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圖1  基于Client/Server架構(gòu)的畫面系統(tǒng)

圖2  基于三層架構(gòu)的畫面系統(tǒng)

    三層結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的客戶服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，代表了企業(yè)級應(yīng)用的未來，典型的有Web下的應(yīng)用、多層C/S應(yīng)用等。多層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)的含義是一樣的，只是細(xì)節(jié)有所不同。之所以會有二層、三層這些提法，是因為應(yīng)用程序要解決三個層面的問題：

        (1)  瀏覽層（界面層）提供給用戶一個視覺上的界面，通過界面層，用戶輸入數(shù)據(jù)、獲取數(shù)據(jù)。界面層同時也提供一定的安全性，確保用戶不會看到機密的信息。

    (2)  邏輯層（也稱中間層、中介代理）是界面層和數(shù)據(jù)層的橋梁，它響應(yīng)界面層的用戶請求，執(zhí)行任務(wù)并從數(shù)據(jù)層抓取數(shù)據(jù)，并將必要的數(shù)據(jù)傳送給界面層。使用清晰的語言陳述論點。

    (3)  數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)層定義、維護數(shù)據(jù)的完整性、安全性，它響應(yīng)邏輯層的請求，訪問數(shù)據(jù)。這一層通常由大型的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實現(xiàn)，如Oracle、Sybase、DB2、MS SQL Server等。

    單層結(jié)構(gòu)將瀏覽層、邏輯層、數(shù)據(jù)層合并在一起。二層結(jié)構(gòu)有兩種，一種將瀏覽層和邏輯層合為一層，數(shù)據(jù)層是另一層，通常稱為胖客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)；另一種將邏輯層和數(shù)據(jù)層合為一層，瀏覽層是另一層，通常稱為瘦客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。三層結(jié)構(gòu)則將這幾層分離處理。它是最簡單的多層應(yīng)用，它把應(yīng)用程序分為：瘦客戶端應(yīng)用程序、應(yīng)用程序服務(wù)器和遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。其中，客戶端主要負(fù)責(zé)用戶界面的處理；服務(wù)器端主要負(fù)責(zé)商業(yè)邏輯的處理，為客戶端提供公共的數(shù)據(jù)服務(wù)，處理客戶端與數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)流；遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提供關(guān)系數(shù)據(jù)庫的存取與維護。

    其優(yōu)點在于：① 具有靈活的硬件系統(tǒng)構(gòu)成及更好的支持分布式計算環(huán)境。② 提高程序的可維護性。③ 瘦客戶的模式。④ 進(jìn)行嚴(yán)密的安全管理，此外，系統(tǒng)管理簡單，可支持異種數(shù)據(jù)庫，有很高的可用性。

3  設(shè)計思想及方法

    經(jīng)過仔細(xì)分析，筆者認(rèn)為：原畫面服務(wù)器采用的硬件配置偏低，且設(shè)計時考慮的客戶機節(jié)點CimView數(shù)目較少，但現(xiàn)在整個畫面服務(wù)系統(tǒng)客戶機節(jié)點CimView數(shù)量增加較多，造成了畫面服務(wù)器負(fù)擔(dān)過重，畫面服務(wù)器的信號處理能力不足，這是發(fā)生部分畫面變灰故障的主要原因。

    設(shè)計思想：針對這個原因筆者把目光集中到提高數(shù)據(jù)處理能力，降低畫面系統(tǒng)負(fù)載上，首先提高了畫面服務(wù)器的內(nèi)存容量，提高至512M，但效果不明顯。這時決定以犧牲整個畫面系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號點的刷新頻率為代價，降低畫面系統(tǒng)負(fù)荷，把數(shù)據(jù)信號點的刷新頻率由每秒鐘刷新4次，降低到每秒鐘刷新3次，但效果也甚微。

    在此情況下筆者重新考慮，提出對整個畫面系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，區(qū)域劃分。采用雙畫面服務(wù)器在線聯(lián)機控制整個畫面系統(tǒng)，來提高控制系統(tǒng)的性能。很顯然，實現(xiàn)這一設(shè)想，要解決諸多技術(shù)上的問題。首先原畫面系統(tǒng)管轄范圍需重新分離，按照區(qū)域?qū)υ械脑O(shè)備、CimView、資源、用戶及相關(guān)的點分別劃歸兩臺在線服務(wù)器響應(yīng)，管理。兩者之間既要相互獨立，又要互不干擾，相輔相成，組成統(tǒng)一的畫面系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3  基于三層架構(gòu)的雙畫面中間處理服務(wù)器

    但該方案實施難度較大，整個畫面系統(tǒng)有15000多個數(shù)據(jù)信號點需重新規(guī)劃，按照區(qū)域?qū)υO(shè)備、資源重新劃分，劃分后的系統(tǒng)其數(shù)據(jù)信號點一個也不能少。其次要對原有的370多幅畫面重新修改，修改后的畫面既要能滿足生產(chǎn)要求，又要盡可能的避免一幅畫面同時訪問兩個畫面服務(wù)器，造成時間響應(yīng)上的遲緩。外方工程師對該設(shè)計方案的獨特性給予了肯定，但由于沒有成功實踐過的經(jīng)驗，所以很難預(yù)料是否能成功實現(xiàn)這一設(shè)想。

