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南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 摘要 油库业务系统主要包括安全监控系统、计量系统及发货系统，计量系统作 为支撑油库正常运转的三大业务子系统之一，其主要目的是对大型储罐内储存 的液量进行测量，从而获得储罐库存量，对油罐的计量精度要求很蒯1 | 。计量系统 在油库油品的储运流程中占有重要的地位，但是缺乏针对外部环境而改变的能 力【2 】。在自动化实施进程中由于各种原因，针对油库业务系统的自动化改造或 实施多是逐步进行的，参与其中的计量厂商众多，不同厂商为油库提供计量服 务，为油库自动化事业做出贡献，同时也导致了同一家油库的计量业务存在由 多套计量系统服务，而各自产生的业务数据又独立处理的情况。各公司正积极 针对老系统提出改造，并逐步提高新系统的招标要求，寻找合理的评价方法来 评估油库的风险程度1 3 j ，原有的自动计量软件系统已经无法满足用户的要求。 本文首先分析了国内的自动化计量系统的现状，接着介绍了实现论文目的 的主要技术，包括系统体系架构模式、数据库技术、油罐计量技术等，并对油 库自动化计量系统进行了需求分析、软件系统设计及最后实现。系统主要功能 采用客户端n 务器( c s ) 模式，以面向对象方法对系统进行分析，使用b o r l a n d 公司的d e l p h i 7 作为开发平台，数据库系统使用m ss q l s e r v e r2 0 0 5 。为了更好 的体现设计的系统的优良性，最后论文结合j 油库的具体实施情况加以说明， 介绍系统的设计实现效果。 关键词：油库自动化，油罐计量，分析实现 a b s t r a c t d e p o tb u s i n e s ss y s t e mc o n s i s t so fs e c u r i t yi n s p e c ts y s t e m 、t a n kg a u g es y s t e m a n dd e p o td e l i v e r ys y s t e m a so n eo ft h et h r e em a i nb u s i n e s ss y s t e m st os u p p o r t d e p o tt or u n o ni t sf e e t ，t a n kg a u g es y s t e mm e a s u r e sl i q u i dt h a ts t o r e di nb i gt a r l k s ， t h e nc a l c u l a t e st og e tv o l u m e ，a n dr e q u i r e sah i g hp r e c i s i o n 1 j t a n kg a u g es y s t e m h o l d sav e r yi m p o r tp o s i t i o ni nt h eo i ld e l i v e r yp r o c ，b u tl a c ko fa b i l i t yt oc h a n g et o f i tc h a n g e dc i r c u m s t a n c e s 2 1 b e c a u s eo fk i n d so fr e a s o n sd u r i n gt h ei m p l e m e n t a t i o n p r o c e s so fa u t o m a t i o n ，a u t o m a t i o no fd e p o tb u s i n e s si si m p r o v e do ri m p l e m e n t e d g r a d u a l l y , l o t so fm e a s u r e m e n tf i r m si n v o l v ei n t oi t ，m a k ec o n t r i b u t i o n ，a n da tt h e s 棚n et i m e 。l e a d st oas i t u a t i o nt h a ts e v e r a lg a u g es y s t e m ss e r v ef o rad e p o tt o g e t h e r , b u td e a lt h e i rb u s i n e s sd a t as e p a r a t e l y c o m p a n i e sa r et a k i n ga c t i v es t e p st ou n p r o v e o l ds y s t e m s ，a n dg r a d u a l l yi n c r e a s et h et e n d e rr e q u i r e m e n t sf o rn e ws y s t e m s ， l o o k i n gf o rar e a s o n a b l ee v a l u a t i o nm e t h o dt o a s s e s st h er i s kd e g r e eo fd e p o t ，t h e o r i g i n a l a u t o m a t i cg a u g es o f t - w a r es y s t e mh a s b e e nu n a b l et om e e tu s e r r e q u i r e m e n t s t h ea r t i c l ea n a l y z e st h ec u r r e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i ca u t o m a t e dm e a s u r e m e n t s v s t e m ，吐l e ni n t r o d u c e dt h em a i nt e c h n o l o g i e st oa c h i e v et h ep a p e r sa i m ，i n c l u d i n g s y s t e ma r c h i t e c t u r em o d e l ，d a t a b a s