论文部分内容阅读
（1.广州中国科学院沈阳自动化研究所分所，广州 511458；2.中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳 110016；3.广州文冲船厂有限责任公司，广州 510700）
摘 要：本系统以冗余的光纤环网作为主干网络，采用了有线和无线相结合的混合网络结构，构建了由PLC、WIA-PA无线设备、工作站和服务器等组成的船配设备监控网络，并将 WebAccess网际组态和Flash界面设计引入到系统的设计中，开发了基于B/S架构的人机界面友好，交互功能丰富的船配设备管理系统。
关键词：WebAccess；Flash；光纤环网；WIA-PA；B/S 架构
中图分类号：TP391 文献标识码：A
1 前言
对于现代船舶而言，船配设备的总价值占全船总成本的40%～60%[1]，且种类繁多、数量庞大的船配设备基本上由多个相互独立的控制系统进行监管，系统开放程度低，导致数据共享不充分而形成了许多的 “信息孤岛”，难以实现全船数据的同一管理和集中挖掘利用。因此，在大数据、云计算等信息技术日新月异的今天，设计开发具有开放性好、信息共享充分、通信安全快捷、系统稳定可靠、交互体验感好等特点的船配设备管理系统既迫切又具有实际意义，本项目的研究正是基于上述需求而提出的。
在船舶监控领域，目前大多数的应用都是基于C/S架构，利用传统组态软件开发而成的。虽然该监控系统的技术比较成熟，但存在着成本高、维护困难、难以移植等诸多问题，且它们所能提供的监控界面基本都是面向行业应用的典型图形界面，画面表现力弱。最重要的是，用组态软件实现的监控系统必须在组态软件提供的运行环境下运行，这使得整个监控系统变得冗繁[2]，兼容性和可移植性较差。基于上述考虑，本系统将 WebAccess网际组态引入到系统设计中，开发基于 B/S 架构的船配设备管理系统。此外，为了使系统更加人性和美观，我们采用Flash技术来进行用户交互界面的设计，以提升整个系统的人机界面友好度和交互体验感。
2 系统框架设计
2.1 系统总体结构
如图1所示，设备层为本系统的管理对象，主要是包括柴油机组、空压机、加热玻璃、风机、空调、照明等的一系列船配设备。
系统的控制层/执行层为PLC或者WIA-PA无线传感网系统，向下负责设备层的数据采集和控制功能，向上通过OPC Client接口与数据交互层之间进行数据交互；数据交互层就是嵌入到Web service中的OPC Server，它负责控制层/执行层的PLC或者WIA-PA网关设备与应用层中的OPC Client之间的数据交互；应用层由数据库、WebAccess、Flash、OPC Client和ODBC（Open Database Connectivity）等几大部分共同组成，将Flash整合到WebAccess中，实现强大的界面表现功能，WebAccess通过脚本语言与Flash的Action Script、fscommand命令相结合实现数据的交互传递；此外，WebAccess作为一款网际组态软件，是完全基于IE 浏览器的 B/S架构，采用web浏览器作为客户端，通过船舶内部局域网便可进行系统的远程监控，而且其本身支持对主流数据库的读写，只需在Windows的ODBC管理器中添加ODBC数据源等一系列操作便可实现对数据库的访问。
2.2 系统网络设计
如图2所示，本系统以冗余的光纤环网为主干，当环网链路上某处发生断线等故障时，系统可自动开启冗余的链路，迅速恢复运行，保障系统正常工作，消除了传统的光纤网络主干方式带来的安全隐患。
系统在设备级层面采用有线的工业以太网与无线WIA-PA相结合的混合网络构架，即重要的、对实时性要求高的信号线、控制线采用有线直连方式；实时性要求不高的设备状态采集、非关键设备控制等应用均采用我国具有自主知识产权的WIA-PA无线标准网络设备实现无线自组网。此外，为了便于随时对本系统进行访问和控制，系统除了设置了传统的工作站之外，还部署了大量的wifi接入终端，提供船舶内部局域网的无线访问入口，以便于移动PC、PAD和智能终端等设备对本系统进行访问。
3 系统软件设计
3.1 Flash交互设计
本系统采用 Flash进行交互界面的设计，一方面是因为Flash动画能更直接、更快捷地传达信息，美化工程界面[3]，为船员们带来全新的表达方式和不同的视觉感受，生动形象的表现出设备的运行过程和当前状态，充分体现系统的良好互动性；另一方面，Flash自身的面向对象编程语言 Acition Script 3.0 功能非常强大，可以便捷地与WebAccess进行实时数据交互和指令触发。
本系统的所有Flash动画交互性设计的最终用户为船长、船员及船舶运营管理人员等，考虑到他们的文化水平参差不齐，对交互的理解也不尽相同，为了充分发挥Flash的动态交互能力强的优势，我们在进行Flash交互设计时首要遵循的原则就是使交互结构和交互接口尽量简单化，让船长、船员及船舶运营管理人员等都能够快速理解和掌握系统的交互方式，达到采用 Flash动画作为系统交互设计带来良好用户体验的初衷。
图3是采用Flash技术制作的滑油系统（左）和空压机系统（右）嵌入到WebAccess页面之后的主交互界面。
3.2 Flash与WebAccess之间的数据交互
