北京和利时系统工程有限公司

1. 引言

    在当今的IT行业，可扩展标记语言（eXtensible Markup Language，简称XML）正成为一个技术热点，在互联网、通信、电力自动化、工业自动化等各个领域都得到了广泛应用。与HTML一样，XML也是一种置标语言，它最显著的特点包括：

    第一， 可扩展性。XML的最大能量来源于它不仅允许定义自己的一套标记，而且这些标记不必仅限于对于显示格式的描述。XML允许根据各种不同的规则来制定标记，比如根据商业规则，根据数据描述甚至根据数据关系来制定标记。

    第二， 数据和显示相分离。在XML中，显示样式从数据信息中抽取出来，放在样式单（Style Sheet）文件中。当需要改动信息的表现方式时，不需要改动信息本身，只要改动样式单就可以实现。

    第三， 数据的自描述性，侧重于如何结构化地描述信息。信息之间的某些复杂关系，比如树状结构、继承关系都能得到很好的体现。

    MACS-SCADA系统以北京城市轻轨铁路综合自动化系统工程为依托，于2000年开始设计和开发，历时3年，形成了一个自主开发的高性能、高可靠性的大型实时分布式综合监控系统。在此期间，XML技术正逐步深入实际应用，我们项目组在设计和实现系统部分功能时，也进行了在SCADA系统中应用XML技术的初步探索，使得系统功能便于扩展并且配置灵活，配置信息可读性强，获得了令人满意的效果。

2. XML在北京城铁系统中的典型应用

    XML提供了一种人可读的方式来定义数据对象的名称、属性和方法，可以用统一资源标识符（URL）来搜索关于数据对象的信息，并且可以充当不同标准和协议之间的桥梁。XML在各个领域都正得到广泛应用或存在大量的潜在应用，SCADA系统开发人员在涉及不同平台和应用程序的集成项目中可以使用XML，应用程序可以通过名为文档对象模型（Document Object Model，简称DOM）的标准访问数据对象。DOM在应用程序开发过程中所处地位的示意图如图1所示。从中可以看出，应用程序不是直接对XML文档进行操作的，而是首先由XML分析器对XML文档进行分析，然后，应用程序通过XML分析器所提供的DOM接口对分析结果进行操作，从而间接实现了对XML文档的访问。

                     图1    DOM在应用程序开发中所处地位的示意图

    在北京城铁MACS-SCADA系统中，利用Microsoft XML分析程序和软件开发包（Software Development Kit，简称SDK）进行XML开发，在Oracle通用数据库数据的组态和配置、下装文件记录以及图形导航功能中得到初步应用，取得了良好的效果。下面以其中两个功能为例，描述XML的应用过程。

2.1. XML在通用数据库收集配置管理中的应用

    MACS-SCADA系统利用ORACLE数据库来保存关键信息，如开关的动作次数、电流的最大值等，保存时间至少为1年。通用数据库收集配置程序需要从实时数据库组态数据中获取所有的组态数据库记录，让用户配置哪些记录信息（包括实时数据、统计数据和日志）进入通用数据库，每个记录需要进行何种运算处理，并最终生成配置信息下装文件。所有信息文件采用XML格式进行保存，为减少数据之间的相关性，不同的数据类型分别存为不同的文件，包括运算接口配置文件、点收集信息文件以及日志收集信息文件等。

    运算接口配置信息文件中保存了系统当前支持的所有运算接口的类标识符（Class Identifier，CLSID）和接口标识符（Interface Identifier，IID），运行时动态调用各个运算接口，从而实现了运算接口的在线更改。用DOM来表示文档，如图2所示。

                         图2     运算接口配置文件结构

生成的接口XML配置文件格式如下：

    点收集信息文件中以发送周期为分类准则，定义了每一个记录或者统计点的收集处理信息，相应的文档结构如图2所示。

                        图2     点收集信息文件XML结构

2.2. XML在图形导航功能中的应用

    在MACS-SCADA系统中，为便于操作员完成图形文件的分类和快速定位导航功能，提供了一个图形导航窗口功能。在此窗口中用户可以在系统导航目录下分级找到所有的组态图形，也可以设置自己的导航目录，将常用的图形或者其他的组态图形分类保存在不同的子目录中。为了便于扩展，使用XML文件来图形文件名及其路径等相关配置信息。整个功能通过一个ActiveX控件实现。

                        图3      图形导航文件XML结构

3. XML在SCADA系统中的进一步应用

    XML在SCADA系统中的应用还处于发展阶段，目前各个厂家和国际标准化组织都在进行相关的工作，总的看来，XML技术在下列一些方面肯定可以得到大力发展和长足应用。

3.1. 对象实时数据库的设计和实现

    面向对象数据库系统（OODBS）的核心概念包括对象的标识、封装、类和类层次、继承等。在SCADA系统中实现的对象数据库，需要具备实时性、分布式、对象化、层次化以及事件驱动的基本特性，其中定义类（即对象模板）是设计开发和工程应用的第一步。比如对于“开关”对象，可以定义的属性和行为有：

    a) 0/1状态说明
    b) 报警：如发声、SOE、自动推图、自动寻呼
    c) 操作：如遥控、挂牌（检修）
    d) 统计：累计开关次数
    e) 启动特定任务和发送特定消息：如触发跳闸事故追忆、启动快速逻辑计算
等等。对象的行为是可通过回调函数的形式实现的。实现上，采用XML语言定义对象的模板结构是技术发展的方向。采用XML的原因是该语言本身具有标准化、层次化和对象化特性，已有并将会有越来越多的编辑、编译和解析工具的支持，如XMLSPY Enterprise Edition、MSXML、IBM的XML4C等。整个系统的开发模型如图4所示。

               图4     采用XML定义对象数据库的SCADA系统开发模型

3.2. WEB功能的设计和实现