集成化过程控制软件平台（PCSP）开发介绍

[摘 要]“过程控制计算机软件开发平台（PCSP）”是宝山钢铁股份有限公司第1套完全自主开发、拥有自主知识产权的软件平台产品。PCSP屏蔽了不同种类的操作系统的差异，为所有使用PCSP的应用开发人员提供了一个完全一致的、与操作系统无关的应用开发环境，可大幅度提高应用软件开发效率，并有效避免重复开发。目前，PCSP平台软件已经在宝山钢铁股份有限公司“一炼钢主原料计算机系统改造”、“二烧结三电系统改造”等技改项目中成功运用。 [关键词]过程控制；开发平台；集成环境；模块化子系统；软件产品 0 前言 目前运行于大型机、小型机、服务器、个人PC上的主流操作系统系列有Unix、Linux、 Windows等，各主流系列又进一步细分为几十种不同的操作系统。这些操作系统往往由不同的机构或厂商研发，在使用方法和应用开发风格上存在显著差异。如果直接在这样种类繁多的操作系统下开发过程控制应用系统，开发人员不得不熟悉各种操作系统、掌握大量系统调用、会用多种前端工具，还要考虑应用代码可移植性以避免系统改造时的大量重复开发。 为解决上述问题，以前宝钢一直从国内外其他企业（例如日本新日铁）引进软件平台。这些软件平台不但价格非常昂贵，而且由于其技术的保密性使得应用系统完善和运行维护人员往往承担更大的压力。2003年，宝钢股份公司集中技术力量，以过程控制应用系统开发中的普遍功能需求为出发点，成功开发出第1套有完全自主知识产权的过程控制软件平台PCSP。 PCSP通过适当的方法，将不同种类的操作系统“包装”起来，并将一些普遍需要的功能全部以“集成化、模块化”的方式提供给应用开发人员，为所有使用PCSP的开发人员提供一个完全一致的、与操作系统无关的应用开发环境。 PCSP填补了宝钢股份公司在软件平台开发方面的空白，有利于打破国内外其他企业在平台软件开发方面的技术壁垒，为宝钢股份公司L2级计算机软件开发的核心技术链——“系统集成、平台软件开发、应用系统开发”补上了至关重要的一环，为L2计算机开发人员完全自主实施整个L2级软件开发创造了更好的条件，同时也为软件一生维护打下了良好的基础。 1 PCSP软件平台的特点 PCSP平台采用了当前一些最流行的软件开发技术，并紧密结合了过程控制系统的应用开发需求，具有以下8大特点： （1）功能齐全，不需要数据库软件等作为支持，但也可以和数据库、前台GUI等第3方软件集成； （2）自带画面制作工具GUIBuilder，不需要前端GUI开发软件支持； （3）通过GUIClienter加载用户制作的画面，可以完全脱离VB、VC运行，在客户端用户不需要编写任何代码； （4）支持动态图形，可以动态显示用户定义的图形信息； （5）针对单机系统（无Cluster的系统），配备了关键任务“守护”功能，可以防止关键任务意外终止，“守护”的对象包括平台任务，也可包括应用任务； （6）提供了类似于ORACLE的UCL/GUI界面，使用界面比较友好，用户只需要简单配置有关参数，即可实现绝大部分功能； （7）针对以往平台过度封装而不利于运行维护的情况，PCSP为用户提供了非常丰富的运行信息； （8）基于PCSP开发的应用代码可以比较容易地移植到其他操作系统（包括Unix、Linux、 Windows等）。 2 PCSP软件平台的主要功能和关键技术 2.1 PCSP的主要功能 PCSP平台的功能构成如图1所示。PCSP包括服务器软件、客户机软件两大主要部分。服务器软件运行于主机服务器端，客户机软件运行于现场CRT终端计算机上。 图1 PCSP软件平台结构与功能示意图 服务器软件主要负责： （1）提供文件访问 通过FileServer为应用程序提供文件读写服务，调度文件锁管理，保证内存文件与磁盘内容的同步； （2）任务管理 对任务的运行状态、邮箱收发进行控制、管理； （3）网络通信 实现网络通信，且具备网络状态监控和故障自恢复功能； （4）画面处理 接收CRT画面操作请求，并传送到画面处理应用程序中； （5）定周期任务调度 定时刻、定周期启动指定的应用任务； （6）报表打印 负责接收用户发出的报表打印请求，进行报表打印数据队列管理，并在指定的打印机上打印报表； （7）报警输出 收到报警请求后，向CRT终端发送报警信息； （8）任务守护 对已经登记并需要平台“守护”的任务进行连续监控，保证任务的连续运行； （9）数据Backup功能封装数据向磁带备份功能，简化备份作业。 客户机软件主要负责： （1） CRT画面制作 通过PCSP提供的GUIBuilder软件制作画面； （2） CRT画面的加载和显示 通过GUIClienter加载和显示画面； （3）接收画面操作 接收CRT画面的显示、刷新、设定、翻页等请求； （4）显示报警信息 显示和存储作业指导及报警信息； （5）终端系统保护 根据定制信息，对终端实施不同级别的安全管理； （6）报表打印 通过PCSPReportServer完成报表向指定打印机的输出。 