    設(shè)計方法：

    (1)  硬件方面，提高數(shù)據(jù)處理能力。增大原畫面服務(wù)器的內(nèi)存容量，由256M提高到512M。新增的畫面服務(wù)器采用奔4處理器和512M DDR內(nèi)存。

    (2)  軟件方面，對原有的畫面服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行重新規(guī)劃，修改畫面。對原有整個軋線的CimView、設(shè)備、資源、用戶及相關(guān)的點重新劃分。粗軋、精軋區(qū)域的歸“精軋工程”服務(wù)器管理，卷取區(qū)域的歸“卷取工程”服務(wù)器管理。修改畫面使粗軋、精軋區(qū)域畫面歸“精軋工程”服務(wù)器管理，卷取區(qū)域畫面的歸“卷取工程”服務(wù)器管理。

    (3)  預(yù)留將來粗軋、加熱爐改造擴展余量。“卷取工程”服務(wù)器留有足夠余量以加入粗軋、加熱爐區(qū)域的設(shè)備、資源及信號點。

4  項目具體實施步驟

    (1)  安裝配置WIN2000操作系統(tǒng)及相關(guān)硬件，設(shè)置TCP/IP通訊網(wǎng)卡、UDP/IP網(wǎng)卡。

    (2)  配置Cisco交換機端口。

    (3)  安裝配置Cimplicity畫面服務(wù)器軟件，完成用戶注冊。

    (4)  安裝配置基于TCP/IP 協(xié)議的GE IO_Services通訊軟件。

    (5)  安裝配置基于NT環(huán)境下的瀏覽站與服務(wù)器之間的專用通訊軟件GE HINT。

    (6)  安裝配置GE 信號交換SDB_Exchange軟件。

    (7)  配置數(shù)據(jù)庫ODBC數(shù)據(jù)源。

    (8)  修改所有畫面。

    (9)  重新配置畫面工程、CimView、設(shè)備、資源、用戶及相關(guān)的點。

5  項目實施后存在的問題及改進(jìn)對策

    存在的問題：① 由于現(xiàn)在是兩個畫面服務(wù)器管理畫面系統(tǒng)，這就造成操作工第一次系統(tǒng)登錄時必須登錄兩個工程，且要經(jīng)過兩次身份認(rèn)證。② 在從精軋畫面工程切換到卷取畫面工程時等待時間較長。③ 整個計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)荷有所增大。

    改進(jìn)對策：① 操作工在一次成功登錄時，選擇系統(tǒng)自動保存用戶和密碼。② 操作工成功登錄后，先進(jìn)行工程之間的切換。③ 雖然網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)荷增大，但對整個網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力來說還是較小的。

6  項目評價

    實時控制系統(tǒng)對信號的響應(yīng)性要求非常高，尤其是熱連軋過程控制系統(tǒng)。隨著軋制節(jié)奏的加快，要求各功能軟件能夠快速的做出反映，而且還需要快速的展現(xiàn)在操作人員面前，以便及時了解成品質(zhì)量情況。項目攻關(guān)小組通過近半年的設(shè)計、規(guī)劃、試驗、投入運行，終于實現(xiàn)了原有一個畫面中間處理服務(wù)器到建立二個畫面中間處理器的成功過渡，從中反映出大型實時控制系統(tǒng)分布式處理與三層架構(gòu)的結(jié)合對提高系統(tǒng)整體性能的有效性。對原有的CimView、設(shè)備、資源、用戶及相關(guān)的點重新規(guī)劃后，每臺畫面中間處理器的CPU使用率降低到50%以下，系統(tǒng)響應(yīng)更及時。自該項目成功投入使用后未發(fā)生畫面變灰和畫面不可操作的現(xiàn)象，基本杜絕了由于畫面系統(tǒng)問題而造成的廢鋼，從而有效的保證了生產(chǎn)的順行，同時該項目的成功實現(xiàn)也為將來我廠進(jìn)行粗軋、加熱爐計算機系統(tǒng)改造積累了豐富的經(jīng)驗。

7  結(jié)語

    自動化實時控制領(lǐng)域向多層分布式應(yīng)用系統(tǒng)跨越已經(jīng)成為一種必然趨勢。開發(fā)好多層應(yīng)用系統(tǒng)關(guān)鍵是清晰、合理地劃分好瀏覽層、中間層和數(shù)據(jù)層并使其獨立，可以使系統(tǒng)構(gòu)成變的非常簡單，選擇什么樣的平臺和工具，如何簡化分布式應(yīng)用的開發(fā)、分發(fā)及管理工作，已成為企業(yè)迫切需要解決的問題。多層體系并不單是技術(shù)問題，它是一種軟件開發(fā)的方法論。而且，多層結(jié)構(gòu)主要是指邏輯上的三層，不是物理意義上的多層。傳統(tǒng)的Client/Server也可以采用三層開發(fā)思想。另外，若采用多層開發(fā)模式，而不運用OOP的開發(fā)思想，很難做到真正意義的多層結(jié)構(gòu)。如果把多層和OOP結(jié)合起來，進(jìn)行軟件開發(fā)，那么開發(fā)出來的應(yīng)用系統(tǒng)就具有很強的適應(yīng)性，物理上既可以是多層的，也可以是傳統(tǒng)兩層的，可以根據(jù)實際的需要靈活配置。