（系统工程专业论文）一个工业实验过程监控平台的开发与研究.pdf

一一 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位 获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须按规定提交学位论文 ( 包括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论 文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将 公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检 索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向 教育部指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和 中国学术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文 数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：2 0 2 1 1 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h t m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答 辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字： 高巍 2 0 1 0 年5 月2 3日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目一个工业实验过程监控互医台的开发与研究 姓名高巍学号2 1 2 0 0 7 0 2 7 7答辩日期2 0 1 0 年5 月2 3 日 论文类别 博七口学历硕十口 硕士专业学位口高校教师口 同等学力硕士口 院系所 信息技术科学学院专业系统r t 程 联系电话 l5 9 2 2 2 8 5 8 5le m a i l z x n g w m a i l n a n k a i e d u c a 通信地址( 邮编) ：天津市南开区卫津路9 4 号( 3 0 0 0 7 1 ) 备注：是否批准为非公开论文 否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：直巍2 0 1 0 年5 月 2 3e t 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 4 2 0 年) 保密期限 2 0 年月日至2 0年月日 审批表编号批准日期 2 0 年月日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密l o 年( 最艮5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 摘要 本文结合自动化管输工艺评价系统设计与实现展开讨论，重点介绍了通过 o p c 技术实现了实验运行过程的实时监控。同时，通过设计合理的数据库访问 机制对实验过程中产生的大量数据进行快捷、有效的查询和管理。从而实现了 自动化石油管输工艺评价实验从设计到运行完成整个流程的全自动化。该实验 软件的实现弥补了旧有实验方法的不足，使管输实验的整个过程达到“规范化”、 “工程化”、“标准化”。 本文的主要研究工作为： ( 1 ) 针对石油自动化管输实验的过程监控系统的开发与实现，深入分析用 户需求。从用户的需求中我们可以看到，该系统主要需要实现实验流程数据的 实时采集和历史记录的查询和处理等。根据这一目标明确软件所要提供的功能 以及数据库的设计与实现方法。 ( 2 ) 结合a d o n e t 数据库访问技术、o p c 实时数据访问技术以及接口的使 用和程序设计方法，在对用户需求进行全面详细分析的基础之上，采用c # 面向 对象的程序设计方法实现管输实验流程中各个设备的监控以及对历史数据的归 档和查询，并提供生成实验报告等功能。 一 ( 3 ) 对o p c 技术进行深入探索。应用更为先进的o p cx m l 技术、o p c ) 【m l d a 数据访问规范以及o p c 网络服务器所提供的服务和编程方法。结合a d o v s o l 公 司所提供的o p xx m l d a 网络服务器，采用a s p n e t 和p y t h o n 语言两种方式开 发适用于w i n d o w s 和l i n u x 平台的应用程序以实现对o p c ) ( m l d a 网关的访问。 