摘 要：本文介绍了WISENTBASE软件开发平台的设计和功能。其主要包括：.NET framework系统下的进程间通信、日志管理、消息和报警管理、面向对象的分布式结构设计、外部通讯系统设计、数据字典管理、HMI结构设计、数据库访问的代码封装等。此开发平台大大提高了软件开发的质量和效率。
关键词：进程间通讯；过程控制；数据字典管理
1.引言
大型生产线的自动控制系统，根据控制范围、功能划分、系统功能的抽象层次，可被分为多个层级，其中生产过程控制系统，位于生产管理系统和基础自动化系统之间。随生产线自动化程度的提高、生产的计算机自动化管理的深入和精细，过程控制系统在大型冶金自动化生产线上，成为不可或缺的部分。过去，完备的过程控制系统的底层开发平台，只有国外大型电气公司拥有，国内电气公司在该领域普遍缺乏深入开发和技术积累。
过程控制系统，总的来说是一个具有软实时性特征的实时系统，能实现以下主要功能：同外部系统通讯、原料数据管理、成品数据和质量数据管理、物料跟踪、工艺参数管理、生产设定值计算、人机操作界面、生产过程监控和数据收集分析等功能。过程控制系统的特点是面向对象的分布式系统架构，使各功能由多个不同进程实现，进程间通讯成为最常用和最关键的基础功能。
本文以WISENTBASE开发平台为蓝本，介绍一种先进的过程控制开发平台的设计—基于.net平台的过程控制系统开发平台设计。
2.设计思想和总体框架
按软件功能的实现层次，过程控制系统结构，按面向对象的分布式系统架构设计，整个软件由核心到外围分成三层：核心业务逻辑层、外部通讯适配层、外部通讯层。
核心业务逻辑层实现最核心和最重要的过程控制业务逻辑，如：物料跟踪、过程数据收集、设定值计算等。外部通讯层，实现和各种外部系统的通讯，如：基础自动化通讯、生产管理系统通讯、各种单体设备通讯。这部分要实现各种不同的通讯协议和数据格式转换。每条生产线的外部通讯内容和格式都不尽相同，为实现具体生产线的通讯内容差异和核心业务逻辑的解耦，需要外部通讯适配层来实现隔离。
核心业务逻辑层和外部通讯适配层的实现技术相同；外部通讯层实现技术特殊，定制内容和变化多。所有软件层都是由一个或多个进程组成，每个进程都需要实现相同的基本功能，如：配置信息管理、进程间通讯系统的初始化和关闭释放、日志系统、消息和报警系统、错误捕捉等。这些功能间的耦合性也很高，在开发平台的设计上，这些功能也被紧密结合在一起，采用Framework模式。
WISENTBASE平台，从结构上看，被分成三个层次：核心库、扩展库、辅助工具。其中，核心库实现了基本的应用程序框架，并封装了每个进程必须实现的基本功能的完整实现，定义了每个进程必须实现的对外服务接口和常用接口，并提供了这些接口的基本功能实现。为方便应用开发人员和扩展库开发人员为基本库添加和修改功能，基本库中留出了扩展点。核心库还封装了常用Win32 API调用的.NET封装和常用工具类，方便应用开发人员使用这些功能。
辅助工具，有如下几个:进程管理、HMI框架配置工具、数据字典管理工具、日志查看工具、各种文档生成工具、报文和通讯测试工具、消息和报警管理工具等。这些工具大部分不直接参与应用程序的运行、数据管理脚本等。
基于.net平台的过程控制系统开发平台设计主要包括以下几个方面：核心功能和结构设计、外围功能和扩展设计、HMI系统设计、辅助工具设计和数据库访问设计。
3.核心功能和结构设计
核心库实现功能：实现应用程序框架、配置信息管理、进程间通讯、日志功能、多个接口的定义、封装各种常用工具类和Win32调用。核心部分是应用程序框架类，通过该类的派生类，可使用其它所有功能。
