0 引言

    現有的數據采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)大多運行在Windows平臺上,，缺少國產化方面的考慮^[1],。本文介紹的SCADA系統(tǒng)開發(fā)及運行環(huán)境實現了全國產化。作為工業(yè)級數據采集與監(jiān)視控制軟件,，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性要求較高,。因此SCADA系統(tǒng)中需要有狀態(tài)診斷子系統(tǒng),，并且系統(tǒng)中的關鍵組件——服務器，必須實現冗余配置,，當主服務器發(fā)生故障時,，能夠及時診斷故障并切換到后備服務器，且切換過程中不能造成擾動,。由于狀態(tài)診斷系統(tǒng)與操作系統(tǒng)關系較為密切,，不同操作系統(tǒng)下的實現可能大不相同,，本文設計與實現了自主研發(fā)的基于國產麒麟操作系統(tǒng)的狀態(tài)診斷系統(tǒng),。

1 整體結構

    數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)采用跨平臺的軟件架構設計：硬件采用國產飛騰處理器的服務器和臺式機（或筆記本），操作系統(tǒng)采用國產中標麒麟,，開發(fā)工具采用可跨平臺的Qt,，支持在國產中標麒麟和Windows操作系統(tǒng)上跨平臺運行。系統(tǒng)整體結構如圖1所示,。

    數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)采用客戶端/服務器體系結構,，正常情況下歷史站即為系統(tǒng)的服務器，如果用戶有高可靠性要求,，會配置冗余歷史站,，歷史站負責與下位機進行數據交互，并記錄歷史數據,?？蛻舳思锤鱾€操作員站，操作員站的數據從歷史站獲取,，且網絡僅傳輸每秒中發(fā)生變化的變更數據集,。操作員站用于人機交互，用文字,、動畫顯示現場的狀態(tài),，并可以對現場的開關、閥門進行操作,。根據用戶需要,，可以配置對外通信功能，通過網絡單向發(fā)布管理層用戶關心的數據和狀態(tài)^[2],。

2 功能及實現

    數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)從功能上分為離線功能和在線功能：離線包括工程組態(tài),、離線查詢等，在線包括數據通信,、服務處理,、數據處理、畫面監(jiān)視等^[3],。操作員站和歷史站的功能有所區(qū)別,，操作員站主要包括畫面監(jiān)視,、數據下發(fā)、打印等與用戶的圖形接口,，歷史站除包含操作員站的所有功能外,，還包含數據通信、服務處理,、數據處理等后臺任務,。狀態(tài)診斷是操作員站和歷史站都具有的后臺服務子系統(tǒng)。軟件結構如圖2所示,。

    歷史站包含所有功能的設計優(yōu)點在于,，對于很小的項目,，可以只配置一臺歷史站，或者配置兩臺互為冗余的歷史站,，這樣可以有效降低成本。

2.1 狀態(tài)診斷子系統(tǒng)基本功能

    (1)初始確定歷史站的主從機狀態(tài)：先啟動的為主機,；同時啟動時,，A歷史站為主機,。

    (2)周期自診斷：周期診斷本機各子任務的狀態(tài)及系統(tǒng)資源狀態(tài)。

    (3)周期互診斷：實現主從機之間的心跳監(jiān)測,，通過周期性互發(fā)心跳值的方式實現。主機收不到從機的心跳信號時仍正常運行,，從機收不到主機的心跳信號則切換為主機。

    (4)判斷數據站的狀態(tài)：

    ①在線：任務管理,、數據通信、服務器狀態(tài)診斷,、校時、數據處理,、歷史數據收集,、數據采集,、報警、全記錄等,，全部正常運行。

    ②離線：除數據通信模塊,，需要在線的任務都沒有運行。

    ③故障：在線時需要在線的任務存在不正常運行的^[4],。

2.2 自診斷方式

    各子任務的狀態(tài)通過周期檢測心跳值的方式檢測。對于心跳超時的子任務,，可以根據任務配置,，對出錯的任務作不關閉不重啟,、關閉不重啟,、關閉并重啟等處理，如果出錯的子任務仍然不能正常運行,，從機只報故障，主機需要切換為從機,。

    中標麒麟系統(tǒng)可以通過兩種方式獲取系統(tǒng)資源狀態(tài)：

    (1)讀取系統(tǒng)文件，例如可以通過讀取carrier文件,，獲取網絡狀態(tài)，部分示例代碼參見函數void getNetState(),。

    (2)調用shell命令，解析命令的返回值,，例如可以通過解析df命令的執(zhí)行結果,，獲取硬盤使用率,，部分示例代碼參見函數void getHardDiskOccupy(),。

    針對大部分冗余歷史站容易出現的雙主問題,，本文制作了詳細的冗余切換表,，通過測試證明，可以避免雙主的出現,。部分冗余切換如表1所示。

    為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行,，SCADA的狀態(tài)診斷系統(tǒng)需要確定系統(tǒng)當前狀態(tài)，并判斷何時滿足狀態(tài)切換的條件,。本文設計并實現的狀態(tài)診斷系統(tǒng)按照圖3所示狀態(tài)圖進行狀態(tài)判斷和切換^[5]。

    狀態(tài)診斷系統(tǒng)在工程運行前需要先檢測工程配置是否正確,，如果配置錯誤（如未配置歷史站、PC名字配置錯誤）,，則提示錯誤，并結束工程,；如果配置正確，則啟動各子任務,，并運行工程,。

    運行工程后進入在線狀態(tài),，檢測本機配置，如果配置為操作員站,，則不存在主從機的區(qū)別，以操作員站的狀態(tài)運行,，直到退出在線或退出工程；如果配置為歷史站,，則需要判斷主從狀態(tài)，根據有故障不搶主、A機優(yōu)先的原則確定主從機狀態(tài),。

    為了減少切換次數，主機無故障會一直保持主機狀態(tài),，從機周期檢測主機的狀態(tài)，如果主機降從或退出,，則從機自檢無故障可以升主,。

    主機和從機均可以退出在線或退出工程,。

3 實驗結果

    實驗條件：歷史站A,、歷史站B均正常運行。實驗操作及實驗結果如表2所示,。

4 結論

    實驗結果證明，本系統(tǒng)能夠按照預期的結果在國產麒麟系統(tǒng)上穩(wěn)定運行,。通過對任務的監(jiān)視、強制關閉與重啟任務,，能夠對出錯的子任務及時進行處理,，保證各子任務的正常運行；通過服務器冗余配置,，可以保證主歷史站出故障能夠迅速切換到從歷史站，使得從歷史站出故障時不影響主歷史站的正常運行,。

參考文獻

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[2] 王常力,，羅安.分布式控制系統(tǒng)設計與應用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2004.

[3] 馬旭東，陳永清，陳琛.基于PLC/SCADA結構的計算機綜合控制系統(tǒng)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,，2002(5)：35-37.

[4] KRISHNA C M，SHIN K G.Real-time system[M].McGraw-Hill,，2001.

[5] Qiu Bin，GOOI H B,，Liu Yulu，et al.Internet-based SCADA display system[J].Computer Applications in Power.IEEE,，2002,，15(1)：14-19.

作者信息:

徐一鳳,，豐大軍,，王  皓，陳俊凱,，范曉東

(華北計算機系統(tǒng)工程研究所，北京100083)