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SCADA开放扩展之上篇——架构设计

作者:admin     发布时间:2019-11-29 10:15     信息来源:未知     浏览:    

 

 

 摘要:
        在高要求的SCADA应用场合,软件的开放扩展性至关重要,我们认为软件良好的架构设计和足够强大的二次编程功能是实现开放扩展的主要手段,本文介绍SCADA开放扩展之架构设计,下篇介绍SCADA开放扩展之二次编程。

        5G、人工智能无疑是2019年科技领域最炙手可热的关键词,中国在5G商用上已经走在了世界前沿,在AI人工智能领域尽管与美国有差距,但随着市场和资本的洗礼,独角兽们自身不断历练和成长,中国AI市场也进入头部回归阶段。与之不同的是,“工业软件”作为智能制造灵魂,同样是国力较量的重要砝码,对这个关键词的盘点却每每让人心情为之沉重,有研究表明:我国自主工业软件市场占有率从上世纪90年代中后期的25%急剧萎缩到目前不足5%,关键领域甚至全军覆没。乐观的是,民间及官方已经意识到工业软件的重要性,政策及资本层面的呼声日益高涨,工业软件行业也即将迎来自己的高光时刻!
        工业软件是指在工业领域里进行研发设计、业务管理、生产调度和过程控制的相关软件与系统。工业软件是工业制造的大脑和神经,包含研发设计类(CAD、CAE、PLM等)、生产调度和过程控制类(MES、SCADA等)、业务管理类(ERP、SCM、HRM等)三大领域。
        SCADA作为一个重要的类别,不止在工业制造领域,还在智慧城市和指挥控制等各个领域都发挥了重要作用。那么随着自动化信息化智能化的进一步融合,在工厂和城市生活的生产运营单位的数字化转型业务中,对发挥重要作用的SCADA软件的关键要求是什么呢?

        最近一用户反馈“做了10多年项目,公司还是没有硬件,没有软件,没有平台,总是感觉缺点什么,想要突破一下”,通过沟通,最后客户对易控天地的架构、开放开发环境以及如何帮助客户搭建自己的应用平台非常感兴趣,用户直言“找对了感觉”。

毋庸置疑,对SCADA软件的关键要求就是开放扩展性!

一、采用通用SCADA软件之必要性
        工业软件的开发与其他应用软件的开发不同,工业软件是工业技术与信息技术融合的产物,要求开发者不仅精通软件开发,还要熟悉相关行业,需要依靠行业专家与软件开发人员的紧密配合。另外,需要行业经验的长期积累,专业性强且应用面窄,优秀的工业软件需要专业研发团队多年的工作积累,才能继承、深化、完善。
        工业软件的研发难度较大且成本高昂,通过产品定制或者开发行业专属应用软件的方式在市场上不是最佳选择,提供一个成熟可靠的通用软件平台,让用户可按需求进行二次开发,成为专业工业软件公司的主流业务模式。
采用专业软件公司的通用SCADA软件显然能带来诸多好处,例如:
 增强系统稳定性
 缩短工程开发周期
 降低工程开发和维护难度
 节省公司研发费用
 享受专业研究的前瞻性

二、 SCADA通用软件如何满足个性化
        通用SCADA软件可以应用在各个行业,包括智能制造业的装备、产线、工厂,智慧城市领域的建筑、交通、能源、环境,还可以应用在生产和应急领域的指挥控制,其系统规模也可伸缩,因此,软件避免不了个性化的问题,对软件的灵活性就提出了很高的要求,例如功能裁剪、增加、修改等,这就要求软件必须开放扩展。
        我们认为,SCADA软件的开发扩展主要体现在两个方面:一是良好的架构设计,二是提供足够强大的二次编程功能(例如易控天地的C#编程),本文重点介绍SCADA开放扩展之架构设计,下篇重点介绍SCADA开放扩展之二次编程。

三、 良好的开放扩展架构之必要性
先从用户角度感受一下SCADA软件设计中一个良好的开放扩展的架构是如何必要。
综合这几年的技术发展和用户现场项目需求,传统的SCADA架构设计在很多方面难以满足,举例如下:
(1)随着智能制造、互联网+、两化融合、虚拟应用等加速推进,越来越多的项目不再是纯自动化监控功能,大量的实时数据、图像数据、地理数据、管理数据、虚拟与现实场景应用等需要融合到一个平台,实现这些数据之间的实时联动、集成分析,才能为系统智能甚至智慧的实现提供可能性,对系统提出的要求除了深度集成多项功能外,系统本身的高度开放扩展就变得很有必要。
(2)随着自动化和信息化的融合加速,信息化的部分内容需要在通用自动化平台软件上实现,或者是平台软件需要实现自动化和信息化之间的数据交换和功能互相访问,从而实现两者的融合和扩展,一个完善的集成互联互通方案就很有必要。
(3)很多项目的实施都是分期实施或者后续需要扩容,系统规模会变得越来越大,以前的信息孤岛问题必须要解决,因此通用SCADA软件平台必须要考虑网络架构、功能设计的可扩容性。
(4)专业度更高、实力更强的客户往往有自己多年积累的技术和产品(包括软件产品),如何与这些技术和产品无缝融合,两者形成一个紧密整体,又是通用SCADA软件平台开放扩展性面临的另一个新高度!