et e c h n o l o g y , t a n kg a u g i n gt e c h n o l o g y , a n d a n a l y z e ss y s t e mr e q u i r e m e n t s ，d e s i g n st h es o f t w a r es y s t e m a n di m p l e m e n t si tf i n a l l y m a i nf u n c t i o no ft h es y s t e mi su s i n gc l i e n t s e r v e r ( c s ) m o d e l ，a n da n a l y z i n gt h e s y s t e mw i t ho b je c t - o r i e n t e dm e t h o d ，b o r l a n dd e l p h i 7u s e a sad e v e l o p m e n tp l a t f o r m ， t h ed a t a b a s es y s t e mu s e sm ss q ls e r v e r2 0 0 5 a tt h ee n do f t h ea r t i c l e ，i no r d e rt o r e f l e c tt h eg o o dq u a l i t yo ft h ed e s i g no ft h es y s t e mm u c hb e t t e r , c o m b i n i n gw i t h t h e i m p l e m e n t a t i o no fd e p o t jt os h o wt h ee f f e c t so fs y s t e md e s i g n k e y w o r d s ：d e p o ta u t o m a t i o n ，t a n kg a u g i n g ，a n a l y s i sa n di m p l e m e n t a t i o n i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。本论文除了文中特别加以标注和致谢的内容外，不包含其他人或其他 机构已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京信息工程大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。其他同志对本研究所做的贡献均已在 论文中作了声明并表示谢意。 学位论文作者签名：蜂 签字日期：二啤 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权 保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有 权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅； 有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘 要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明 南京信息工程大学、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 杂志社、中国 科学技术信息研究所的中国学位论文全文数据库有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，并 通过网络向社会提供信息服务。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京信息工程大学研究 生部办理。 口公开口保密( 年月) ( 保密的学位沦为在解密后应遵守此协议) 学位论文作者 指导教师签名 签字日期： 签字日期： 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 1 1 引言 第一章绪论 油库业务系统主要包括安全监控系统、计量系统及发货系统，计量系统作为支撑油库 正常运转的三大业务子系统之一，其主要目的是对大型储罐内储存的液量进行测量，从而 获得储罐库存量，对油罐的计量精度要求很高【l 】。计量系统在油库油品的储运流程中占有 重要的地位，但是缺乏针对外部环境而改变的能力【2 】。在自动化实施进程中由于各种原因， 针对油库业务系统的自动化改造或实施多是逐步进行的，参与其中的计量厂商众多，不同 厂商为油库提供计量服务，为油库自动化事业做出贡献，同时也导致了同一家油库的计量 业务存在由多套计量系统服务，而各自产生的业务数据又独立处理的情况。各公司正积极 针对老系统提出改造，并逐步提高新系统的招标要求，寻找合理的评价方法来评估油库的 风险程度【3 】，原有的自动计量软件系统已经无法满足用户的要求。 随着2 0 0 4 年底石油市场的开放，建立一套先进可靠、切实可行的油库自动化系统，可 以全面提升油库的生产效率和安全管理能力，从而降低运营成本h 1 。将油库的业务数据与 公司总部信息系统集成，为公司进行战略分析提供准确、可靠的数据来源，可以使总公司 及时、更好地结合自身信息把握市场脉搏，优化业务上下游的采购和生产计划，将非常有 助于提高公司在整个供应链的竞争力哺1 。以中石油公司和中石化公司为代表的石化行业对 各自的信息化、自动化都做了一段时期内的规划部署，包括对新建油库实施自动化系统， 对原有油库的自动系统升级改造。目前国内有资质的系统厂商并不是很多，已经占有部分 市场并取得一定成绩的公司更是屈指可数，并不存在一家独大的情况，市场的竞争十分激 烈。 1 2 自动化计量系统研究现状 油罐的计量最初是通过人工投尺、采样、计算实现的，随着计算机技术的发展出现了 自动计量系统。自动化计量系统是集现代数字通讯技术、计算机软硬件技术、油罐液位计 量业务知识为一体的实时信息采集和分析处理信息系统。它是通过液位计、温度计、密度 计、压力计等测量传感器取得油罐计量相关原始数据，以各种总线技术作为数据传输技术 标准，多种通讯形式实现计量服务计算机与现场测量传感器终端通讯，最后由计量服务计 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 算机分析处理实时取得的计量数据，图形化显示、产生后续业务数据供进一步分析使用， 所有相关人员都可以在拥有相应权限的基础上，通过网络共享使用包括实时信息和历史信 息在内的计量数据【6 】。