Historian實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的RESTFULAPI設(shè)計(jì)與開發(fā)

郭俊豪

摘 要：在過去，工業(yè)企業(yè)為了實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個(gè)工業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場設(shè)備的種類繁多，且產(chǎn)品的不斷升級，往往給工業(yè)企業(yè)用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負(fù)擔(dān)。編寫一種融于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系的web化接口工程，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接口查詢服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集;Historian;RestfulAPI;JAVA;IFIX;Wonderware

1 設(shè)計(jì)背景

2002年廈門煙草工業(yè)有限公司（以下簡稱廈煙公司）異地技術(shù)改造。在新廠房建設(shè)投入新設(shè)備的同時(shí)，源于對設(shè)備監(jiān)控的需求，分別引入了英國施耐德的工控軟件Wonderware、美國GE（通用）公司的工控軟件Proficy IFix，落地應(yīng)用于廈煙公司三大車間：制絲、卷包、動力，搭建起設(shè)備自動化監(jiān)視與輔助控制的集中控制系統(tǒng)（以下簡稱集控系統(tǒng)）。

集控系統(tǒng)在每個(gè)車間部署地都提供了對應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫Historian，兩家工業(yè)軟件開發(fā)商都為數(shù)據(jù)分析與挖掘提供了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的接口方式ODBC與OPC開放標(biāo)準(zhǔn)，基于自身的軟件體系做延伸數(shù)據(jù)分析決策產(chǎn)品。

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，智能工廠，移動互聯(lián)的理念深入人心，傳統(tǒng)C/S架構(gòu)的工控軟件已經(jīng)無法適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)B/S架構(gòu)的快速輕便的通訊方式，只適合在生產(chǎn)現(xiàn)場穩(wěn)定運(yùn)行，提供數(shù)據(jù)源的穩(wěn)定展示。

因此，需要有簡易的模式去按需獲取工控軟件在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源，得到的數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)頁信息系統(tǒng)做數(shù)據(jù)分析圖形化，決策推演，以及移動端看到工廠現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)。

2 設(shè)計(jì)描述

從工業(yè)自動化軟件設(shè)計(jì)角度來說，系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)是一項(xiàng)對系統(tǒng)度以及實(shí)用性要求特別高的工作[1]。對于卷煙工業(yè)而言，廈煙公司因職能分工的要求，針對不同生產(chǎn)車間部署不同的集控系統(tǒng)，目前也同樣缺乏系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，但針對業(yè)務(wù)需求又僅僅只是需要幾個(gè)核心傳感器的實(shí)時(shí)值。因此，從實(shí)用角度出發(fā)，將不同廠家的集控系統(tǒng)的傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采集給應(yīng)用層做接口設(shè)計(jì)。

2.1編程語言及框架

采用JAVA語言搭建輕量級無狀態(tài)采集工程，提供穩(wěn)定且實(shí)時(shí)的傳感器的RESTFULAPI接口。

2.1.1關(guān)于REST

REST是以資源為中心的，在REST中，認(rèn)為Web是由一系列的抽象資源（Abstract Resource）組成，這些抽象資源具有不同的具體表現(xiàn)形式（Representational State），通過REST架構(gòu)，Web應(yīng)用程序可以使用一致的接口（URL）暴露資源給外部世界，并對資源提供語義一致的操作服務(wù)[2]。因此圍繞著REST架構(gòu)規(guī)范，采用RESTFULAPI的實(shí)現(xiàn)方式去具體實(shí)現(xiàn)這次的接口。

本文采用Swagger-UI的方式，將現(xiàn)場傳感器的以接口的方式呈現(xiàn)在開發(fā)者面前，方便前端進(jìn)行調(diào)用與測試。Swagger 是一個(gè)規(guī)范和完整的框架，用于生成、描述、調(diào)用和可視化 RESTful 風(fēng)格的 Web 服務(wù)?？傮w目標(biāo)是使客戶端和文件系統(tǒng)作為服務(wù)器以同樣的速度來更新。文件的方法，參數(shù)和模型緊密集成到服務(wù)器端的代碼，允許API來始終保持同步。

2.1.2關(guān)于Historian實(shí)時(shí)庫

利用iFix提供的API接口來讀取iFix的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，是較為簡便的方法，通過調(diào)用相關(guān)API函數(shù)，可以直接讀寫iFIx的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫[3]。

但是不同廠家都有自身連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的連接方式，他們都是統(tǒng)一采用SQLSERVER數(shù)據(jù)庫OLE DB Provider驅(qū)動程序去連接Historian。因此本文采取直接通過連接SQLSERVER數(shù)據(jù)庫，通過查詢語句的二次嵌套命中所需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表，并進(jìn)行視圖層封裝給上層應(yīng)用語言作為查詢的實(shí)體。詳見如下SQL語句：

