摘  要： 創(chuàng)新性地使用最新的Vert.x框架，利用其異步、非阻塞、實時性、高并發(fā)的工作模式，對現(xiàn)有的工業(yè)過程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，極大提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，實時性得到顯著提高，完全滿足大量客戶端并發(fā)的實時請求。

　　關(guān)鍵詞： Vert.x；過程監(jiān)控；PLC；數(shù)據(jù)推送

0 引言

　　工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的Web化[1]已成為標(biāo)準(zhǔn)，客戶端只使用瀏覽器即可實現(xiàn)對監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時顯示，不需要安裝各種監(jiān)控組件，簡化了監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)。實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時傳輸和顯示技術(shù)也在不斷地出現(xiàn)，從傳統(tǒng)HTTP請求/響應(yīng)模式，到AJAX的Comet及HTML5的WebSocket，采用數(shù)據(jù)推送技術(shù)，使得Web監(jiān)控系統(tǒng)的實時性得到極大提高。然而監(jiān)控服務(wù)器在面對大量客戶連接的并發(fā)請求時，實時性難以滿足。無論JavaEE，還是NET都如此，它們的多線程工作模式是根源所在。為解決此問題，Vert.x框架[2-3]應(yīng)運而生，它采用全新工作模式，特別適合開發(fā)實時性要求極高的系統(tǒng)。

　　Vert.x是用于下一代異步、可伸縮、并發(fā)應(yīng)用的框架，輕量級的高性能JVM應(yīng)用平臺，適合開發(fā)各種移動及企業(yè)應(yīng)用。它徹底解決了業(yè)界遭遇C10K問題，即當(dāng)并發(fā)連接超過一萬以上時，傳統(tǒng)技術(shù)會引發(fā)暫停。以Tomcat為例，它在超過100個并發(fā)長請求就堵塞，而Vert.x可支持超10萬個并發(fā)請求。

　　本文采用Vert.x對現(xiàn)有的供熱監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造，對監(jiān)控服務(wù)器端和客戶端進(jìn)行重構(gòu)。在服務(wù)器端使用Vert.x的Web服務(wù)器取代現(xiàn)有Tomcat7，采用Vert.x TCP讀取西門子PLC300的監(jiān)控數(shù)據(jù)。用戶端采用Vert.x的Event Bus Bridge技術(shù)，實時接收服務(wù)器端監(jiān)控數(shù)據(jù)，改造后的監(jiān)控系統(tǒng)的性能和響應(yīng)速度比原有系統(tǒng)有顯著的提高。

1 Vert.x框架概述

　　Vert.x核心采用與Node.js相同的事件驅(qū)動的異步工作模式，使用單線程的事件循環(huán)機制實現(xiàn)高并發(fā)的請求處理，而不像傳統(tǒng)的服務(wù)器采用多線程的模式。

　　Vert.x的核心組件是Verticle，運行在Vert.x實例中。Vert.x啟動后，根據(jù)服務(wù)器CPU的內(nèi)核數(shù)，自動創(chuàng)建對應(yīng)的Vert.x實例，并發(fā)運行Verticle。

　　Vert.x采用事件驅(qū)動的異步編程模式，通過觸發(fā)事件以及注冊事件處理器完成所有編程任務(wù)。Verticle之間不能直接調(diào)用，只能發(fā)送和接收事件實現(xiàn)協(xié)作。

　　Vert.x的核心是事件總線，Verticle在事件總線發(fā)送和接收事件。事件總線是分布式的，能連接服務(wù)器和客戶端。事件總線支持點對點和發(fā)布-訂閱模式的事件傳輸，監(jiān)控系統(tǒng)中服務(wù)器向所有連接的客戶端發(fā)送監(jiān)控數(shù)據(jù)就使用發(fā)布訂閱模式，使得所有客戶端瀏覽器都能實時接收到監(jiān)控數(shù)據(jù)。

2 實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　大連柳樹供熱公司監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場采用西門子PLC S7-300[4]，通過屏蔽雙絞線連接到中心機房的核心交換機上，中心監(jiān)控主機CPU采用志強8核服務(wù)器，可并發(fā)運行8個Vert.x實例，能支持十幾萬個并發(fā)請求。頁面采用最新的Bootstrap模版技術(shù)[5]，自動適應(yīng)不同尺寸的屏幕顯示，包括手機、平板等。

　　2.1 讀取PLC監(jiān)控數(shù)據(jù)TCP編程

　　西門子S7-300采用TCP FETCH WRITE通信方式[6]，該模式下通過TCP協(xié)議的Socket，主機可與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　Vert.x內(nèi)置TCP Client方法，如下是TCP客戶端讀取PLC數(shù)據(jù)的代碼：

　　var vertx=require（′vertx′）；//獲得Vert.x運行實例

　　var eb=require（′vertx/event_bus′）//獲得Event Bus對象

　　var client=vertx.createNetClient（）；//創(chuàng)建TCP客戶端

　　client.reconnectAttempts（1000）；//設(shè)置連接嘗試次數(shù)

　　client.reconnectInterval（500）；//設(shè)置嘗試間隔時間

　　//連接PLC Socket端口，并定義回調(diào)函數(shù)

　　client.connect（config.port，config.ip，function（err，socket）{//定義接收到PLC數(shù)據(jù)的事件處理器

