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国防工程综合信息管理系统集成设计与实现

信息时间:2015-10-29 信息来源:

    国防工程综合信息管理系统集成设计与实现

    王涛 ?冯国彦 ?苏延召 ?蔡艳平

    (第二炮兵工程学院机电工程系,西安 710025)

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    摘要:在分析国防工程自动化管理需求和存在问题的基础上,提出了一种国防工程综合信息管理系统集成设计方案,并综合采用OPC、XML、中间件、监控组态等技术实现了异构子系统在接口、数据、应用层的无缝集成。

    关键词:国防工程,综合信息管理系统,系统集成

    1 ?引言

    国防工程是我国国防军事工程体系中的一个重要组成部分,是一个复杂的应用型系统工程,涉及到土木工程、通风空调、供配电、环境监测、设备监控、网络通信、信息管理等多种学科的综合应用。国防工程管理就是正确使用、科学管理国防工程及其设施设备,保持工程使用性能,为武器装备的贮存、监测维修提供可靠保障[1]。国防工程自动化管理作为国防工程管理的一个重要方面,与建筑自动化管理、工厂自动化管理有很多相似的地方,包括了网络传输、自动监测与控制、设备与资源的优化配置等方面,可以实现信息共享、联动控制等多种功能。国防工程自动化管理主要依靠各类智能系统(如环境监控系统、图像监视系统等)来实现,这些系统从初期自主开发的自动化程度低、功能结构简单的封闭系统,逐渐过渡到了现阶段通过引进与自主开发形成的自动化程度越来越高的分布式系统。随着国防工程自动化管理系统智能化程度的逐步提高,国防工程内各种智能设备和智能系统不断增多,各子系统包含的信息量也日益增多,子系统之间的信息交换也越来越频繁,因而产生了统一管理各子系统信息,协调各子系统运行的需要。

    但是,国防工程自动化管理中各类智能系统由于来源、安装时间不同等原因,没有统一的通信协议与接口方式,使得设备之间、系统之间缺乏互操作性,这使得国防工程自动化管理工作面临较大困难。此外,前期安装到国防工程的智能系统多为国外产品,存在失泄密隐患。为了实现国防工程信息、资源、任务的共享和管理安全,必须采用国产智能系统,并将各子系统进行集成,建立国防工程综合信息管理系统。利用综合信息管理系统实现国防工程自动化管理中智能系统的统一管理和调度运行,不仅能够提高设备的运行效率,而且可以降低国防工程自动化管理过程中的人力和物力消耗,对于国防工程管理现代化具有重要意义。

    针对上述需求和问题,本文结合系统集成技术的发展,提出了一种基于集成平台的并行集成方式实现综合信息管理系统的集成。

    2 ?集成系统设计

    2.1 ?集成方案

    本系统设计采用C/S架构,利用基于集成平台的并行集成模式进行集成,集成系统的结构如图1所示。系统采用以太网作为系统管理级网络,各子系统将各自的通信接口进行转换后接入主干网络,实现网络互联。系统配置了两台服务器,一台作为系统集成数据库服务器,为子系统提供数据接口,将子系统数据进行组织后存入集成数据库供集成平台调用。另一台作为视频服务器主要实现对现场视频服务器的视频、音频信号的解码,同时提供对音视频监控系统的运程操作、浏览等服务,并配备磁盘存储阵列来存储国防工程视频监控录像。

    在工程内部和口部各设一台工作站,可根据实际需要再进行扩展,通过核心交换机实现对服务器的访问。系统服务器运行Windows Server 2003系统,工作站采用Windows Xp或者更高级系统,集成系统数据库采用SQL Server 2003。