关键词：工业过程监控系统远程监控管理信息系统跨平台通信数据库技术 a b s t r a c t 1 l l i st i l e s i si sm a i n l ya b o u th o wt o u s ea d o n e ta n do p ct c c h n o l o g yt o i m p l e m e n tm o n i t o r i n g o fp e t r o l e u mp i p e l i n ee x p e r i m e n tp r o c e s s e t l ：1 c l e n t l y r e a s o n a b l ed a _ t a b a s ea c c e s sm e c h a n i s mh e l pe x p e r i m e n to p e r a t o rq u e r y a 1 1 dm a l l a g e d a 饥州c hc o m e sf r o mv a r i o u se q u i p m e n t si nt h e p e r i o do f ap i p e l i n et r 趾s p 砥a t l o n e x p e r i l l l e n t t h i ss y s t e mh a s r e a l i z e dt h ea u t o m a t i o no f t h ee n t i r ep r o c e s s ，m c l u d i n g e x p e r i m e n t ad e s i g i d ，e q u i p m e n ts t a r t u pa n do p e r a t i o n i t m a k e su pf o ro h e ro l d e x p e r i m e n t a la p p r o a c h e sa n di m p r o v e sp e t r o l e u mp i p e l i n ee x p e n m e n t m o r en o 咖a l a n da p p l i c a b l e t h i st h e s i si n c l u d e st h r e ep a r t 爱 f i r s t l y ，r e q u i r e m e m sh a v eb e e nd e e p l ya n a l y z e d t of i n do u tw h a tf e a t u r c st h i s 口i p e l i n ee x p c r i m e n ts y s t e mn e e dt o h a v e t h i ss y s t e mi sm a i n l yn e e dt 0a c h l e v e r e a l t i m ed a t aa c q u i s i t i o n ，q u e r y a n dm a n i p u l a t i o na b o u t h i s t o r i c a id a t a m a c c o r d a n c ew i t ht h e s eo b j e c t i v e s ，w h a tf u n c t i o nn e e d t op r o v i d eh a sb e e nc o n n 肌e d a i l d 、7 v h a tm e t h o d sn e e dt od e s i g nd a t a b a s em o d e l s e c o n d l v b a s e d o nt h eu s e r sr e q u i r m e n t s ，a d o n e t d a t a b a s e c e s s t e c h n 0 1 0 9 ya n d o p cr e a l t i m e d a t aa c c e s st e c h n o l o g y a l ea p p l i c a t e d b yc 群 o b i e c t - o r i e n t e dp r a c t i c a la p p r o a c h t oc a r r y o u tr e a l _ t i m em o n i t o t i n g o fv 锄o u s e q u i p m e n t s 1 l i r d l y e x p l o r eo p c i nd e p t h w i t ha d v a n c e do p cx m l t e c h n o l o g ya n do p c x m l d ad a t aa c c e s ss p e c i f i c a t i o n ，u s eo p cx m l s e r v e rs e r v i c e sa n ds e r i e so fc o 仃e i a t l v e i 1 1 t e 慨ep m g r 锄m i n gm e t h o d st oc a r r yo u tl o n g d i s t a n c e a n dc r o s s p l a 仃。