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摘要:该文主要探讨了监控组态软件设计与开发中六大关键技术,具有一定的实践意义。
关键词:监控组态软件;关键技术
中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)14-3706-02
Configuration Software to Monitor the Research of Key Technologies
FANG Lin
(Tianhe college of Guangdong polytechnical normal university,Guangzhou 510540,China)
Abstract: This paper mainly discusses the design and configuration software to monitor the development of six key technologies, with a certain degree of practical significance.
Key words: Monitor configuration software; Key technologies
1 引言
监控组态软件设计与开发是一项十分复杂的工程任务,涉及到面向对象技术、图形技术、数据库访问技术、网络通信技术、组件技术、多线程技术等相关理论与技术。
2 面向对象技术
当前,许多设计监控组态软件的开发者采用了面向对象编程(Object Oriented Programming)技术,通过对监控组态软件的各功能模块的分析、抽象,提炼出具体的操作行为及属性,构建出基本类库,当需要时,可以从基本类库中派生出新类并实例化,从而可以方便地在通用的开发平台上建立有自己独特功能的监控组态软件。这种导出式的开发方式具有较高的软件重用性,避免了软件模块的重复开发,是一种比较成熟的方法。
面向对象的程序设计的本质是把数据和处理数据的过程当成一个整体,即对象。面向对象程序设计的实现需要封装和数据隐藏技术,需要继承和多态技术。所谓封装和数据隐藏指的是控制对象数据访问的特定规则。将数据和操作这些数据的代码包装成一个对象,而将数据和操作细节隐藏起来,这一过程叫做封装。封装的基本思想是:如果增加某些限制,使得对数据的访问可按照统一的方式进行,那就比较容易产生更为强壮的代码。继承机制指建立子类或派生类的能力,使面向对象软件很容易适应不同的应用而不用修改其原始设计。在重用原始设计的同时,增加新的功能或遗弃不必要的功能。多态性通过继承的方法构造类,采用多态性为每个类指定表现行为。继承性和多态性的组合,可以轻易地生成一系列虽类似但独一无一的对象。由于继承性,这些对象共享许多相似的特征。但由于多态性,一个对象可以有独特的表现方式,而对另一个对象有另一种表现形式。
3 图形技术
监控系统需要在远离现场的控制室对系统的各状态进行监控,逼真地反映现场的真实运行状态和设备的运行状态,这就要求监控组态软件具有良好的图形监控画面,丰富强大的图形组态功能,从而能够达到再现现场实况,为管理人员提供简单方便的操作的效果。监控组态软件具有友好的人机界面和强大的组态能力,其人机界面不再是单一的文字,而是文字和图形的综合处理,除了具有菜单式的操作方法外,一般都采用图形化、仪表化的操作界面,提供趋势图、报警等常用过程控制中的监控乎段。充分利用图形技术,可将界面设计的非常友好,方便操作人员使用。
4 数据库访问技术
监控系统的处理过程其实就是数据采集、数据传递和数据处理的过程,其中对于数据的处理难免要用到数据库。监控系统由于其应用场合的特殊性,它的数据处理与一般的商业软件有着明显的区别,前者需要处理最多的是实时更新现场数据,即处理一些实时的不断变化的数据,数据与时间因素紧密相关;而后者这种实时的因素相对较弱,主要是处理一些静态的数据。在监控系统中涉及到两种数据库:实时数据库和历史数据库。
数据库是组态软件的重要组成部分,其它组件模块经常要对数据库进行读写、创建、删除等操作。比如历史控件需要查询、读取历史数据,硬件I/O模块需要将从外围设备中取得的数据定时写入数据库中等。因此数据库访问技术是组态软件开发中经常要设计的一项技术之一。微软提供了一个通用解决方案——OLE DB,它是一组COM(Component Object Model,组件对象模型)接口的集合,提供了统一的方法以访问存储在不同信息源中的数据。但是,由于OLEDB API是为了给尽可能多的不同应用提供最佳功能而设计的,因此不符合使用简便这一要求。所以,我们需要一个介于OLE DB和实际应用之间的桥梁,而ADO正是这座桥梁。
