存資料庫建立統一的數據模型表示方法對上述對象進行描述，消除差異，從而極大的提高了系統的擴展性與開放性。各製造商的軟體開發工具，所採用的資料庫不同，對象模型的數據表示方法也不盡相同，因而本系統的異構資料庫的集成訪問接口，主要用於將各不同格式的多數據源轉化為具有標準模型格式的單數據源，實現與各自動化系統的硬體平臺的兼容。如圖2所示描述了單客戶端對多硬體平臺的組態結構圖。客戶端上運行了各種組態配置界面進程，每一個進程都作為一個命名管道的客戶端，用戶在進行啟動配置界面前，可以預先指定任一臺命名管道伺服器的地址，從而連接當前網絡下的所有的自動化系統平臺。用戶在配置界面中，可以通過圖形化的方式修改相應的配置數據，交互界面也可以根據用戶的需求，以圖形化的方式對內存資料庫中的數據模型進行有效的展示。伺服器循環監聽客戶端的連接請求，並為客戶端的每一個連接，創建一個消息監聽與處理線程，響應用戶的各種操作。當用戶需要連接其他的硬體平臺時，只需斷開當前的連接，重新指定其他硬體平臺對應的伺服器的地址，就可以在相同的配置界面中採用相同的配置方法對其他的硬體平臺進行操作。如圖3所示描述了多客戶端對單硬體平臺的組態結構。命名管道伺服器單獨開闢一個線程以循環監聽客戶端的每一個連接請求。針對每一個連接，主進程又開闢一個獨立的監聽線程，以響應對應客戶端發送的各種指令。即當有兩個客戶端都請求連接同一個硬體平臺對應的伺服器時，伺服器針對這兩個客戶端，創建兩個單獨的線程，負責監聽處理這兩個客戶端的消息命令。因而客戶端A的用戶可以對硬體平臺進行數據變量的配置，客戶端B可以對同一個硬體平臺進行控制邏輯的配置。兩個客戶端同時操作底層的對象資料庫，互不影響。同時為了避免多個線程同時操作同一段數據造成數據混亂，伺服器引入Mutex的互斥機制，保證數據資源的互斥訪問(即同一時間最多只有一個線程訪問)。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原 理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，包括客戶端和伺服器，其特徵在於 伺服器，實現訪問各自動化系統軟體開發工具的資料庫，對其進行操作；以及接收客戶發送的業務操作消息，並響應該消息進行相應的業務邏輯處理；客戶端，採用圖形界面實現相應的人機互動操作，並將相應的操作指令發送給指定的伺服器，並且接收伺服器返回的操作結果。
2.根據權利要求I所述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於 所述伺服器包括數據源層、數據持久層和業務邏輯層；數據源層，指各個廠家、各種平臺的工業控制與監控軟體的變量資料庫；數據持久層，是系統的核心，用於將各個異構資料庫數據進行融合，數據持久層是數據源層與業務邏輯表示層之間的紐帶；業務邏輯層，根據相應有消息指令，從數據持久層中獲取相應的數據，對數據進行相應的業務邏輯操作，最終將操作的結果發送給客戶端。
3.根據權利要求2所述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於 客戶端為整個系統的表示層，採用各種人機界交互模式，響應用戶的各種操作，並採用進程間通信機制，將各種操作消息發送給相應的伺服器，以及接收伺服器的操作處理結果。
4.根據權利要求2或3所述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於所述的變量資料庫採用通用的Oracle、DB2商業資料庫，或採用各個廠家自定製的數據模型文件。
5.根據權利要求4所述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於 所述的業務邏輯層包括業務邏輯處理與進程間通信接口兩個模塊；業務邏輯處理模塊，是預先定義的各種數據操作，用於接收進程間通信接口發送來的操作命令，對內存資料庫中相應的數據進行邏輯處理與操作，以及將操作的結果返回給進程通信接口；進程間通信接口，用於接收人機互動進程發出的資料庫操作請求，轉發給業務邏輯處理模塊，以及將業務邏輯處理模塊返回的操作結果發送給相應客戶端的人機互動界面。
6.根據權利要求5所述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於 所述數據持久層包括異構資料庫訪問接口和內存資料庫兩個模塊；異構資料庫訪問接口，用於接收內存資料庫發出的異構資料庫操作請求並發送到目的資料庫執行，並將結果返回至內存資料庫；內存資料庫，響應業務邏輯處理模塊發來的數據操作請求，並同時轉發給異構資料庫接口，同時接收異構資料庫訪問接口返回的資料庫操作結果，並將其返回給業務邏輯處理模塊。
7.根據權利要求6所述的一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，其特徵在於 所述進程間通信接口採用基於命名管道的進程間通信機制，實現基於構架下的業務邏輯表示層與數據持久層之間的信息交互。
全文摘要
本發明公開了一種跨硬體平臺的過程自動化軟體開發系統，屬於工業系統計算機自動控制技術。從物理網絡結構上，該系統由伺服器和客戶端構成；從軟體體系層次結構上分，該系統結構包括數據源層、數據持久層、業務邏輯層、表示層。本發明實現了與各製造商自動化系統硬體平臺的兼容，減少了用戶的學習成本，節約了人力財力；採用基於命名管道的客戶端、伺服器架構模式，本工具支持多人協同工作模式，有利於提高配置工作效率，同時由於該架構並易於集成第三方的軟體開發工具，因而有利於整個行業的開放化、標準化的發展。
文檔編號G06F9/44GK102929619SQ201210400738
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者廖環宇, 吳勝華 申請人:南京國電南自美卓控制系統有限公司