咖c o m m u n i c a t i o n u s i n go p cx m l d an e 咖r ko p c s e r v e rt a k e nb ya d v o s o li n c - ，d e v e l o pa p p l l c a t l o n sw h l c n m a yb ea p p l i c a b l et o 姚晰n d o w s a n dl 孤p l 舶m si no r d e rt oa c c e s st ot h eo p c x m l _ d a g a t e w a y p r o g r a m i n gu s et w ow a y si n c l u d i n g a s p n e ta n dp y t h o n k e 聊o r d s ：i n d u s t r i a lp r o c e s sc o n t r o ls y s t e m , r e m o t em o n i t o r i n g ，m a n a g e m e n t1 n f o m a t l o n s e r v i c e c r o s s - p l a t f o r mc o m m u n i c a t i o n , d a t a b a s et e c h n o l o g y i i 目录 目录 第一章绪论1 第一节引言1 第二节工业监控技术概述。l 1 2 1 发展背景1 1 2 2 发展应用2 1 2 3 新的挑战2 第三节课题研究的背景3 1 3 1 我国石油管输的特点3 1 3 2 自动化管输工艺平台4 第三节课题研究的目的4 第四节本文研究的重点5 第五节本文的章节安排6 第二章软件开发相关技术介绍7 第一节数据库访问技术7 2 1 1 数据库连接桥梁o d b c 7 2 1 2 数据库访问新方式- a d o n e t 8 第二节实时数据访问o p c 技术1 3 2 2 1o p c 规范及应用1 3 第三章自动化管输实验监控系统需求分析2 6 第一节实验设备及流程介绍2 6 3 1 1 实验设备2 6 3 1 2 实验监控系统流程2 8 3 1 3 实验监控系统功能2 9 一 目录 3 1 4 数据库设计一3 2 3 1 5 系统开发工具3 4 第四章实验监控系统的设计与实现3 6 第一节数据库的设计与实现3 6 4 1 1 数据库详细设计。3 6 4 1 2 数据表之间的关系3 7 第二节数据访问层的设计与实现3 9 4 2 1 数据库访问类3 9 4 2 2 配置文件操作类4 0 4 2 3 批量写入数据库4 3 第三节监控模块的面向对象设计4 6 4 3 1 定义o p c 数据标签项4 6 4 3 2 方案下发的过程和实现4 9 4 3 3 监控界面的功能和实现5 2 4 3 4 实验运行记录查询。6 2 4 3 5 实验设备控制6 6 第四节监控系统的应用与推广6 6 第五章基于i n t e m e t 的跨平台远程监控6 8 第一节现有监控模块的不足6 8 5 1 1 只限于局域网范围应用6 8 5 1 2 只限于w i n d o w s 平台应用6 8 第二节实现o p c 的i n t e m e t 应用6 9 5 2 i 基丁二x m l 的o p c 技术6 9 5 2 2 基于a s e n e t 的企业级监控7 5 第三节实现o p c 跨平台通信。7 7 5 3 1 基于e n t i r e xd c o m 技术的实现方法7 7 5 3 2 基于o p cx m l d a 的实现方法7 9 i v 目录 第六章总结与展望8 4 第一节工作总结8 4 6 1 1 用户需求分析的必要性8 4 6 1 2o p c 与数据库访问技术的应用8 5 6 1 3 监控模块的开发与实现。