    图1 ?国防工程综合信息管理系统集成结构图

    2.2 ?集成开发平台选择

    在整个集成系统中,集成平台需要实现智能仪表、PLC等设备与集成系统之间的通信与信息交互、远程控制界面开发、实时监控等功能,因而系统集成实现的关键就是集成平台的选择[2]。随着计算机通信、网络技术等相关技术的发展,出现了各种各样的集成平台,如Honeywell公司的EBI(Enterprise Building Integrator)、西安协同数码股份有限公司的SynchroBMS、清华同方推出的ezIBS智能建筑信息管理平台等产品。这些集成平台具有各自的优势,但由于各个产品的技术手段和实现方式不一,导致这些平台的通用性和灵活性较差。如EBI系统集成平台的接口协议需要定制购买,对于一些不支持标准协议的子系统和平台的集成就相对困难。虽然集成平台最好是根据自己的需求来开发,但是系统集成平台的开发难度较高,且在通用性上有较大的差距。工业组态软件自20世纪80年代初期诞生到至今,已经有20多年的发展历史,具有通用性好、监控画面丰富、易于使用、支持多种通信协议等特点。针对具体工程,利用组态软件,用户可以根据需要灵活地调用相关驱动程序、设计个性化画面、建立实用的描述变量,开发人员不用编写复杂的代码,只需根据不同的要求和对象,对相关的功能模块进行设置,就可以实现高效的自动控制和管理监控。

    目前国内外有各种各样的组态软件,比较着名的有Wonderware的InTouch、Siemens的WinCC、北京三维力控公司的ForceControl、北京亚控公司的组态王KingView等。由于国外的组态软件成本相对较高,且在一些技术上有使用限制,因此本文选择国产的组态王软件作为国防工程综合信息管理系统的集成开发平台。该软件在画面功能,变量的定义与使用,报警与事件功能,报表和趋势曲线功能等方面进行了较大的改进和丰富,完全满足国防工程综合信息管理系统集成的需要。

    2.3 ?系统集成层次划分

    根据系统集成的内容划分,国防工程综合信息管理系统的集成实现包括网络集成、数据集成、应用集成三个方面,是将智能化系统从网络到信息再到综合应用的一系列开发及整合,从而实现全面的、完善的国防工程综合信息管理[3]。

    (1)网络集成

    网络集成是进行系统集成的基础,它是指根据各子系统的特点,利用计算机网络技术和综合布线技术,将系统所包含的通信、计算、信息采集、控制和处理等资源实际连接起来,形成相互交换信息的通路。

    (2)数据集成

    数据集成是对由网络集成获得的数据的初步处理,依据国防工程综合信息管理系统所管理的信息资源范围、内容,结合数据的基本特点,按照多种方式对数据进行组织;定义统一和标准的格式,采用适用的交换技术实现数据的交换和共享。交换主要包括各应用子系统间的交换,以及子系统与一体化指挥平台间的数据交换。

    (3)应用集成

    应用集成是系统集成的最高阶段也是最终目标,主要包括功能集成、界面集成、流程集成三方面内容。功能集成是指把多个系统功能进行融合,在一个系统内实现其它系统的某些功能。这些功能不仅包括原有子系统已有的功能,也包含原有系统所不具备的综合功能。界面集成是指通过按钮链接等方式将多个系统界面集成到一起,可以实现各个系统界面的相互调用,使得对各子系统的管理操作可以在一个统一的界面上完成。流程集成是指是将多个系统的业务流程进行集成,以实现不同子系统间的功能联动与协调运行。

    3 ?集成系统实现

    本系统综合采用OPC、XML、中间件、监控组态等技术,实现了国防工程综合信息管理系统在接口、数据、应用层的无缝集成。

    3.1 ?基于OPC服务器的通信接口集成

    为了实现各子系统间通讯接口、通信协议的标准化,本系统采用串口转换和OPC(OLE for Process Control, 面向过程控制的对象链接与嵌入)技术,解决各异构子系统之间的硬件接口转换和通信接口集成难题。首先通过串口服务器将各子系统核心控制器的通信接口统一转换为TCP/IP接口,然后经网络交换机接入综合管理平台。在此基础上,采用OPC技术对各子系统的通信接口协议进行标准化。本系统开发了面向环境PLC控制器、火灾报警控制器、门禁及周界控制器共3个OPC服务器,如图2所示,实现了环境监控、电力监控、给排水监控、火灾报警、门禁控制、周边警戒等子系统在通信接口层面的集成。