ADO是为Microsoft最新和最强大的数据访问接口OLE DB而设计的,是一个便于使用的应用程序层。OLE DB为任何数据源都提供了高性能的访问,这些数据源包括关系和非关系数据库、电了邮件、文件系统、文本和图形以及自定义业务对象等。ADO在关键的Internet方案中使用最少的网络流量,并且在前端和数据源之间使用最少的层数,所有这些都是为了提供高性能的接口。同时ADO使用了与DAO相似的约定和特性,使得它更易于学习。
5 网络通信技术
网络程序的实现可以有多种方式,Windows Socket就是其中一种比较简单的实现方法。Socket是连接应用程序与网络驱动程序的桥梁,Socket在应用程序中创建,通过绑定操作与驱动程序建立关系。此后,应用程序送给Socket的数据,由Socket交给驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定的IP地址和端口号相关的数据后,由驱动程序交给Socket,应用程序便可以从该Socket中提取接收到的数据。网络应用程序就是这样通过Socket进行数据的发送和接收的。
在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户机/服务器模式(client/server),即客户向服务器提出请求,服务器接收到请求后,提供响应的服务。监控组态软件在建立客户机/服务器模式时主要基于以下两点:首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区。
6 组件技术
组件是一种可重复调用的软件块,它把维护及操作某一类信息的程序集中在一起独立成块。应用系统通过预先定义好的界面来调用执行组件。组件可以简单如一个类,也可以复杂如完整的应用服务处理。组件与调用它的应用环境一起构成容器系统,它提供了一种执行服务器组件的运行环境。常用的组态软件控件为ActiveX控件。
ActiveX是Microsoft的一个术语,是基于组件对象模型(COM - Component Object Model)的一种技术,是一组包括控件、Dll和ActiveX文档的组件,它通常是以动态链接库的形式存在,因此必须在一个叫容器的独立执行软件中运行。ActiveX技术的核心是ActiveX控件。事实上,ActiveX控件是OLE控件的一个新的称呼。以前所创建的OLE控件自然而然地成为ActiveX控件,并且可以在ActiveX应用程序中使用。原有的OLE控件的最大问题是过于笨重。这主要因为它们面向桌面应用,实现了完整的 OLE控件标准接口集。而ActiveX控件,主要是在Internet环境下应用,所以必须做到尽可能的小。ActiveX控件的一个特点是能够自动下载。支持ActiveX控件的浏览器如果发现正在浏览的页面中用到某个ActiveX控件是它所没有的,便会自动从服务器端下载ActiveX控件并安装它。ActiveX控件的数据输入和函数功能的执行都必须通过容器,因此ActiveX控件和容器都必须支持一些特定的接口协议。
目前使用的大多数监控组态软件都提供了使用ActiveX控件的能力。程序员可以利用自己熟悉的开发语言来开发ActiveX控件,任何能通过编程来完成的任务都可写成一个或多个ActiveX控件。用户不仅可以自己创建ActiveX控件,也可以直接使用第三方程序开发者提供的ActiveX控件例如微软的MSCOMM控件,用户利用它可以轻松完成利用串口通讯的程序;又如Tide Stone公司的Formulate0ne控件可以完成各种较为复杂的报表。控件的使用大大增强了组态软件的灵活性。
7 多线程技术
多线程技术也是组态软件中普遍使用的技术之一。为了实现程序的实时性、并发性,防止因为单个线程而阻塞整个程序运行,画面线程和操作线程往往需要分开。另外,为了提高CPU执行效率,也常常使用多线程技术,比如监控组态软件中的硬件读写模块为每一个I/O设备开辟一个线程,以加快程序执行速度以及网络通信过程中为每个客户端请求开辟一个响应线程。虽然线程确实非常有用,但使用线程时可能产生新的问题。比如线程间的通信和同步问题,这也是我们在使用多线程时最需要注意的问题。线程需要在下面两种情况下互相进行通信:
第一,当有多个线程访问共享资源而不使用资源被破坏时。
第二,当一个线程需要将某个任务已经完成的情况通知另外一个或多个线程时。
Windows提供了许多方法,可以非常容易地实现线程的同步。这些方法包括:临界区、信号量、互斥体、事件对象等。
参考文献:
[1] 王亚民,陈青,刘畅生,等.组态软件设计与开发[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2003.
[2] 马国华.监控组态软件及其应用[M].北京:清华大学出版社,2001.
[3] 王海瑞.ActiveX技术在组态软件中的应用研究[J].计算机测量与控制,2002(6).