8 5 6 1 4 对现有监控系统的拓展8 5 第二节不足与展望8 6 6 2 1o p cx m l d a 的应用8 6 6 2 2 数据传输的安全性8 6 6 2 3 完善设备控制8 6 参考文献8 7 个人简历、在学期间发表的论文及科研成果9 0 附录a 典型o p c 客户端代码实现9 1 附录b 实时数据曲线图的实现过程9 5 附录c 应用o p cx m l 服务实现客户端的基本流程9 7 v 第一章绪论 第一章绪论 第一节引言 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的应用日益成熟，人们 对工业自动化的要求也越来越高，工业生产过程的实时监控和人机交互已经成 为一个新的热点。自2 0 0 0 年以来，国内与工业监控系统相关的软件、产品和技 术都取得了长足的发展，应用领域也日趋广泛。监控软件作为工业应用软件的 重要组成部分，将会发挥越来越重要的作用。 自动化管输实验监控系统是针对石油管输实验的全过程自动化控制进行设 计的。该系统对从油样分装、温控以及特定检测的整个流程中所涉及到的各个 设备，如模拟罐、水浴设备、流变仪倾点仪等的运行状态和参数进行实时采集 和记录，从而实现对实验过程的控制以及后期为管输工艺的评价和分析提供数 据的支持。 自动化管输实验监控系统是对工业监控技术的一次全新的探索和尝试，它 结合石油管输实验的实际需求，将o p c ( o l ef o rp r o c e s sc o n t r o l ，用于过程控 制的对象连接于嵌入技术) 等设备通讯技术应用到工业生产过程中去，满足现 实的生产要求。它为工业监控技术的发展以及如何将这些技术应用到生产生活 中去提供了一个很好的范例并积累了宝贵的经验。 1 2 1 发展背景 第二节工业监控技术概述 工业监控系统经过3 0 年的发展，在工业生产过程中扮演了越来越重要的角 色，在石油、化工、电力以及工业生产的方方面面得到了广泛的应用。自动化 技术、计算机技术r 新月异的发展，使工业控制系统从原来基于模拟信号传输 的控制系统，发展到数字化、智能化、全分散的现场总线控制系统，给工业自 动化带来了一场深层次的革命。工业监控系统的发展基于工业i t 技术的不断发 第一章绪论 展，是适应现代化生产和信息化社会的必然结果。鉴于用户要求的多样化，不 同的生产过程对监控系统的人机界面的需求是特定的，这种监控系统的“定制 性 决定了对监控系统的需求量必将是不断增长的。同时，一些适用于开发过 程监控系统的相关技术，如o p c 技术、o p c - x m l 技术以及现场总线技术的飞 速发展也为工业监控系统的发展提供了强有力的支持【lj 。 1 2 2 发展应用 随着工业自动化水平的不断提高，原有的只做到实时数据采集的监控系统 已经无法满足用户越来越多的需求，需要在实时数据采集的基础上兼顾部分 m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，管理信息系统) 和m e s ( m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m ，制造执行系统) 的功能，这其中包括报警管理与检索、历史 记录的数据检索、操作日志管理以及生成报表等功能。结合更新的计算技术、 通讯技术、多媒体技术，在延续了原有的人机界面模式的基础之上实现不同行 业、不同领域和不同层次的用户需求。 在自动化过程控制与监视软件的开发与应用方面，西门子公司的w i n c c 走 在了前列，在市场上取得了很大的成功。一些国际知名的自动化厂商如 r o c k w e l l 、施奈德等公司也同样开发了自己的监控软件产品，并且在生产过程 中得到了很好的应用。国内对这方面的研究与实践正处于上升趋势，也取得了 一定的成绩。以力控公司为代表的自动化软件厂商也推出了在l i n u x 平台下和 w i n d o w s 平台下的产品，对该领域的发展提供了很好的范例【2 耶j 。 1 2 3 新的挑战 随着工业控制系统日益复杂、设备类型多种多样，现场总线传输效率低且 通讯协议难以统一的特点使得总线产品之间不能直接互联、相互操作，无法体 现现场总线的开放性，使监控网络的集成陷入困难的局面。随着用户对实时数 据浏览和管理的需求水平不断地提高，一些用户甚至希望自己能够在办公室里 监督生产的整个过程。这对监控系统从试验场所推广到企业化应用提出了更高 的要求和新的挑战【4 j 【5 j 。 伴随i n t e m e t 技术的飞速发展，t c p i p 协议的简单实用已经为广大用户所 接受，以太网技术也已经成为工业监控系统发展的新亮点。各种现场总线都在 2 第一章绪论 致力于与以太网技术的结合，诸多设备和系统在不同的软件硬件平台上实现数 据交换和信息互访，为分布式网络监控系统提供了基本构架。