WebAccess自6.0版本开始就已经全面引入了Flash动画，其内部IO和变量都可以通过脚本语言与Flash的 ActionScript3.0、fscommand命令相結合，与Flash文件中定义的变量进行一对一的双向数据交互[4]。因此，可以将Flash 文件嵌入到WebAccess中作为UI的展示窗口，不仅提升了界面画质和美观度，同时还可以更生动形象的表现出设备的运行过程和状态。 加热玻璃的Flash界面如图4所示，下面以加热玻璃的温度更新为例介绍Flash与WebAccess之间的数据交互过程[5]，[6]。
import flash.events.Event；
addEventListener（Event.ENTER_FRAME ， onEnterHandler）
functiononEnterHandler（event：Event）：void
{
function UpdateValue（）：void
{
fscommand（"GETVAL"，"temperature=temp_glass"）；
temperature=root.loaderInfo.parameters.temperature；
if （temperature ！= temperature_old）
{
temperature_old = temperature；
temperatureVal.text=temperature；
}
}
var t；
var temperature；
var temperature_old；
temperature = ""；
temperature_old = temperature；
temperatureVal.text=temperature；
t = setInterval（UpdateValue， 200）；
3.3 基于OPC技術的数据交互设计
OPC（OLE for Process Control）以微软公司的OLE（Object Linking and Embedding）技术为基础，统一了数据源（OPC Server）和数据使用者（OPC Client Application）之间的软件接口标准，是一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序[7]，它建立起应用程序和现场控制系统硬件之间的桥梁，并广泛应用于工业控制系统。
OPC规范有以下优势：
（1）OPC规范支持TCP/IP协议，可以将在物理上分开的各个子系统以网络节点方式连接；
（2）OPC规范支持远程调用，使应用程序、系统硬件与地域分布无关，系统的应用范围更广；
（3）OPC规范规定了接口函数，实现了系统的开放性，易于实现与其它系统的交互；
（4）使用OPC规范，将使系统组态更加便捷，大大降低系统复杂性，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于升级与维护[8]。
如图5所示，在本系统的设计中，OPC Server/OPC Client用于应用层与数据交互层的之间的数据交互，通过将PLC或者WIA-PA无线网关设备的输入/输出变量映射到OPC Server对象，利用OPC技术的交互机制实现数据交互。此外，由于本系统存在PLC和WIA-PA无线网关至少两种不同协议标准的OPC Client设备，在数据交互层也必须设计相应数量和类型的OPC Server，并在Web application中集成OPC Client，设计Web application内部数据交互协议并开发数据交互程序单元，实现Web application与OPC Server之间的数据交互，也就是Web application与PLC或者WIA-PA无线网关之间的数据交互，进而实现对船配设备的统一管理。
4 总结
本系统在网络拓扑上采用了有线和无线相结合的混合网络结构，以冗余的光纤环网作为主干网络；在数据交互上，采用开放的OPC技术，一方面便于与其它系统的交互，提高了系统的扩展能力和开放性，另一方面，增加了系统组态的便捷性，极大地降低系统复杂度，提高了系统的稳定性和可靠性，便于升级与维护；在用户交互上，将 WebAccess网际组态引入系统的设计中，快速构建了稳定可靠且易维护的B/S系统架构，并采用Flash进行系统交互界面的设计，极大增强了系统的人机友好度和交互能力。
参考文献
[1] 船配产业再迎政策“东风”[EB/OL]http：//www.cssc.net.cn/component_news/news_detail.php？id=22252， 2016-03-10
[2] 吴晓，李艳军. PLC和FLASH技术在远程监控中的应用研究[J]. 计算机应用与软件， 2012（07）.
[3] 赵志建. Flash动画在网站设计中应用[J]. 信息通信， 2012 （03）.
[4] WebAccess[EB/OL]http：//waplus.advantech.com.cn/factory-automation/webaccess/.
[5] Flash as3.0应用实例[EB/OL]http：//forum.adamcommunity.com/viewthread.php？tid= 93767&extra= page%3D1.
[6] 研华（中国）.WebAccess产品使用手册. 2009.
[7] opc （工业标准OLE for Process Control）[EB/OL]http：//baike.baidu.com/subview/135910/5120768.htm.
