??? 摘?要： 介紹了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的基本概念，闡述了Web的體系結(jié)構(gòu)并以微軟的最新Web開發(fā)技術Asp.Net" title="Asp.Net">Asp.Net作為系統(tǒng)開發(fā)工具，提出一種基于Web的監(jiān)控組態(tài)軟件" title="監(jiān)控組態(tài)軟件">監(jiān)控組態(tài)軟件設計方法。用戶可通過瀏覽器實現(xiàn)對現(xiàn)場設備狀態(tài)的監(jiān)控。該軟件具有編程簡單、客戶端" title="客戶端">客戶端免維護等優(yōu)點。
??? 關鍵詞： 監(jiān)控組態(tài)軟件； 萬維網(wǎng)； Asp.Net； 網(wǎng)絡控制
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??? 監(jiān)控組態(tài)軟件是集計算機技術、控制技術、網(wǎng)絡技術為一體的高新技術產(chǎn)品，具有控制功能強、操作方便和可靠性高等特點，可以方便地用于對工業(yè)現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制。監(jiān)控技術經(jīng)歷了單機監(jiān)控系統(tǒng)、集中式監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡范圍的遠程監(jiān)控" title="遠程監(jiān)控">遠程監(jiān)控三個發(fā)展階段。遠程監(jiān)控是指本地計算機通過網(wǎng)絡系統(tǒng)對遠端現(xiàn)場智能設備進行監(jiān)測和控制。從架構(gòu)模式上區(qū)分，監(jiān)控組態(tài)軟件大致可分為C/S（客戶端/服務器）模式和B/S（瀏覽器/服務器）模式兩大類。目前，國內(nèi)的監(jiān)控組態(tài)軟件以傳統(tǒng)的C/S模式為主，而借助日益普及的Internet網(wǎng)絡或者LAN網(wǎng)絡進行遠程監(jiān)控，是工業(yè)控制的一大發(fā)展?；赪eb的實時控制技術是控制技術與計算機網(wǎng)絡技術相結(jié)合的一種新型遠程監(jiān)控技術，已成為當前監(jiān)控組態(tài)軟件的發(fā)展趨勢。
1 Asp.Net介紹
??? Asp.Net代表了Microsoft Web開發(fā)的最新方向，它和早期的Microsoft Web開發(fā)環(huán)境的主要差別在于Asp.Net建立在.Net平臺的基礎上。
??? Asp.Net的核心是公共語言運行CLR。CLR 是一個高效率的執(zhí)行引擎，程序代碼的執(zhí)行由Runtime管理。Runtime的作用是產(chǎn)生對象、方法（即對象所能執(zhí)行的動作）的呼叫等，Runtime 也可以提供程序代碼一些額外的服務。在此把要通過CLR 的控制才能執(zhí)行的程序代碼稱為Managed Code，同時CLR還提供了.Net應用的許多關鍵性服務，包括：（1）代碼管理。（2）安全支持。（3）垃圾收集和錯誤處理。CLR的主要任務就是將編譯產(chǎn)生的中間語言文件轉(zhuǎn)換成目標機器上的本地代碼。
??? 在CLR基礎之上是一個巨大的類庫，它主要處理程序運行時所要求的各項任務。Asp.Net支持多種源代碼語言，本文選用C＃。
??? 相對于傳統(tǒng)的Asp，Asp.Net在配置、部署、調(diào)試和安全性等方面都有了很大的改進。傳統(tǒng)Asp的配置保存在IIS元數(shù)據(jù)庫中。元數(shù)據(jù)庫是一個二進制的存儲庫，只能通過COM API來管理，而Asp.Net則通過web.config的XML文件指定Asp.Net應用程序" title="應用程序">應用程序的配置，該文件放置在應用程序根目錄的頂端，并且可以用任何文本編輯器查看和配置。Asp.Net還具有較強的安全性，通過IIS提供身份驗證和授權(quán)服務，支持Basic、Digest、Windows身份驗證，支持窗體的身份驗證，允許應用程序提供它們自己的登錄UI，并執(zhí)行它們自己的身份驗證。此外，Asp.Net還提供緩存來提高Web應用程序的性能。
2 總體設計
??? 隨著Internet技術的發(fā)展，瀏覽器界面已經(jīng)成為計算機桌面的基本平臺，將瀏覽器技術運用于監(jiān)控組態(tài)軟件及將瀏覽器界面作為網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的人機界面，對擴大實時系統(tǒng)的應用范圍，減少維護工作量非常有利?；赪eb技術的監(jiān)控組態(tài)軟件網(wǎng)絡構(gòu)架如圖1所示。