关键词:监控组态软件;关键技术
中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)14-3706-02
Configuration Software to Monitor the Research of Key Technologies
FANG Lin
(Tianhe college of Guangdong polytechnical normal university,Guangzhou 510540,China)
Abstract: This paper mainly discusses the design and configuration software to monitor the development of six key technologies, with a certain degree of practical significance.
Key words: Monitor configuration software; Key technologies
1 引言
监控组态软件设计与开发是一项十分复杂的工程任务,涉及到面向对象技术、图形技术、数据库访问技术、网络通信技术、组件技术、多线程技术等相关理论与技术。
2 面向对象技术
当前,许多设计监控组态软件的开发者采用了面向对象编程(Object Oriented Programming)技术,通过对监控组态软件的各功能模块的分析、抽象,提炼出具体的操作行为及属性,构建出基本类库,当需要时,可以从基本类库中派生出新类并实例化,从而可以方便地在通用的开发平台上建立有自己独特功能的监控组态软件。这种导出式的开发方式具有较高的软件重用性,避免了软件模块的重复开发,是一种比较成熟的方法。
面向对象的程序设计的本质是把数据和处理数据的过程当成一个整体,即对象。面向对象程序设计的实现需要封装和数据隐藏技术,需要继承和多态技术。所谓封装和数据隐藏指的是控制对象数据访问的特定规则。将数据和操作这些数据的代码包装成一个对象,而将数据和操作细节隐藏起来,这一过程叫做封装。封装的基本思想是:如果增加某些限制,使得对数据的访问可按照统一的方式进行,那就比较容易产生更为强壮的代码。继承机制指建立子类或派生类的能力,使面向对象软件很容易适应不同的应用而不用修改其原始设计。在重用原始设计的同时,增加新的功能或遗弃不必要的功能。多态性通过继承的方法构造类,采用多态性为每个类指定表现行为。继承性和多态性的组合,可以轻易地生成一系列虽类似但独一无一的对象。由于继承性,这些对象共享许多相似的特征。但由于多态性,一个对象可以有独特的表现方式,而对另一个对象有另一种表现形式。
3 图形技术
监控系统需要在远离现场的控制室对系统的各状态进行监控,逼真地反映现场的真实运行状态和设备的运行状态,这就要求监控组态软件具有良好的图形监控画面,丰富强大的图形组态功能,从而能够达到再现现场实况,为管理人员提供简单方便的操作的效果。监控组态软件具有友好的人机界面和强大的组态能力,其人机界面不再是单一的文字,而是文字和图形的综合处理,除了具有菜单式的操作方法外,一般都采用图形化、仪表化的操作界面,提供趋势图、报警等常用过程控制中的监控乎段。充分利用图形技术,可将界面设计的非常友好,方便操作人员使用。
4 数据库访问技术
监控系统的处理过程其实就是数据采集、数据传递和数据处理的过程,其中对于数据的处理难免要用到数据库。监控系统由于其应用场合的特殊性,它的数据处理与一般的商业软件有着明显的区别,前者需要处理最多的是实时更新现场数据,即处理一些实时的不断变化的数据,数据与时间因素紧密相关;而后者这种实时的因素相对较弱,主要是处理一些静态的数据。在监控系统中涉及到两种数据库:实时数据库和历史数据库。
数据库是组态软件的重要组成部分,其它组件模块经常要对数据库进行读写、创建、删除等操作。比如历史控件需要查询、读取历史数据,硬件I/O模块需要将从外围设备中取得的数据定时写入数据库中等。因此数据库访问技术是组态软件开发中经常要设计的一项技术之一。微软提供了一个通用解决方案——OLE DB,它是一组COM(Component Object Model,组件对象模型)接口的集合,提供了统一的方法以访问存储在不同信息源中的数据。但是,由于OLEDB API是为了给尽可能多的不同应用提供最佳功能而设计的,因此不符合使用简便这一要求。所以,我们需要一个介于OLE DB和实际应用之间的桥梁,而ADO正是这座桥梁。