网络技术的引入 实现了现场控制和企业级管理的无缝对接，使工业监控系统中的远程监视、远 程诊断和远程控制不再是遥不可及的愿望。如何让w e b 、e t h e m e t 和t c p i p 技 术更好地应用于各类复杂的工业生产和科学实验的过程监控系统已成为国内和 国外研究的热点1 6 j 1 7 j 。 第三节课题研究的背景 1 3 1 我国石油管输的特点 我国的原油多为“高含蜡、高凝点、高粘度 原油1 8 l ，在管道输运过程中 普遍存在析蜡、凝管、结垢以及堵塞的现象，严重地影响了管道输送的能力与 效率。在输油管道的设计、生产以及输油过程中，对不同特性的油品需采取不 同的传输工艺以达到效率的最大化。然而，在输油过程中影响油品特性进而左 右输送效率的因素繁多，例如： ( 1 ) 同一原油管道输送多个产区原油的混兑比例； ( 2 ) 加热输送管道的热处理温度； ( 3 ) 不同输量条件下的管输剪切条件； ( 4 ) 添加降凝剂输送工艺的加剂量； ( 5 ) 降温速率和终冷温度等一j 。 根据我国原油自身的特点，大多数原油管道仍然采用加热输送工艺，适当 的降低输油温度可以节约大量的燃料，但是必须以流动安全为前提。原油管道 的流动保障和流动安全评价技术近几年来已成为国内外研究的热点，并取得了 重要的发展【l o 】。本文所做的工作也是基于这个目的，即在原油管道输送的设计、 投产、运行和优化的过程中根据油品的特性采用物理和化学的方法解决输送过 程中存在的诸如析蜡、凝管、结垢和堵塞的问题，找到最优的输送工艺改善原 油的流动性，从而降低能耗，安全输油，节约资源，提高经济效益。 3 第一章绪论 1 3 2 自动化管输工艺平台 然而，在研究过程中我们发现影响原油流变特性的因素很多，相关理论与 实际情况的差距比较大，无法完全达到数值模拟的阶段。所以，需要在实验室 环境下对管输工艺过程进行模拟，测试一定情况下原油所表现的粘度、倾点、 粘温曲线、屈服值、触变性等流变参数，进而对整个工艺进行测定和评价。在 此背景下，我们项目小组根据用户的需求开发了一套石油管输工艺实验系统， 目的是实现自动化管输工艺评价实验过程的自动化控制以及实验数据的管理分 析，帮助用户实现对实验的科学、可靠的控制，为用户提供一个便捷的功能强 大的实验平台，整个系统的业务流程如图1 1 ： 同步异步订阅 y 连接。p c 服务器 n 叫返回失败信息 y e s 向服务器添加组别 。卜 今n 。 返回失败信息 图1 1 软件业务流程图 第三节课题研究的目的 我们所设计和实现的自动化管输工艺平台，其目的在于使实验人员通过该 系统对原油流变实验方案的设计规划；对实验设备的调度控制以及在线实时监 控；对实验数据的采集、存储与分析；以及对实验过程和实验数据的远程监控， 使实验达到以下标准： ( 1 ) 提高测量精度：通过研发解决现有评价方式的落后，人为干预过多， 致使在样品配置、过程模拟、参数测试等环节引入大量中间噪声，影响实验结 4 第一章绪论 果的准确性等问题。 ( 2 ) 推动主研方向发展：该评价系统建成以后可对新建和在役管线进行各 种输送工艺的评价，为各个重点实验室进行降凝剂的筛选、复配、性能评价和 应用评价。 ( 3 ) 急需解决生产：目前需要进行管输工艺评价的项目逐年增加。 ( 4 ) 缩短项目研发周期：该实验平台使科研人员从大量低级重复的实验工 作中解脱出来，将大量精力用于实验数据的处理和分析，从而使研发过程向知 识密集方向转化，提高科研水平和质量。 第四节本文研究的重点 自动化管输工艺评价系统是一个对石油管道输送工艺进行系统测评的综合 系统，它集成了管输实验方案设计，仿真运行、实验设备监控以及实验结果分 析与评价等多种功能。本文所介绍的自动化管输工艺平台实验监控系统的设计 与实现是管输工艺平台研发工作的一个重要组成部分，运用面向对象的软件开 发方法，采用v i s u a lc j 毕n e t 开发语言。整个系统从用户的需求出发，包括下 发实验方案用以实验的进行，在实验运行过程中，对现场设备进行实时监控， 并给予各个设备运行数据、实验结果的记录和查询等功能。该系统运用a d o n e t 数据库访问技术实现了快速、高效的数据查询、写入和更新，同时采用o p c 技 术连接现场设备和系统平台，对远程设备的实时数据进行采集和远程监控，并 试图通过o p c c o m o p c d c o m 和o p c x m l 实现底层过程控制和企业应用层 之间的集成问题。最后，在已有工作的基础上进行更深层次的拓展。将现有的 基于c s 模式的局域网应用的实验监控系统推广到b s 模式下，在i n t e m e t 范围 内实现真正意义上的远程监控，并且为了最大程度上的利用各种资源，尝试将 o p c 客户程序推广到多平台( 如l i n u x ) ，实现跨平台通信。