SQL語句中，（1）為需要轉(zhuǎn)化為實(shí)體屬性tagname標(biāo)簽鍵名，timestamp時(shí)間戳，value標(biāo)簽鍵值;（2）為使用OPENQUERY對鏈接服務(wù)器指定傳遞查詢，需要傳入Historian實(shí)時(shí)庫名和嵌套子查詢;（3）為子查詢需要查詢的Historian實(shí)時(shí)庫中的表ihrawdata里的性tagname標(biāo)簽鍵名，timestamp時(shí)間戳，value標(biāo)簽鍵值;（4）為子查詢中的判定條件1，根據(jù)業(yè)務(wù)部門提供的傳感器鍵值名QYFIX.EP1_T08_PT0807_PV.F_CV;（5）為子查詢中的判定條件2，采集頻率限定值intervalmilliseconds;（6）為子查詢中的判定條件3，根據(jù)時(shí)間戳timestamp倒序排序，將最新值排在第一條;（7）為嵌套查詢的命名。

2.1.3關(guān)于JAVA

在眾多編程語言中，JAVA語言屬于語義嚴(yán)謹(jǐn)并且穩(wěn)定可靠，本文采用JAVA的Spring框架體系，SpringBoot+Mybatis+Redis多數(shù)據(jù)源框架連接不同車間的Historian實(shí)時(shí)庫，對外暴露可調(diào)用API的服務(wù)，具備高并發(fā)體系架構(gòu)，可以很好的勝任此次的工作。框架層級設(shè)計(jì)詳見圖1：

2.2應(yīng)用請求與采集工工程實(shí)現(xiàn)

根據(jù)業(yè)務(wù)部門提供集控系統(tǒng)的標(biāo)簽鍵做采集。按需采集是此次采集的核心思想，與以往OPC采集方式不同，采用被動式等待調(diào)用的模式，由應(yīng)用發(fā)起調(diào)用請求。為了滿足實(shí)時(shí)性要求，應(yīng)用針對不同傳感器需發(fā)起異步調(diào)用及定時(shí)請求，易造成接口崩潰或者數(shù)據(jù)庫鎖。因此在框架中引入Redis緩存機(jī)制，設(shè)定采集值的生命周期，一旦到達(dá)緩存設(shè)定周期，才去開啟連接查詢數(shù)據(jù)庫，這個(gè)設(shè)定周期可以根據(jù)應(yīng)用展現(xiàn)傳感器時(shí)效性設(shè)置。應(yīng)用請求路線詳見圖2：

2.3應(yīng)用部署與網(wǎng)絡(luò)安全

采集工程作為后臺服務(wù)，遵循廈煙微服務(wù)部署規(guī)則，接入應(yīng)用網(wǎng)關(guān)。

應(yīng)用調(diào)用方需要生成至少1024位的RSA密鑰對，把【RSA公鑰】上傳服務(wù)網(wǎng)關(guān)獲得應(yīng)用令牌。應(yīng)用調(diào)用方遵循JWT規(guī)范使用【RSA私鑰】與網(wǎng)關(guān)返回的【應(yīng)用令牌】生成【JWT訪問令牌】，請求在網(wǎng)關(guān)注冊的后臺接口時(shí)附上JWT安全驗(yàn)證頭，服務(wù)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)驗(yàn)證令牌是否合法或應(yīng)用調(diào)用方是否有權(quán)限調(diào)用請求的后臺接口，如果有則反向代理至后臺服務(wù)，具體鑒權(quán)驗(yàn)證詳見圖3：

3 輸出成果

落地應(yīng)用

為了檢驗(yàn)采集工程的真實(shí)落地場景，根據(jù)車間需求定制開發(fā)了壓力容器監(jiān)控web頁。

采用HTML+JAVASCRIPT+CSS基于VUE前端框架進(jìn)行網(wǎng)頁設(shè)計(jì)與開發(fā)，利用Echarts圖表組件進(jìn)行壓力容器值的實(shí)時(shí)展示;構(gòu)筑定時(shí)器定時(shí)按10秒一次的規(guī)則進(jìn)行輪詢后臺實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，動態(tài)展示壓力容器的實(shí)時(shí)值。

4 結(jié)語

進(jìn)入十四五規(guī)劃元年信息化建設(shè)的今天，隨著企業(yè)信息化隊(duì)伍不斷的壯大，員工自主開發(fā)實(shí)力得到提升，掌握并具備相關(guān)計(jì)算機(jī)知識的員工越來越多，在解決信息系統(tǒng)痛點(diǎn)的棘手問題上得以快速解決并轉(zhuǎn)化為企業(yè)重要知識財(cái)富。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張鵬. 試析一種面向?qū)ο蟮墓I(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) [J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量， 2012， 032（005）： 113-113.

[2] 袁赟. Java與Restful Web Service [J].電腦知識與技術(shù)， 2007， 004（021）： 780-782.

[3] 倪磷罡. 基于iFix的歷史記錄程序的開發(fā)與優(yōu)化 [J].電子技術(shù)與軟件工程， 2015， 000（018）： 178-179.

（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建 廈門 361022）