2.2 PCSP的关键技术 因为过程控制应用系统开发要求软件平台具有适用于多种操作系统、应用代码可移植性好、文件数据安全可靠、画面响应速度快、应用开发简洁高效等特点，因此PCSP平台在开发过程中针对上述需求采用了大量比较复杂的开发技术： （1）在不同的操作系统（Unix、 Linux、 Windows）下，PCSP为用户定义了API接口完全一致的开发工具集（SDK），保证应用代码具有良好的可移植性； （2）在画面制作工具GUIBuilder开发中，考虑到用户需要动态生成控件、动态删除控件、能调整控件尺寸和颜色等，主要使用了“动态控件数组”的方法来管理控件的数目、属性，并通过自定义的*.gui文件格式保存用户制作的画面，保证画面的可识别、可编辑、可加载，对特殊控件使用了自开发OCX的方法以满足特定需求； （3）在画面显示和加载软件GUIClienter中，对*.gui格式文件进行解析，并重现用户画面。由于采用了控件数组技术，并且在GUIClienter中有控件元素的详细遍历表，因此画面响应速度很快； （4）为保证现场CRT计算机上只能运行画面程序，通过Windows API和修改MSGINA.DLL的方法，将操作系统的热键全部屏蔽，以保证CRT计算机上操作系统的安全； （5）在文件服务功能的开发中，在共享内存（ShareMemory）中驻留了文件定义表和文件状态表，将文件的读写访问、文件上锁与开锁都有序地管理起来，并由FileServer在后台自动对内存文件执行磁盘同步操作，保证了高速访问下文件系统的高可靠性； （6）任务之间数据交换以IPC（进程间通信）方法为主，综合使用了共享内存（ShareMemory）、信号灯（Semaphore）、信号（Signal）等开发技术；用户对IPC的访问都由PCSP平台跟踪记录，用户可在调试时从这些跟踪记录中获得非常有用的信息，以消除应用程序的BUG； （7）通过在内存中驻留任务状态表，并在后台由PCSP定时向任务发送自定义信号，并通过其回应来诊断应用任务是否正常运行，必要时由PCSP平台重新加载应用任务； （8）在网络通信中，针对套结字（Socket）在异常关闭时不能及时释放的问题，对Socket的地址重用、终止时默认的信号序列、默认的关闭时间都进行了设定和修改。 3 运行PCSP软件平台所需要的软硬件条件 PCSP性能优异，能同时适合于Unix、 Linux、Windows等主流操作系统，在奔腾Ⅱ以上的个人微机或服务器上都能良好运行。使用PCSP前只需要安装操作系统（在报表打印服务器上还需要Excel电子表格软件），不需要任何其他第3方软件支撑。为充分发挥PCSP的性能，建议使用以下配置： （1）服务器端 硬件：PC服务器（如HP ML系列、HP DL系列等）或更好的服务器，CPU在800 MHz以上，500MB以上的剩余硬盘空间，256MB以上内存，支持以太网通信； 软件：采用Unix、 Linux或Windows操作系统，如SCO OpenServer、 Unixware、OpenUnix、UnixTru 64、RedHatLinux、Windows2000、WindowsXP等，需要有C/C＋＋开发环境。 （2）客户端 硬件：PC，CPU在1.4 GHz以上，50MB以上的剩余硬盘空间，256MB以上内存，8MB以上显存，支持以太网通信； 软件：采用Windows操作系统，包括Windows98、Windows2000、WindowsXP，推荐使用Windows2000和WindowsXP。 4 PCSP软件平台适用的应用系统环境 PCSP总体上采用C/S结构，能满足一般过程控制计算机应用系统的几乎所有开发需求，而且不需要其他第3方软件支撑。用户在安装好操作系统和PCSP后，即可以快速建立起基于PCSP的应用系统。 随着计算机技术、尤其是数据库技术的发展，数据存储、访问变得越来越容易，数据统计分析的功能也越来越强大，图形化人机界面（GUI）开发工具也日益普及。在这种趋势下，软件平台与数据库技术的结合使用成为必然，因为软件平台的部分功能（例如直接网络通信、任务管理、定周期调度、关键任务守护等）用数据库无法实现，而数据库的快速数据查询与分类统计功能可以弥补平台软件在这方面的不足，两者取长补短、优势互补能发挥最理想的效果。以PCSP为例，虽然PCSP各子功能构成了一个有机的整体，但各子功能也可以作为子模块独立运行，例如任务管理、网络通信等都可以作为单独的模块独立存在。这一点使得PCSP能与数据库系统、前端GUI开发工具、其他第3方软件简易地结合在一起，为用户构筑符合需求的开发环境。“PCSP任务管理＋PCSP网络通信＋PCSP定周期管理＋PCSP守护功能＋大型数据库＋任意前端GUI开发工具”就是十分理想的组合，用户在充分享受PCSP带来的便利的同时，体验到数据库强大的查询处理功能。 尽管PCSP总体上为C/S结构，但是与B/S结构并不冲