        因此,一个好的SCADA产品,必须在设计之初就得具有一个良好的架构设计,具体说:产品由大量的基础模块、基础组件构成,内部各功能模块之间逻辑关系清晰简洁,在修改某一个模块或者功能来适应新的变化时而不影响其他功能。本质来讲就需要软件研发厂商深入分析各种业务之间的关系和独立性,这点其实就是专业的软件研发与一般系统集成性质的软件研发最大的差别,也是决定不同级别软件研发商能走得多远、产品具有多大生命力的关键!

下面以易控天地的良好设计举例说明软件架构设计的美妙之处。

四、易控天地软件的开放扩展架构设计
易控天地的开放扩展架构设计体现在很多方面,如:
(1)集成互联功能
易控天地提供了多种与外部系统进行系统集成和互联的手段,可以非常便捷地实现和业已存在的外部信息管理系统的数据交换和功能互相访问,从而间接实现工程的信息化集成。易控天地提供的手段包括通过OPC服务、WebService服务等对外提供数据交换和功能访问,也可以经中间文件、Excel表格和数据库表格进行中转对外互换数据,以及通过短信、微信和电子邮件和外部相关人员的数据交互,等等。
(2)模块化设计,规范接口
        对于专业用户的模块化产品对接的高端需求,易控天地优秀的模块化架构设计可以轻松应对,易控天地平台将交织在一起的监控功能划分为不同的功能模块,将每一个功能模块变成程序组件或称服务,如核心的实时数据库服务、数据采集和控制服务、数据存储管理服务、可视化人机界面服务、消息服务和安全服务等。这些服务都可以独立运行,例如形成易控天链数据采集和控制服务平台、易控天元实时数据管理平台、易控指挥官可视化平台等一系列面向专业用户的更加专业的平台产品,实现通用软件平台与专业用户业务系统的无缝对接!

 

(3)图形模板画面模板等设计
        易控天地提供的图形模板功能主要是满足工程画面上很多重复图形对象的反复修改需求。比如智慧农业工程应用中,画面上有成百上千的阀门和泵,这些阀门和泵的外观绘制和动画操作定义都需要费劲心思,一旦这些阀门或者泵需要修改,逐个修改就需要很大的工作量。易控天地提供的图形模板功能能够很好的解决这个问题,在模板上修改一次,即可将修改效果作用到所有图形上,原来定义的所有属性动画操作等都不会发生改变。画面模板是为了解决工厂应用中有很多同样的监控对象,比如啤酒厂,监控的啤酒发酵罐有400个,如果将400个画面都绘制出来,绘制或者修改具有很大工作量,更重要的问题是,大量画面增加了运行系统的负担。在易控天地中利用画面模板功能,只需要将画面绘制一次,保存成模板即可,在工程运行时,可以使用画面模板打开多个画面,可以说,实现了以一敌百的效果。这些都是软件中非常细节但也是非常实用的开放扩展性的体现。

最后以某知名设备制造商的MES系统融合为例,看看易控天地的开放扩展之功效:

        国内某知名设备制造商制造的设备销售到工厂,随着产业升级,越来越多的工厂需要设备以及设备上层的生产制造执行系统配套,因此该公司组织了一个几十人的研发队伍,耗时两年多研发出了MES(生产制造执行系统),公司也一举具备了系统集成的产品和能力,但是在后期研发和初步试用过程中发现系统不尽如人意,尤其在了解易控天地产品后,发现易控天地的IO通信架构、强大的画面功能、视频融合功能都是一般软件无法匹敌的,在双方对各自产品的架构体系进行梳理和分析后,找到了一种堪称完美的产品合作方式:采用易控天地的数据采集功能和炫酷画面展示功能,将易控天地的画面嵌入其MES系统的监控界面(即在看到的一个图形界面上实际上运行的是两套软件),对外整体以MES生产执行系统呈现给客户,丝毫感受不到其背后运行的强大的SCADA软件易控天地。如下界面所示效果,视频显示部分是嵌入易控天地画面,当然也可以嵌入易控天地的GIS、三维动画、常规画面动画等画面内容。

        “天下难事必作于易,天下大事必作于细”,良好的架构设计是化繁为简的手段,也是需要经过反复思考和锤炼才能达成的一种境界。易控天地软件中创新的细节设计无处不在,增强系统的开放扩展性也正是这些设计考虑之重点。

        二次编程也是增强通用SCADA软件开放扩展性的重要手段,那么在二次编程上又如何分出高低呢,请关注后续文章:SCADA开放扩展之二次编程。


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