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图1  基于Client/Server架构的画面系统

图2  基于三层架构的画面系统

    三层结构是传统的客户服务器体系结构的发展，代表了企业级应用的未来，典型的有Web下的应用、多层C/S应用等。多层结构和三层结构的含义是一样的，只是细节有所不同。之所以会有二层、三层这些提法，是因为应用程序要解决三个层面的问题：

        (1)  浏览层（界面层）提供给用户一个视觉上的界面，通过界面层，用户输入数据、获取数据。界面层同时也提供一定的安全性，确保用户不会看到机密的信息。

    (2)  逻辑层（也称中间层、中介代理）是界面层和数据层的桥梁，它响应界面层的用户请求，执行任务并从数据层抓取数据，并将必要的数据传送给界面层。使用清晰的语言陈述论点。

    (3)  数据层，数据层定义、维护数据的完整性、安全性，它响应逻辑层的请求，访问数据。这一层通常由大型的数据库服务器实现，如Oracle、Sybase、DB2、MS SQL Server等。

    单层结构将浏览层、逻辑层、数据层合并在一起。二层结构有两种，一种将浏览层和逻辑层合为一层，数据层是另一层，通常称为胖客户/服务器结构；另一种将逻辑层和数据层合为一层，浏览层是另一层，通常称为瘦客户/服务器结构。三层结构则将这几层分离处理。它是最简单的多层应用，它把应用程序分为：瘦客户端应用程序、应用程序服务器和远端数据库服务器。其中，客户端主要负责用户界面的处理；服务器端主要负责商业逻辑的处理，为客户端提供公共的数据服务，处理客户端与数据库间的数据流；远端数据库服务器提供关系数据库的存取与维护。

    其优点在于：① 具有灵活的硬件系统构成及更好的支持分布式计算环境。② 提高程序的可维护性。③ 瘦客户的模式。④ 进行严密的安全管理，此外，系统管理简单，可支持异种数据库，有很高的可用性。

3  设计思想及方法

    经过仔细分析，笔者认为：原画面服务器采用的硬件配置偏低，且设计时考虑的客户机节点CimView数目较少，但现在整个画面服务系统客户机节点CimView数量增加较多，造成了画面服务器负担过重，画面服务器的信号处理能力不足，这是发生部分画面变灰故障的主要原因。

    设计思想：针对这个原因笔者把目光集中到提高数据处理能力，降低画面系统负载上，首先提高了画面服务器的内存容量，提高至512M，但效果不明显。这时决定以牺牲整个画面系统数据信号点的刷新频率为代价，降低画面系统负荷，把数据信号点的刷新频率由每秒钟刷新4次，降低到每秒钟刷新3次，但效果也甚微。

    在此情况下笔者重新考虑，提出对整个画面系统进行重新设计，区域划分。采用双画面服务器在线联机控制整个画面系统，来提高控制系统的性能。很显然，实现这一设想，要解决诸多技术上的问题。首先原画面系统管辖范围需重新分离，按照区域对原有的设备、CimView、资源、用户及相关的点分别划归两台在线服务器响应，管理。两者之间既要相互独立，又要互不干扰，相辅相成，组成统一的画面系统，如图3所示。

图3  基于三层架构的双画面中间处理服务器

    但该方案实施难度较大，整个画面系统有15000多个数据信号点需重新规划，按照区域对设备、资源重新划分，划分后的系统其数据信号点一个也不能少。其次要对原有的370多幅画面重新修改，修改后的画面既要能满足生产要求，又要尽可能的避免一幅画面同时访问两个画面服务器，造成时间响应上的迟缓。外方工程师对该设计方案的独特性给予了肯定，但由于没有成功实践过的经验，所以很难预料是否能成功实现这一设想。

    设计方法：

    (1)  硬件方面，提高数据处理能力。增大原画面服务器的内存容量，由256M提高到512M。新增的画面服务器采用奔4处理器和512M DDR内存。

    (2)  软件方面，对原有的画面服务器系统进行重新规划，修改画面。对原有整个轧线的CimView、设备、资源、用户及相关的点重新划分。粗轧、精轧区域的归“精轧工程”服务器管理，卷取区域的归“卷取工程”服务器管理。修改画面使粗轧、精轧区域画面归“精轧工程”服务器管理，卷取区域画面的归“卷取工程”服务器管理。

    (3)  预留将来粗轧、加热炉改造扩展余量。“卷取工程”服务器留有足够余量以加入粗轧、加热炉区域的设备、资源及信号点。

4  项目具体实施步骤

    (1)  安装配置WIN2000操作系统及相关硬件，设置TCP/IP通讯网卡、UDP/IP网卡。

    (2)  配置Cisco交换机端口。

    (3)  安装配置Cimplicity画面服务器软件，完成用户注册。

    (4)  安装配置基于TCP/IP 协议的GE IO_Services通讯软件。

    (5)  安装配置基于NT环境下的浏览站与服务器之间的专用通讯软件GE HINT。

    (6)  安装配置GE 信号交换SDB_Exchange软件。

    (7)  配置数据库ODBC数据源。

    (8)  修改所有画面。

    (9)  重新配置画面工程、CimView、设备、资源、用户及相关的点。

5  项目实施后存在的问题及改进对策

    存在的问题：① 由于现在是两个画面服务器管理画面系统，这就造成操作工第一次系统登录时必须登录两个工程，且要经过两次身份认证。② 在从精轧画面工程切换到卷取画面工程时等待时间较长。③ 整个计算机网络系统负荷有所增大。

    改进对策：① 操作工在一次成功登录时，选择系统自动保存用户和密码。② 操作工成功登录后，先进行工程之间的切换。③ 虽然网络系统负荷增大，但对整个网络负载能力来说还是较小的。

6  项目评价

    实时控制系统对信号的响应性要求非常高，尤其是热连轧过程控制系统。随着轧制节奏的加快，要求各功能软件能够快速的做出反映，而且还需要快速的展现在操作人员面前，以便及时了解成品质量情况。项目攻关小组通过近半年的设计、规划、试验、投入运行，终于实现了原有一个画面中间处理服务器到建立二个画面中间处理器的成功过渡，从中反映出大型实时控制系统分布式处理与三层架构的结合对提高系统整体性能的有效性。对原有的CimView、设备、资源、用户及相关的点重新规划后，每台画面中间处理器的CPU使用率降低到50%以下，系统响应更及时。自该项目成功投入使用后未发生画面变灰和画面不可操作的现象，基本杜绝了由于画面系统问题而造成的废钢，从而有效的保证了生产的顺行，同时该项目的成功实现也为将来我厂进行粗轧、加热炉计算机系统改造积累了丰富的经验。

7  结语

    自动化实时控制领域向多层分布式应用系统跨越已经成为一种必然趋势。开发好多层应用系统关键是清晰、合理地划分好浏览层、中间层和数据层并使其独立，可以使系统构成变的非常简单，选择什么样的平台和工具，如何简化分布式应用的开发、分发及管理工作，已成为企业迫切需要解决的问题。多层体系并不单是技术问题，它是一种软件开发的方法论。而且，多层结构主要是指逻辑上的三层，不是物理意义上的多层。传统的Client/Server也可以采用三层开发思想。另外，若采用多层开发模式，而不运用OOP的开发思想，很难做到真正意义的多层结构。如果把多层和OOP结合起来，进行软件开发，那么开发出来的应用系统就具有很强的适应性，物理上既可以是多层的，也可以是传统两层的，可以根据实际的需要灵活配置。