整个系统的基本组 成如图1 2 所示。 5 第一章绪论 ： op c ：擞务器 躺域鹣骏挖系统： l ，i n u x 皆白 |l l l 一i 图1 2 现有工作及拓展 第五节本文的章节安排 本文将如何实现自动化管输工艺实验监控过程的工作大致分为以下几个部 分和环节： ( 1 ) 首先，本文的第二章对实现管输实验监控系统所用到的数据库访问以及 过程控制和数据采集技术进行一个简单的了解。 ( 2 ) 其次，在第三章中，我们按照用户需求对该监控系统的基本框架和具体 实现功能进行详细的用户需求分析。 ( 3 ) 在对用户需求和相关技术具有一定认识的基础上，第四章具体阐述该监 控系统的开发过程以及所实现的功能。 ( 4 ) 最后，结合i n t e m e t 的相关技术对现有工作进行进一步的拓展，扩大现 有软件的应用范围和环境。这一部分在第五章中做以详细的介绍。 6 第二章软件开发相关技术介绍 第二章软件开发相关技术介绍 第一节数据库访问技术 2 1 1 数据库连接桥梁o d b c o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ，开放数据库互连) 是微软公司开放服 务结构中有关数据库的一个组成部分，它建立了一组规范，并提供了一组对数 据库访问的标准a p i ( 应用程序编程接口) 。利用这些a p i 接口函数可以对如 s q ls e r v e r 、m y s q l 和o r a c l e 等不同的数据库用同一的方式进行访问。一个 完整的o d b c 应该包含应用程序、管理驱动程序和数据源的o d b c 管理器， 管理o d b c 驱动程序的驱动程序管理器、o d b c 驱动程序、用以访问数据库的 o d b c a p i 接1 ：3 以及数据源【1 ”，它们之间的关系如图2 1 所示。 从图2 1 中可以看到o d b c 为应用程序与数据库的连接建立了桥梁，只要 是它支持的数据库，都可以应用o d b c 以统一的方式让应用程序去访问它。在 建立了与数据库的连接以后，我们就开始对数据库进行访问。但是需要指出的 是，o d b c 的a p i 不能直接访问数据库，必须通过驱动程序管理器与数据库交 换信息，应用程序直接通过o d b c 的a p i 访问数据源也是一件极为复杂的事 情，a d o n e t 组件所包含的面向对象的数据库访问类库，提供了一系列数据 库访问的方法，为我们很好的解决了这个问题。下面我们来简单了解一下什么 是a d o n e t 以及它的工作机制和接口定义，这将为我们如何将a d o n e t 技术运用到软件开发的过程中提供很大的帮助。 7 第二章软件开发相关技术介绍 娩 日教攫澎 图2 1o d b c 机制【1 2 1 2 1 2 数据库访问新方式a d o n e t 癣弼缮 o d b c 瑶 数镪瑶 a d o n e t 是一组包含在n e t 框架集中的用于和数据源进行交互的面向对 象类库。它为创建分布式数据共享应用程序提供了一组丰富的组件。a d o n e t 允许和不同类型的数据源以及数据库进行交互。通常情况下，数据源为s q l s e r v e r 、o r a c l e 等数据库，但也能够是文本文件、e x c e l 表格或者x m l 文件。 同时，a d o n e t 提供了一系列与数据源进行交互的公共方法。 a d o n e t 的一大亮点在于，它可以使用x m l 文档作为通用的数据传送格 式，只要处理数据的不同的平台有x m l 分析程序，就可以实现不同平台之间 极好的互操作性【l3 1 。对于w e b 应用程序来说，很难估计同一个时刻会有多少用 户在提交访问。而在a d o n e t 中，由于对于已经断开连接的数据集不用长时 间地保存数据锁和数据连接，所以相比之下，服务器端的负荷就大大减少。同 8 第二章软件开发相关技术介绍 时，a d o n e t 实现了更好的封装，所以更容易实现数据共享，提高了性能。这 些特点可以帮助我们将现有的基于c s 模式下的实验监控系统推广到b s 模式 下，实现远程数据访问i h j 。 2 1 2 1a d o n e t 的连接模式 a d o n e t 为我们提供了两种连接数据库的方式：连接模式和断开模式。对 数据的读取和操作在断开数据库连接之前，这样的工作方式称为连接模式，一般 使用d a t a r e a d e r 和d a t a c o m m a n d 类提供的方法。而对数据的读取在断开数据库 连接之后，这样的工作方式称为断开模式，般使用d a t a s e t 在内存中保存一 个表或者将多个表合并保存。