[8] Xianfeng Liu， Hongliang Liu. Architecture Design of Ship Monitoring and Control System Based on OPC SERVER[J]. Ship Engineering. 2013， S2.
摘 要：本系统以冗余的光纤环网作为主干网络，采用了有线和无线相结合的混合网络结构，构建了由PLC、WIA-PA无线设备、工作站和服务器等组成的船配设备监控网络，并将 WebAccess网际组态和Flash界面设计引入到系统的设计中，开发了基于B/S架构的人机界面友好，交互功能丰富的船配设备管理系统。
关键词：WebAccess；Flash；光纤环网；WIA-PA；B/S 架构
中图分类号：TP391 文献标识码：A
1 前言
对于现代船舶而言，船配设备的总价值占全船总成本的40%～60%[1]，且种类繁多、数量庞大的船配设备基本上由多个相互独立的控制系统进行监管，系统开放程度低，导致数据共享不充分而形成了许多的 “信息孤岛”，难以实现全船数据的同一管理和集中挖掘利用。因此，在大数据、云计算等信息技术日新月异的今天，设计开发具有开放性好、信息共享充分、通信安全快捷、系统稳定可靠、交互体验感好等特点的船配设备管理系统既迫切又具有实际意义，本项目的研究正是基于上述需求而提出的。
在船舶监控领域，目前大多数的应用都是基于C/S架构，利用传统组态软件开发而成的。虽然该监控系统的技术比较成熟，但存在着成本高、维护困难、难以移植等诸多问题，且它们所能提供的监控界面基本都是面向行业应用的典型图形界面，画面表现力弱。最重要的是，用组态软件实现的监控系统必须在组态软件提供的运行环境下运行，这使得整个监控系统变得冗繁[2]，兼容性和可移植性较差。基于上述考虑，本系统将 WebAccess网际组态引入到系统设计中，开发基于 B/S 架构的船配设备管理系统。此外，为了使系统更加人性和美观，我们采用Flash技术来进行用户交互界面的设计，以提升整个系统的人机界面友好度和交互体验感。
2 系统框架设计
2.1 系统总体结构
如图1所示，设备层为本系统的管理对象，主要是包括柴油机组、空压机、加热玻璃、风机、空调、照明等的一系列船配设备。
系统的控制层/执行层为PLC或者WIA-PA无线传感网系统，向下负责设备层的数据采集和控制功能，向上通过OPC Client接口与数据交互层之间进行数据交互；数据交互层就是嵌入到Web service中的OPC Server，它负责控制层/执行层的PLC或者WIA-PA网关设备与应用层中的OPC Client之间的数据交互；应用层由数据库、WebAccess、Flash、OPC Client和ODBC（Open Database Connectivity）等几大部分共同组成，将Flash整合到WebAccess中，实现强大的界面表现功能，WebAccess通过脚本语言与Flash的Action Script、fscommand命令相结合实现数据的交互传递；此外，WebAccess作为一款网际组态软件，是完全基于IE 浏览器的 B/S架构，采用web浏览器作为客户端，通过船舶内部局域网便可进行系统的远程监控，而且其本身支持对主流数据库的读写，只需在Windows的ODBC管理器中添加ODBC数据源等一系列操作便可实现对数据库的访问。
2.2 系统网络设计
如图2所示，本系统以冗余的光纤环网为主干，当环网链路上某处发生断线等故障时，系统可自动开启冗余的链路，迅速恢复运行，保障系统正常工作，消除了传统的光纤网络主干方式带来的安全隐患。
系统在设备级层面采用有线的工业以太网与无线WIA-PA相结合的混合网络构架，即重要的、对实时性要求高的信号线、控制线采用有线直连方式；实时性要求不高的设备状态采集、非关键设备控制等应用均采用我国具有自主知识产权的WIA-PA无线标准网络设备实现无线自组网。此外，为了便于随时对本系统进行访问和控制，系统除了设置了传统的工作站之外，还部署了大量的wifi接入终端，提供船舶内部局域网的无线访问入口，以便于移动PC、PAD和智能终端等设备对本系统进行访问。
3 系统软件设计
3.1 Flash交互设计
本系统采用 Flash进行交互界面的设计，一方面是因为Flash动画能更直接、更快捷地传达信息，美化工程界面[3]，为船员们带来全新的表达方式和不同的视觉感受，生动形象的表现出设备的运行过程和当前状态，充分体现系统的良好互动性；另一方面，Flash自身的面向对象编程语言 Acition Script 3.0 功能非常强大，可以便捷地与WebAccess进行实时数据交互和指令触发。
本系统的所有Flash动画交互性设计的最终用户为船长、船员及船舶运营管理人员等，考虑到他们的文化水平参差不齐，对交互的理解也不尽相同，为了充分发挥Flash的动态交互能力强的优势，我们在进行Flash交互设计时首要遵循的原则就是使交互结构和交互接口尽量简单化，让船长、船员及船舶运营管理人员等都能够快速理解和掌握系统的交互方式，达到采用 Flash动画作为系统交互设计带来良好用户体验的初衷。
图3是采用Flash技术制作的滑油系统（左）和空压机系统（右）嵌入到WebAccess页面之后的主交互界面。
3.2 Flash与WebAccess之间的数据交互
WebAccess自6.0版本开始就已经全面引入了Flash动画，其内部IO和变量都可以通过脚本语言与Flash的 ActionScript3.0、fscommand命令相結合，与Flash文件中定义的变量进行一对一的双向数据交互[4]。因此，可以将Flash 文件嵌入到WebAccess中作为UI的展示窗口，不仅提升了界面画质和美观度，同时还可以更生动形象的表现出设备的运行过程和状态。 加热玻璃的Flash界面如图4所示，下面以加热玻璃的温度更新为例介绍Flash与WebAccess之间的数据交互过程[5]，[6]。