WISENTBASE开发库的核心库中，提供了应用程序框架类Application，该类是一个抽象类，每个应用程序必须派生自己的Application子类，并重载部分函数，完成相应功能。
Application类完成功能：初始化参数系统、日志系统、进程间通讯服务系统、发布对外通用服务、调用用户定制的初始化代码、进入消息循环、关闭所有服务和运行环境、调用用户定制关闭代码。
WISENTBASE开发平台提供了三种进程间通讯手段：远程过程调用、通过共享内存进行数据共享、通过互斥量、事件对象实现同步、互斥操作和事件。
远程过程调用分为双向调用和单向调用，这两种调用方式可满足进程间消息传递、数据报文和带返回值的远程过程调用通讯要求。
.Net framework的远程过程调用规范叫，可支持多种串行化格式和底层通讯协议。考虑到性能和可靠性，WISENTBASE开发库支持IPC和TCP/IP通讯协议，串行化格式采用二进制编码。
WISENTBASE封装了远程过程调用的底层实现细节，通讯协议、各程序的监听地址和端口等信息，通过配置文件保存，对上层应用程序部分完全透明。
过程控制系统，一般都处于无人值守状态，运行日志成为过程控制系统必须具有的辅助功能。WISENTBASE核心库中，实现了日志功能。缺省情况下，日志输出目的地有两个：控制台窗口和日志文件目录。日志文件，可根据配置信息，按一定规则自动切换，并删除陈旧文件。为方便管理和查看日志文件，WISENTBASE辅助工具中，提供了专门的日志查看工具。
WISENTBASE提供的日志功能，包括：按类别输出运行日志、格式化日志消息、跟踪程序执行轨迹、输出调用堆栈详细信息、对异常进行统一处理和日志输出、通过代码注入和调用拦截自动为远程过程调用生成日志和性能记录。
生产过程控制系统，稳定性要求很高。如果发生进程出错而退出、逻辑错误进入死循环或死锁，要求能够自动强制杀死失去响应的进程并重启该进程。
WISENTBASE核心库的框架中，提供了进程的自我监控。辅助工具中，提供了看门狗程序和进程监视管理工具。看门狗程序根据配置信息，自动监视同一台计算机上的需要被监视的进程。当发现某进程失去响应或退出，看门狗程序将自动强行杀死失去响应的进程，在一定时间间隔后重新启动该进程。
进程监视工具通过看门狗程序，显示每个被监视进程的状况，并提供操作界面，供操作人员管理单个进程，如：关闭进程、启动进程、设置进程为被管理、为进程设置日志输出的过滤级别，查看每个进程处理的消息线索号。
WISENTBASE的扩展库部分，包括多种外部通讯代理和HMI开发基础库。这些扩展库都是针对具体应用功能，利用核心库提供的功能，对核心库进行的扩展。
过程控制系统，需要提供人机操作界面，供生产线操作人员和系统管理人员使用。HMI主要功能：原料数据管理、成品数据管理、生产设定值和工艺参数管理、生成过程数据管理、生产线数据监视、数据查询和报表、消息和报警、操作权限管理等。其中，部分数据是纯粹数据库中的数据，变化慢；部分数据是基础自动化上传的数据和过程控制系统的运行数据，数据变化快；还有一部分数据，是和基础自动化系统的监控系统共享的。
在.NET framework中，数据库访问采用技术。WISENTBASE开发库中，支持类型化的数据集和Entity Framework，对数据库操作进行封装。支持数据库：Oracle和MS SQL Server。
4.总结
WISENTBASE开发平台自开发出来后，成功应用于几十条生产线的过程控制系统中，其稳定、高性能、易于使用的特点，大大提高了软件开发的质量和效率，特别是方便现场调试，缩短了软件开发和系统投入周期，为公司和最终用户节约了成本。
参考文献：
.2007年。
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