采取断开模式当多个用户访问数据库的时候可以 缓解数据库服务器的压力，同时可以在内存中对d a t a s e t 数据集中的数据进行 指定的后台操作。相比较而言，一般在直接显示大量的数据或者要及时更新数 据的时候我们才会使用连接模式，具体的实现过程见图2 2 。 d i 妇a 血p t e r 对象抓取数据 到数据集对象d a t a s e t 6 0 图2 2a d o n e t 访问数据库模式 与数据库泌建市连接 后，利用e o m m a l d 对 象执行s q l 语句，存 储过程 2 1 2 2a d o n e t 对象和方法 a d o n e t 提供了两大组件访问和处理数据，一个是n e tf r a m e w o r k 数据 提供程序，一个是d a t a s e t 数据集15 1 。图2 3 显示了这两大组件包含的对象模型 以及它们的结构关系。 9 第二章软件开发相关技术介绍 图2 3 a d o n e t 对象 ( i ) n e tf r a m e w o r k 数据提供程序 首先，n e tf r a m e w o r k 数据提供程序是专门用来与特定类型的数据存储通 信而设计的组件。其中，c o n n e c t i o n 对象提供与数据源的连接；c o m m a n d 对象 提供对数据库查询、对过程存储的调用等【m j ；d a t a r e a d e r 从数据源中提供高性 能的数据流，它不支持更新操作；d a t a a d a p t e r 提供连接d a m s e t 对象和数据源 的桥梁，它使用c o m m a n d 对象在数据源中执行s q l 命令，将数据添加到d a t a s e t 中，并使d a t a s e t 中数据的更改与数据源保持一致【1 7 】【1 8 】。 n e tf r a m e w o r k 数据提供程序给出了直接操作数据库的方法。在连接模式 下，借助s q l 语句对数据源进行直接操作以完成对数据源的查询、插入、更新 删除等操作。读取数据一般采用s q l d a t a r e a d e r 对象直接访问，这种方法高效快 捷。当对数据库进行插入、修改或删除等操作的时候，就会用到s q l c o m m a n d 对象。打开数据库连接，调用s q l c o m m a n d 对象的e x e c u t e n o n q u e r y 等方法完 成插入操作，随后关闭数据库连接。直接访问数据库操作的整个过程如图2 4 所示。 1 0 第二章软件开发相关技术介绍 i 一一返回连接失败信 s q l 语句 l 攫握盘询语句盘数据进i i 操佳 l 返网结果一 s q l c o m m e x e c u t e r e a d e r ( ) 只能执行读取操作 s q l c o r m n e x e c u t e n o n q u e r y 0 适合所有操作 图2 4 直接访问数据库流程图 ( 2 ) d a t a s e t 数据集 d a t a s e t 对象是数据在内存中的表示形式，是a d o n e t 的核心。它是不依 赖数据库的独立数据结合，应用于数据库非连接模式。它的优越性包括以下内 容： a ) 集成多个表：一个数据集可以包含多个表，可以创建d a t a s e t 以及 d a t a s e t 中的d a t a t a b l e 对象进行数据访问【1 9 1 。 b ) 整合多个数据源的数据：数据集内的表可表示来自多个不同的源的数 据，例如来自不同数据库、x m l 文件、电子表格等的数据，都可出现在同一 个数据集中。 c ) 灵活地移动数据：通过在数据集内保存数据，您可以方便地将它在应用 程序的表示层、业务层和数据层之间移动。 d ) 程序间的数据交换：数据集提供一种功能强大的数据交换方式，它可以 与您的应用程序的其他组件以及其他应用程序交换数据。数据集包含对许多功 能的广泛支持，如将数据序列化为x m l 和读写x m l 架构 2 0 。 e ) 数据绑定：如果正在使用窗体，将控件绑定到数据集内通常比以编程方 式将数据值加载到控件更加方便。 f ) 维护记录以供重复使用：通过数据集，您无需再次查询数据库即可重复 使用相同的记录。使用数据集功能，您可以对记录进行筛选和排序，并且可以 第二章软件开发相关技术介绍 将数据集用作数据源【2 。 