import flash.events.Event；
addEventListener（Event.ENTER_FRAME ， onEnterHandler）
functiononEnterHandler（event：Event）：void
{
function UpdateValue（）：void
{
fscommand（"GETVAL"，"temperature=temp_glass"）；
temperature=root.loaderInfo.parameters.temperature；
if （temperature ！= temperature_old）
{
temperature_old = temperature；
temperatureVal.text=temperature；
}
}
var t；
var temperature；
var temperature_old；
temperature = ""；
temperature_old = temperature；
temperatureVal.text=temperature；
t = setInterval（UpdateValue， 200）；
3.3 基于OPC技術的数据交互设计
OPC（OLE for Process Control）以微软公司的OLE（Object Linking and Embedding）技术为基础，统一了数据源（OPC Server）和数据使用者（OPC Client Application）之间的软件接口标准，是一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序[7]，它建立起应用程序和现场控制系统硬件之间的桥梁，并广泛应用于工业控制系统。
OPC规范有以下优势：
（1）OPC规范支持TCP/IP协议，可以将在物理上分开的各个子系统以网络节点方式连接；
（2）OPC规范支持远程调用，使应用程序、系统硬件与地域分布无关，系统的应用范围更广；
（3）OPC规范规定了接口函数，实现了系统的开放性，易于实现与其它系统的交互；
（4）使用OPC规范，将使系统组态更加便捷，大大降低系统复杂性，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于升级与维护[8]。
如图5所示，在本系统的设计中，OPC Server/OPC Client用于应用层与数据交互层的之间的数据交互，通过将PLC或者WIA-PA无线网关设备的输入/输出变量映射到OPC Server对象，利用OPC技术的交互机制实现数据交互。此外，由于本系统存在PLC和WIA-PA无线网关至少两种不同协议标准的OPC Client设备，在数据交互层也必须设计相应数量和类型的OPC Server，并在Web application中集成OPC Client，设计Web application内部数据交互协议并开发数据交互程序单元，实现Web application与OPC Server之间的数据交互，也就是Web application与PLC或者WIA-PA无线网关之间的数据交互，进而实现对船配设备的统一管理。
4 总结
本系统在网络拓扑上采用了有线和无线相结合的混合网络结构，以冗余的光纤环网作为主干网络；在数据交互上，采用开放的OPC技术，一方面便于与其它系统的交互，提高了系统的扩展能力和开放性，另一方面，增加了系统组态的便捷性，极大地降低系统复杂度，提高了系统的稳定性和可靠性，便于升级与维护；在用户交互上，将 WebAccess网际组态引入系统的设计中，快速构建了稳定可靠且易维护的B/S系统架构，并采用Flash进行系统交互界面的设计，极大增强了系统的人机友好度和交互能力。
参考文献
[1] 船配产业再迎政策“东风”[EB/OL]http：//www.cssc.net.cn/component_news/news_detail.php？id=22252， 2016-03-10
[2] 吴晓，李艳军. PLC和FLASH技术在远程监控中的应用研究[J]. 计算机应用与软件， 2012（07）.
[3] 赵志建. Flash动画在网站设计中应用[J]. 信息通信， 2012 （03）.
[4] WebAccess[EB/OL]http：//waplus.advantech.com.cn/factory-automation/webaccess/.
[5] Flash as3.0应用实例[EB/OL]http：//forum.adamcommunity.com/viewthread.php？tid= 93767&extra= page%3D1.
[6] 研华（中国）.WebAccess产品使用手册. 2009.
[7] opc （工业标准OLE for Process Control）[EB/OL]http：//baike.baidu.com/subview/135910/5120768.htm.
[8] Xianfeng Liu， Hongliang Liu. Architecture Design of Ship Monitoring and Control System Based on OPC SERVER[J]. Ship Engineering. 2013， S2.