基于构件技术高扩展性组态软件研究

摘要

“组态”的概念是伴随着集散型控制系统的出现开始被生产过程自动化技术人员所熟知的。组态软件是面向监控与数据采集的软件平台工具。国内外有许多组织和机构从事组态方面的研究，自二十世纪九十年代起，在市面上也相继出现了一批比较优秀的组态软件。随着现代工业的高速发展，企业对生产自动化和各种信息的集成要求越来越高，基于计算机控制的组态软件因其灵活开发、高可靠性、分散控制和集中监控等特点得到广泛的应用，在工业监控系统中发挥越来越重要的作用，而传统的组态软件存在扩展性不强和开发周期长等缺点。对此提出一种构件化组态软件模型。 构件化组态软件(CBCS，Component-Based Configuration Software)是在组态软件的体系结构基础上，将组态软件系统内部相对独立的具体功能抽象为一个个构件，根据系统宏观的配置描述和构件对自身的描述将这些构件放到软件系统的构件集中，构件集与构件集管理组成了构件库，组态软件的构成部分组态环境和运行环境在构件库基础上实现，从而使组态软件构件化，形成一个灵活、扩展性、复用性强的组态软件。构件化组态软件过程最重要的是构造构件库，构件库是构件化软件必不可少的部分，它由构件集和构件集管理两部分构成。构件库的实现其实质也就是构件集和构件集管理的实现。构件集是由一个个构件组成。 在本论文中，我们采用构件技术对组态软件的总体设计加以改进，并具体实现了基于构件技术的组态软件的开发。主要研究工作内容如下： 1．通过对现有的多种比较典型的组态软件的分析，针对其存在的不足，提出使用构件技术来改进组态软件的总体设计和开发。 2．阐述了基于构件技术的软件开发，提出了组态软件的设计要求，对组态软件的结构和功能进行了划分，在此基础上设计了基于构件技术的组态软件(Component-Based Configuration Software，CBCS)框架。 3．CBCS实时数据库构件设计和实现，目前大多数组态软件的实时数据库采用集中式或分布式，本文对这两种结构实时数据库的优缺点进行了分析，提出了实时数据库采用了集中和分布相结合的结构，并且对这种结构进行了详细设计和实现。 4．图形构件(Graphic Consumer Interface，GCI)设计和实现，经过对图形构件结构和所要实现的功能进行了反复的分析和总结，设计了基于构件技术的图形构件的结构图，并对其各个功能进行了设计和实现。 5．初步完成CBCS系统的设计和实现后，针对一个屯留矿井瓦斯抽放监控系统的工程背景，使用CBCS完成了该工程的组态，并将组态结果和一个典型的组态软件的组态结果进行了比较，验证了CBCS的可行性和优越性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1.组态软件的发展背景

1.2.组态软件的特点

1.3.组态软件的发展现状

1.3.1.国外组态软件

1.3.2.国内组态软件

1.3.3.组态软件现状分析

1.4.论文的结构

第二章基于构件的软件开发

2.1.软件复用

2.2.软件构件

2.2.1.构件技术领域简介

2.2.2.构件相关标准发展动态

2.3.基于构件的软件开发

2.3.1.基于构件开发简介

2.3.2.基于构件开发的特点

第三章CBCS系统结构

3.1.组态软件设计目标和要求

3.2.组态软件结构和功能分析

3.2.1.组态软件的结构划分

3.2.2.组态软件功能模块的划分

3.3.基于构件组态软件的系统结构

3.4.CBCS系统的构件标准

3.5.CBCS系统结构的具体实现

第四章混合结构实时数据库构件

4.1.实时数据库结构

4.1.1.实时数据库横向结构

4.1.2.实时数据库纵向结构

4.1.3.实时库结构的纵向配置信息

4.1.4.实时数据库的横向配制信息

4.1.5.实时数据库结构初始化过程

4.1.6.实时数据库共享内存的结构

4.1.7.实时数据库结构的主要类

4.2.实时数据库中数据的检索

4.2.1.通过HASH表快速检索和定位

4.2.2.外键创建Index快速定位

4.2.3.建立循环链表快速定位

4.3.实时数据库接口

4.3.1.通用的实时数据库访问接口

4.3.2.快速实时数据库访问接口

4.3.3.SQL语言访问接口

4.3.4.面向对象的实时数据库访问接口

4.4.实时数据库Trigger

4.5.实时数据库数据同步

第五章图形构件

5.1.总体结构

5.2.图形存储和访问

5.3.图形绘制

5.4.定时器

5.5.实时数据访问

5.5.1.访问方式

5.5.2.SCADA点访问

5.5.3.实时库任意字段访问

5.5.4.装饰域访问

5.5.5.实时库访问接口扩展

5.6.内存分配管理

5.7.历史数据访问

5.8.动态扩展机制

5.9.装饰管理

5.10.告警管理

5.11.数据反演

5.12.主要类定义

第六章CBCS的应用

6.1.屯留矿井瓦斯抽放监控系统概述

6.2.瓦斯抽放泵站介绍

6.3.井下测量介绍

6.4.屯留矿井瓦斯抽放监控背景下CBCS的应用

第七章总结

7.1.工作总结

7.2.工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文