借助s q l 语句，我们可以将数据源中的数据填充到d a t a s e t 内的d a t a t a b l e 中，这个过程由s q l a d a p t e r 对象的f i l l 方法完成，同时n e tf r a m e w o r k 类库中 为d a t a s e t 、d a t a t a b l e 、d a t a c o l u m n 和d a t a r o w 对象提供了一系列的属性和方 法【2 捌，帮助程序开发者根据实际需求创建自己的d a t a s e t 对象，并且通过 d a t a r o w 和d a t a c o l u m n 对象创建d a t a t a b l e 插入d a t a s e t 表集合中或者将x m l 格式数据转化为d a t a s e t 结构。从数据源获得的d a t a s e t 对象，经过一系列的操 作后同样可以调用s q l a d a p t e r 的u p d a t e 方法将数据反馈给数据源，基本过程如 图2 5 所示。 根据s q l i 吾句获得查询结果 r 一一1f 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一1 创建d a t a s e t 对象，并添加数据表t a b l e d a t a s e td s = d e wd a t a s e t ( “数据集名”) d s t a b l e s a d d ( t 曲i e ) ； 通过d 吼n d a p t e 一十象将奁询记过填充t a b l e s q l a d a p t e ra d a p t e r 。 f l e ws q l a d a p t e r ( “s q l i 吾旬”，e o n n ) a d a p t e r f i l l ( t a b l e ) ： 通过d a t a r o w 对象添加数据 获得数据t a b l e 童一王j 创建数据表t a b l e 图2 5d a t a s e t 数据填充基本流程图 如图2 5 ，d a t a s e t 为将数据填充到数据表中提供了两种方式，即编程填充 和通过查询语句获得数据。针对本文所提到的监控系统，在实现对实时数据定 时导入数据库功能的过程中我们采用通过d a t a r o w 的直接填充方法；在对数据 1 2 第二章软件开发相关技术介绍 库数据进行查询和其他操作的过程中我们选用后者。当然填充d a t a s e t 的方式 还有很多，例如将x m l 格式的数据导入d a t a s e t 的数据表中等。 第二节实时数据访问一o p c 技术 随着控制技术、计算机技术、网络通信技术的发展，自动化系统对大范围 信息共享的需求越来越迫切，我们对工业控制系统的开放性提出了越来越高的 要求。而工业界曾经广泛采用的d c s 等系统由于采用自定义的专用网络和协 议，没有统一的接口标准，难以与其他厂家的系统或仪表互联、互操作。面对 着现场设备种类繁多，且产品不断升价的客观事实。采用传统的通讯方式往往 会给用户和软件开发商带来巨大的工作负担，同时也无法满足工作实际需要。 因此，需要开发一种有效的技术为不同厂商的硬件和软件提供系统集成和数据 交换的途径。正是在自动化系统开放性要求的驱使下，o p c ( o l ef o rp r o c e s s c o n t r 0 1 ) 技术应运而生【2 川。 2 2 1o p c 规范及应用 o p c 是一个开放的工业接口标准，意思是用于过程控制对象的链接嵌入 ( o l e ， o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ) 技术，它是以o l e c o m ( 组件对象 模型) 、o l e d c o m ( 分布式组件对象模型) 机制作为应用程序的通讯标准， 是一种c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式，支持t c p i p 等网络协议，可以将各个设备系 统从物理上分开，分布于网络的不同节点上，从而更好的满足设备现场的特殊 环境，提高客户端访问的效率，更好的处理复杂的业务流程。o p c 数据访问规 范规定了一系列的接口、属性和方法，对于不同形式存在的现场设备，客户端 都可以采用统一的方式去访问。采用这种标准后，硬件开发商将取代软件开发 商为自己的硬件产品开发符合标准的o p cs e r v e r 程序，而不同的用户可以根据 自身的特点按照此标准开发o p cc l i e n t 程序就可以完成与硬件设备的链接，使 用户完全从设备底层驱动开发中脱离出来，提高了软件开发的效率，使软件开 发人员可以有更多的精力投入到其核心产品的开发上【2 4 】。 本文所介绍的自动化管输工艺平台正式在c l i e n t s e r v e r 模式下，o p c 服务 器提供数据源，数据源包括水浴、流变仪和倾点仪等控制设备。作为数据源的 1 3 第二章软件开发相关技术介绍 o p