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    图2 ?OPC服务器运行界面

    目前开发OPC服务器的方法有三种[4]:一是使用MFC的实现策略。使用这种方式开发OPC服务器时可以将许多复杂的细节交给MFC来处理,同时MFC对实现图形界面提供了良好的支持。但这种方式会造成代码的冗余,降低程序的性能和速度;二是使用ATL的实现策略。这种方式的优点是开发过程简单、快速,不需要开发者编写大量的代码,但ATL对实现图形界面的支持很少,不便于开发对图形界面要求较高的OPC服务器;三是通过快速开发工具开发OPC服务器。这种开发方式最简单,直接使用动态链接库DLL提供的API接口即可完成OPC服务器开发。但它在功能上有许多限制,缺少灵活性,一般只适合公司快速商业开发需要。由于本项目所需的OPC服务器需要界面支持,同时为实现系统灵活性,便于扩展维护,因此采用基于MFC提供的COM支持开发OPC服务器。

    3.2 ?基于XML和中间件的异构数据共享集成

    针对国防工程综合信息管理系统中各子系统数据共享和集成难的问题,本系统建立了基于XML(eXtensible Markup Language,可扩展标记语言)[5]的异构信息描述模型,该模型由应用层、中间件层和数据源层构成,如图3所示。

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    图3 ?异构数据集成三层架构

    (1)数据源层:处于最低层,由参与集成的多个子异构数据库组成,如SQL Server、Access和XML文档等。它提供实际的数据存储和管理功能,能够接受上层的调用。由于子数据库的数据信息类型不同,所以系统必须提供公共模型来表示来自于不同异构数据库的数据。由于XML Schema完全使用XML作为描述手段,具有强大的描述能力,因此本系统用XML Schema作为公共数据模型。数据源层的设计核心是数据包装器,通过它可将原始数据包装成XML数据模式,使其符合全局模式的需要。

    (2)中间件层:是整个模型的核心。该层从更高层次上屏蔽了数据源的分布性和异构性。它接受用户的查询请求,并对查询请求数据库做相应处理,最后将查询结果返回给用户。它向下协调各异构数据库,向上为访问集成数据的应用者提供统一的全局数据模式和数据访问的通用接口。中间件负责异构数据库的数据访问、查询和协调数据库之间的信息,为用户提供一个高层次的数据查询、检索服务,目的是集成各个异构数据库,为数据共享、数据传输和数据的访问提供支持。为了更好地解决数据的语义异构问题,本系统在中间件层的实现上引入了一个本体库。

    (3)应用层:主要是用户应用程序,实现用户应用程序对数据访问的透明性。用户应用程序可通过集成中间层的中间件来访问各个子系统数据库可共享的数据资源。对用户来说并不知道数据的存储位置、存储方式以及存储结构等。

    3.3 ?基于开放式监控组态软件的应用集成

    为了实现国防工程环境监控、电力监控、给排水监控、火灾报警、周界报警、门禁安检、音视频监控等子系统备的综合集成,本系统以组态王软件为应用集成平台,将各子系统的业务流程、系统功能、值班界面进行融合,通过综合管理软件完成各子系统的监控与联动、各类信息的管理与分析。图4、图5分别为环境监控、火灾报警子系统交互界面。

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    图4 ?环境监控系统运行监控界面 ? ? ? ? ? ? ?

    图5 ?电力网在线监测界面

    4 ?结束语

    针对国防工程自动化管理步入综合信息管理过程中,国防工程内异构自动化系统越来越多,系统间信息交换量越来越大,系统集成实现难,集成系统功能与需求脱节,集成技术手段单一等问题,本文提出了一种国防工程综合信息管理系统集成方案并在组态王软件平台上进行了实现。实际运行效果表明,该系统性能稳定,人机界面友好,运行状态良好,达到了系统集成的目标和要求。