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圖1 監(jiān)控組態(tài)軟件網(wǎng)絡構(gòu)架
2．1 軟件的架構(gòu)與功能
??? 在B/S模式下采用傳統(tǒng)的三層體系結(jié)構(gòu)來設計監(jiān)控組態(tài)軟件，并不能直接實現(xiàn)與被控對象進行數(shù)據(jù)通信，因此基于Web技術的監(jiān)控組態(tài)軟件采用四層體系結(jié)構(gòu)進行設計，如圖2所示。它是在一般的三層體系結(jié)構(gòu)的基礎上增加了控制層，用來實現(xiàn)Web服務器與被控對象的通信，進一步控制被控對象。這樣既充分利用了現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源和工業(yè)現(xiàn)場資源，也使得兩者有機地結(jié)合在一起，達到了Web服務器與現(xiàn)場設備通過現(xiàn)場總線進行遠程通信的目的。
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??? 各層功能如下：
??? (1)客戶層:它是監(jiān)控組態(tài)軟件的用戶接口部分，是用戶與監(jiān)控組態(tài)軟件交互信息的窗口，即人機交互界面。用戶通過瀏覽器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，發(fā)送控制命令和參數(shù)，并能夠通過瀏覽器對工程的組態(tài)架構(gòu)及圖像進行修改。
??? (2)功能層:它作為Web Service應用程序服務器端，包括監(jiān)控組態(tài)軟件的事務處理邏輯，負責客戶層與數(shù)據(jù)層及控制層之間的數(shù)據(jù)傳輸。具體表現(xiàn)為接收用戶或控制服務器的請求（消息），以執(zhí)行對應的處理程序；或與數(shù)據(jù)層進行連接，向數(shù)據(jù)層提出數(shù)據(jù)處理請求，并將數(shù)據(jù)層處理的結(jié)果反饋給請求端。本文選擇IIS6（Internet Information Service）作為Web服務器平臺，在IIS6上可以通過IP地址、端口號和主機頭名稱來配置多個Web站點。
??? (3)數(shù)據(jù)層:它由數(shù)據(jù)庫服務器和數(shù)據(jù)庫所構(gòu)成，包括物理數(shù)據(jù)庫和相關數(shù)據(jù)處理應用程序，其功能為實現(xiàn)監(jiān)控組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)處理邏輯。主要是通過功能層的數(shù)據(jù)處理請求，調(diào)用相關處理程序以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢、增加和刪除等功能。由于在基于Web技術的監(jiān)控組態(tài)軟件中涉及到較為龐大的數(shù)據(jù)群，本文選擇SQL Server作為物理數(shù)據(jù)庫,并采用ADO.NET數(shù)據(jù)庫技術對數(shù)據(jù)庫進行管理。ADO.NET使用離線數(shù)據(jù)集，不需要長時間地鏈接和鎖定數(shù)據(jù)庫，在線用戶不會爭奪數(shù)據(jù)庫資源，在對大量數(shù)據(jù)進行操作時其高效率的性能完全能夠滿足用戶的需求。
??? (4)控制層:位于控制服務器端，包括監(jiān)控組態(tài)軟件的控制邏輯。它作為客戶層與被控對象的中間設備，向被控對象發(fā)送控制命令、接收被控對象的實時狀態(tài)信息和請求信息。
2．2 軟件的控制原理
??? 用戶通過客戶端的瀏覽器登錄Web服務器，Web服務器請求數(shù)據(jù)庫進行身份認證后，將嵌入了組態(tài)圖像的控制監(jiān)測頁面以.aspx的形式返回客戶端供用戶使用。瀏覽器端通過事件機制獲取用戶的各種操作并提交給Web服務器。用戶可以通過控制服務器訪問和控制被控對象，與被控對象進行數(shù)據(jù)通信；可以把被控對象的狀態(tài)、參數(shù)等數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；也可以把數(shù)據(jù)庫中的控制命令與定值等數(shù)據(jù)發(fā)送給被控對象。