　　socket.dataHandler（function（buffer）{

　　var data=JSON.parse（buffer）；

　　//將接收的數(shù)據(jù)發(fā)布到Evnet Bus上

　　eb.publish（"rtdata.in.receive"，{info：data}，function（result）{}）；

　　//使用定時器，每間隔0.5 s發(fā)送請求數(shù)據(jù)指令到PLC

　　var timer=vertx.setPeriodic（500，function（timerID）{sock.write（"datain"）；}）；

　　}}）；

　　客戶端定時發(fā)送數(shù)據(jù)指令，PLC數(shù)據(jù)到達(dá)后，Socket上的事件監(jiān)聽器工作，從回調(diào)函數(shù)中取得監(jiān)控數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為JSON格式，使用總線方法publish發(fā)布事件?？偩€上監(jiān)聽的Web客戶端都能同步接收監(jiān)控數(shù)據(jù)。Vert.x采用推模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，由Vert.x服務(wù)器主動發(fā)送數(shù)據(jù)，不需客戶端請求，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高了傳輸速度，滿足了監(jiān)控系統(tǒng)實時性。監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

　　在Vert.x服務(wù)器中，可啟動多個TCP客戶端Verticle，實現(xiàn)多路監(jiān)測數(shù)據(jù)的并發(fā)讀取，如下代碼展示主服務(wù)器依次啟動Http Web Server和TCP Client監(jiān)控Verticle等實例。

　　//獲得Vert.x實例容器

　　var container=require（"vertx/container"）；

　　//啟動Web服務(wù)器

　　container.deployVerticle（"HttpServer.js"）；

　　//啟動PLC TCP客戶端

　　container.deployVerticle（"TCPClient.js"，{port：2201，ip：192.168.1.101}）；

　　2.2 監(jiān)控Web服務(wù)器的編程

　　系統(tǒng)采用Vert.x的服務(wù)器模塊web-server~2.0，實現(xiàn)功能強大的Web服務(wù)器，并使用異步模式接收客戶端瀏覽器的HTTP請求，支持客戶高并發(fā)的HTTP連接請求，示意代碼如下。

　　var container=require（"vertx/container"）；

　　container.deployModule（"io.vertx~mod-web-server~2.0.0-final"，{port：80，host："localhost"，

　　bridge：true，

　　inbound_permitted：[

　　{address：′rtdata.in.receive′}，

　　{address：′rtdata.out.receive′}

　　]）；

　　Vert.x通過deployModule載入Web模塊，Web模塊自動將目錄/web作為站點發(fā)布目錄，在/web目錄中存儲站點的頁面文件。

　　代碼中bridge：true表示將服務(wù)器端的事件總線延伸到Web客戶端，實現(xiàn)服務(wù)器和客戶端的數(shù)據(jù)傳輸。每個Verticle都可以在Event Bus注冊事件處理器，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

　　2.3 監(jiān)控客戶端編程

　　客戶端使用普通的HTML即可，不需要動態(tài)頁面。為實現(xiàn)與Vert.x服務(wù)器的Event Bus通信，客戶端頁面需要引入Vert.x的Event Bus Bridge的庫文件vertxbus-2.1.js。

　　監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示使用<div>，使用Bootstrap框架布局，將<div>懸浮在圖片指定位置。監(jiān)控客戶端頁面的數(shù)據(jù)接收和顯示代碼如下：

　　$（document）.ready（function（）{

　　var eb=new vertx.EventBus（′localhost/eventbus′）；

　　eb.onopen=function（）{

　　eb.registerHandler（"rtdata.in.receive"，function（args）{var data=args.data；

　　$（"#rt1010"）.html（data）；}）；

　　}；}）；

　　代碼中關(guān)鍵是取得Vert.x的Event Bus對象，通過事件總線提供的vertx.EventBus，使用Javascript創(chuàng)建一個實例即可。如果與服務(wù)端的Event Bus連接成功，則eb.onopen回調(diào)函數(shù)工作。在此方法內(nèi)，通過Event Bus的registerHandler對指定的地址進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)有此地址的事件event到達(dá)時，定義的回調(diào)函數(shù)function（args）開始運行，參數(shù)args為事件中包含的JSON數(shù)據(jù)，解析出JSON數(shù)據(jù)，使用jQuery的函數(shù)html（）將數(shù)據(jù)顯示在指定的  <div>元素內(nèi)，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時顯示。實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖2所示。

　　3 結(jié)論

　　Vert.x具有的實時通信、全新的異步響應(yīng)式工作模式和分布式Event Bus等特性，使其必將在實時系統(tǒng)開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。與Node.js相比，Vert.x以其性能壓倒性的絕對優(yōu)勢，必將推動實時Web的飛速發(fā)展，進(jìn)而引起Web領(lǐng)域顛覆性的革命，徹底淘汰以AJAX為主的Web2.0，引領(lǐng)新的Web發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 李玉珠，吳敏，徐福倉.基于Web的煉焦實時監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化與儀表，2009（4）：1-4.

　　[2] PARVIAINEN T.Real-time Web application development using Vert.x 2.0[M]. Birmingham-Mumbai： Packt Publishing，2013.

　　[3] Vert.x[EB/OL]. http：//vertx.io/.

　　[4] 潛立標(biāo)，楊馬英，俞立，等.基于Web和S72300 PLC的遠(yuǎn)程控制實驗室系統(tǒng)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007（2）：73-77.

　　[5] 陳群.基于ASP.NET AJAX新型Web Scada的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機，2009（6）：42-44.

　　[6] 趙佳寶，付羽.基于SVG的實時監(jiān)控流程圖實現(xiàn)技術(shù)[J].工業(yè)控制計算機，2009（6）：10-12．