ADO是为Microsoft最新和最强大的数据访问接口OLE DB而设计的,是一个便于使用的应用程序层。OLE DB为任何数据源都提供了高性能的访问,这些数据源包括关系和非关系数据库、电了邮件、文件系统、文本和图形以及自定义业务对象等。ADO在关键的Internet方案中使用最少的网络流量,并且在前端和数据源之间使用最少的层数,所有这些都是为了提供高性能的接口。同时ADO使用了与DAO相似的约定和特性,使得它更易于学习。
5 网络通信技术
网络程序的实现可以有多种方式,Windows Socket就是其中一种比较简单的实现方法。Socket是连接应用程序与网络驱动程序的桥梁,Socket在应用程序中创建,通过绑定操作与驱动程序建立关系。此后,应用程序送给Socket的数据,由Socket交给驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定的IP地址和端口号相关的数据后,由驱动程序交给Socket,应用程序便可以从该Socket中提取接收到的数据。网络应用程序就是这样通过Socket进行数据的发送和接收的。
在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户机/服务器模式(client/server),即客户向服务器提出请求,服务器接收到请求后,提供响应的服务。监控组态软件在建立客户机/服务器模式时主要基于以下两点:首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区。
6 组件技术
组件是一种可重复调用的软件块,它把维护及操作某一类信息的程序集中在一起独立成块。应用系统通过预先定义好的界面来调用执行组件。组件可以简单如一个类,也可以复杂如完整的应用服务处理。组件与调用它的应用环境一起构成容器系统,它提供了一种执行服务器组件的运行环境。常用的组态软件控件为ActiveX控件。
ActiveX是Microsoft的一个术语,是基于组件对象模型(COM - Component Object Model)的一种技术,是一组包括控件、Dll和ActiveX文档的组件,它通常是以动态链接库的形式存在,因此必须在一个叫容器的独立执行软件中运行。ActiveX技术的核心是ActiveX控件。事实上,ActiveX控件是OLE控件的一个新的称呼。以前所创建的OLE控件自然而然地成为ActiveX控件,并且可以在ActiveX应用程序中使用。原有的OLE控件的最大问题是过于笨重。这主要因为它们面向桌面应用,实现了完整的 OLE控件标准接口集。而ActiveX控件,主要是在Internet环境下应用,所以必须做到尽可能的小。ActiveX控件的一个特点是能够自动下载。支持ActiveX控件的浏览器如果发现正在浏览的页面中用到某个ActiveX控件是它所没有的,便会自动从服务器端下载ActiveX控件并安装它。ActiveX控件的数据输入和函数功能的执行都必须通过容器,因此ActiveX控件和容器都必须支持一些特定的接口协议。
目前使用的大多数监控组态软件都提供了使用ActiveX控件的能力。程序员可以利用自己熟悉的开发语言来开发ActiveX控件,任何能通过编程来完成的任务都可写成一个或多个ActiveX控件。用户不仅可以自己创建ActiveX控件,也可以直接使用第三方程序开发者提供的ActiveX控件例如微软的MSCOMM控件,用户利用它可以轻松完成利用串口通讯的程序;又如Tide Stone公司的Formulate0ne控件可以完成各种较为复杂的报表。控件的使用大大增强了组态软件的灵活性。
7 多线程技术
多线程技术也是组态软件中普遍使用的技术之一。为了实现程序的实时性、并发性,防止因为单个线程而阻塞整个程序运行,画面线程和操作线程往往需要分开。另外,为了提高CPU执行效率,也常常使用多线程技术,比如监控组态软件中的硬件读写模块为每一个I/O设备开辟一个线程,以加快程序执行速度以及网络通信过程中为每个客户端请求开辟一个响应线程。虽然线程确实非常有用,但使用线程时可能产生新的问题。比如线程间的通信和同步问题,这也是我们在使用多线程时最需要注意的问题。线程需要在下面两种情况下互相进行通信:
第一,当有多个线程访问共享资源而不使用资源被破坏时。
第二,当一个线程需要将某个任务已经完成的情况通知另外一个或多个线程时。
Windows提供了许多方法,可以非常容易地实现线程的同步。这些方法包括:临界区、信号量、互斥体、事件对象等。
参考文献:
[1] 王亚民,陈青,刘畅生,等.组态软件设计与开发[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2003.
[2] 马国华.监控组态软件及其应用[M].北京:清华大学出版社,2001.
[3] 王海瑞.ActiveX技术在组态软件中的应用研究[J].计算机测量与控制,2002(6).