??? 通過Asp.Net中的Session對象對每一個用戶建立一個專用的工作線程，當客戶端每新增一個用戶時，即建立一個Session對象，標志該用戶的身份，并同時建立起一個工作線程負責對該用戶的各種請求進行管理，當用戶退出后Session對象即消亡，同時Session對象所標志的該用戶工作線程結(jié)束。采用了多線程技術的監(jiān)控組態(tài)軟件能夠滿足大量用戶同時在線、同時發(fā)出各種請求時，Web服務器也能夠及時地響應用戶的請求，避免了單線程技術所帶來的信息擁塞而使用戶等待的情況出現(xiàn)。
3 軟件實現(xiàn)的關鍵技術
3．1實現(xiàn)控制服務器與現(xiàn)場設備間的通信
??? 在局域網(wǎng)絡基礎上構(gòu)建互連系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程控制，其關鍵是實現(xiàn)控制服務器對現(xiàn)場工控機的控制，再由工控機對串口（并口）或其控制卡加以控制以實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的通信。因此，網(wǎng)絡通信采用Socket編程。Socket是TCP/IP協(xié)議傳輸所提供的接口。對于軟件開發(fā)主要使用兩種類型的套接字：
??? (1)流式套接字:提供了無邊界限制的雙向數(shù)據(jù)流，能夠提供有序、無重復的傳輸，適用于處理大量數(shù)據(jù)。流式套接字是基于直接連接的，建立在TCP基礎上。
??? (2)數(shù)據(jù)報套接字:支持雙向數(shù)據(jù)流，但不能保證數(shù)據(jù)的順序和不重復性，同時也不十分可靠。數(shù)據(jù)報是無連接的，由UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）支持，幾乎是直接建立在IP層上，傳輸速度比較快。
??? 對于現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)，由于必須保證傳輸?shù)目煽亢蜏蚀_，因此,對于控制服務器與現(xiàn)場工控機之間的網(wǎng)絡通信程序,一般采用基于可靠傳輸協(xié)議TCP基礎上的流式套接字編程加以實現(xiàn)。圖3是現(xiàn)場工控機與控制服務器協(xié)同工作的模型。
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3．2 安全策略
??? Web服務器提供用戶認證及用戶認證訪問權(quán)限，非注冊用戶無權(quán)登錄到Web服務器，注冊用戶權(quán)限分三級：管理員、控制員、一般用戶。管理員有權(quán)發(fā)送定值命令對現(xiàn)場設備的參數(shù)進行設置，并能夠增刪用戶?？刂茊T有權(quán)發(fā)送控制命令對現(xiàn)場設備進行控制。一般用戶能夠登錄到運行界面，對現(xiàn)場設備進行實時狀態(tài)監(jiān)測。由于現(xiàn)場設備在同一時間只能由一個用戶進行控制操作，其他用戶只能瀏覽，因此，為防止現(xiàn)場設備多用戶使用時發(fā)生沖突，應當建立設備鎖定機制。
??? 目前，以Web技術為基礎的通過互聯(lián)網(wǎng)絡來進行遠程監(jiān)控的技術，已成為監(jiān)控組態(tài)軟件的發(fā)展趨勢。工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)與Web技術的結(jié)合實現(xiàn)了集控制、管理、信息、調(diào)度、網(wǎng)絡于一體的企業(yè)綜合自動化。本文提出的設計方案是以Web技術實現(xiàn)監(jiān)控組態(tài)軟件的一種實踐，設計中的部分思想已經(jīng)運用到實際的產(chǎn)品開發(fā)中。
??? 本文的創(chuàng)新點：(1)Web技術是監(jiān)控組態(tài)軟件的最新發(fā)展方向，利用網(wǎng)絡優(yōu)勢與嵌入式系統(tǒng)的完美結(jié)合，實現(xiàn)網(wǎng)絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)將成為主流，而本文給出的正是將Web技術應用到監(jiān)控組態(tài)軟件中的一種實現(xiàn)方案。(2)將基于Web技術的監(jiān)控組態(tài)軟件劃分為四層體系結(jié)構(gòu)進行開發(fā)，對基于Web技術的監(jiān)控組態(tài)軟件的應用及普及具有前瞻性。
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