自动化计量系统从系统结构上可以分为下位机测量仪器仪表、数据 通讯、上位机软件系统三大部分。 首先，从下位机测量仪器仪表来看，国外由于基础技术雄厚，并依靠技术的不断进步， 在计量自动化仪器仪表研究应用方面一直走在前列，不仅品种齐全而且技术先进性能可靠 0 7 1 ，从实验室研究向民用转变时还兼考虑到价格便宜、使用周期长、维护时间短且费用低 廉。随着技术的不断进步，仪表的结构和功能都得到了很大的改进，都按照一定总线标准 发展【8 l 。正因为技术上的优势使得国外的计量仪器仪表占有很大部分的国内市场，特别是 在对计量精度要求比较严格的高端市场。具有代表性计量液位仪厂商有：e + h 、e n r a f 和 m t s 公司等，其中荷兰的e n r a f 公司在荷兰、美国和德国等国家已经得到了相关计量部门 的认可，可以作为货物贸易交接的依据。 反观国内的测量仪器仪表发展情况，由于受制于整体技术的水平，国内的自动计量仪 器仪表行业发展具有一定的“山寨”特点，多是先引进人家先进的仪器仪表系统，然后在 仿制的基础上进行二次创新。虽然总体水平仍然处于落后的状态，但国内厂商也在积极地 参与，并不断地努力研发提高自身技术，在某些领域的技术和产品也已经达到了国际领先 水平，但市场占有率仍然无法与国外先进仪表的市场占有率相比唧。 其次，数据通讯方式最初采用r s 4 8 5 总线方式向油库自动化系统现场总线方式转变。 r s - - 4 8 5 总线方式的特剧1 0 】包括：布线方式简单，多点互连时非常方便，可以省掉许多信 号线；在任一时刻只能有一个发送器，而其余的都作为接收器，也即是一主多从的通信 方式。受制于4 8 5 总线通信速度的限制，一般使用此种总线的网络规模不宜过大，而且 传输距离也受到限制，受油库的地理环境影响很大；计量系统独占总线通讯资源，与油 库其他自动化子系统是分开的，正因为如此，对只实施自动化计量系统的油库来说，其实 施成本相对来说是比较低的。 而实际情况是油库自动化系统都是整体实施、局部升级改造，简单的r s - 4 8 5 总线方 式已经不能满足油库的需求了。这时现场总线技术的优点就显现出来了【l ”：数字化通讯 方式，相对于之前的模拟信号方式，不仅提高了测量和控制的精确度，而且也减少了传输 过程中产生误差的可能性；它的系统结构也很简单，多个设备可以同时通过一条电缆接 入现场总线，因此施工布线的成本和工作量大为下降，当需要增加现场控制设备时，只需 就近将增加的设备接入总线即可，节省投资的同时也减少了设计、安装的工作量，减少了 重复施工的情况；增加了可选设备的范围，由于现场总线协议的出现，不同厂商都可以 在遵守现场总线协议的基础上生产自己的仪器设备，能够避免出现用户在系统集成中因协 2 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 议或是接口不兼容而无法使用某些设备的情况；设备智能化，现场设备具有一定的自诊 断和处理简单故障的能力，而且还可以通过现场总线将相关信息传递到控制室，方便用户 查询所有设备的运行状态，尽早发现、分析、解决问题。现场总线不仅是油品计量系统未 来发展的方向，同时也将是是油库自动化系统的未来发展方向。国外主流计量仪器仪表公 司如e + h 公司的产品输出信号符合h a r t 协议或p r o f i b u s 总线标准或f f 总线标准，国内 相关厂家，如北京和利时、浙大中控也在积极的推出自己的总线标准，并已应用于市场【12 1 。 最后，国内目前正在使用的软件系统实现了计量系统的基本功能，包括数据采集、实 时处理、显示计量数据，但仍然存在一些问题。人机界面方面，考虑到系统用户群中一大 部分是面向最基层的操作人员，他们对系统的整体概念了解不深，对系统的操作使用要求 尽可能简单明了，现有系统的人机界面设计缺乏互动性，不能很好的满足用户操作使用的 要求；业务数据方面，目前的处理也仅停留在实时显示，缺乏对数据后续使用的继续深入 挖掘：系统架构设计方面，目前系统采用面向过程技术，多是针对油库自动化计量系统实 施的某一阶段具体内容专门定制开发的，由于不同阶段计量系统的需求都具有独立性，在 设备选型、接入方式上可能存在差异，因而具有一定的局限性。当系统下位机组成发生变 化后，上位机软件系统无法通过简单的配置就可以满足需求的，基本都需要有针对性的修 改系统源程序，并经过严格的测试后才能投入实际使用。再次修改系统这项工作不仅需要 对系统重新评估，还需要耗费投入的人、财、物等资源，而且还会带来很多的不确定性， 给系统稳定运行带来隐患，增加了后期维护工作的难度【1 3 1 。 1 3 论文研究的主要目的及意义 作为油库三大业务子系统之一，自动化计量系统在油库油品的储运流程中占有重要的 地位，在目前计量底层仪器仪表的基础上，设计并实现一个好的计量软件系统将有助于提 高自动化计量系统的水平，进而提高油库自动化系统的整体水平，在当前油品市场开放的 大环境下，有助于提高公司在整个供应链的竞争力。对系统服务提供商来说，实现一个好 的系统也可以帮助自己获得用户的认可，占领市场。一个高水平的计量软件系统的具体意 义在于： 1 )可以帮助全面提升油库的生产效率和安全管理能力，改善油库计量操作人员的工 作环境，降低其劳动强度，有利于提高劳动生产率，从而可以降低油库整体的运 营成本。 2 )将油库的业务数据与公司总部信息系统集成，为公司进行战略分析提供准确、可 靠的数据来源，可以使总公司及时、更好地结合自身信息把握市场脉搏，优化业 3 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 务上下游的采购和生产计划，将非常有助于提高公司在整个供应链的竞争力 3 )从计量服务提供商角度，一套设计良好并成功实现的软件系统可以缩短系统实施 的周期、降低服务费用、提高实施项目的利润率，帮助全面提升公司在客户心目 中的地位，从而有助于占领市场。 4 )计量系统的整体设计思路和实现过程，对油库自动化的其它子系统同样具有一定 的借鉴意义，如安全监控系统、发货系统。 1 4 论文所做的主要工作 本文所作的主要工作是面向对象方式的油库自动化计量系统的分析与实现，所作的主 要工作大体如下： 1 )对油库自动化计量技术及软件系统进行了分析阐述。 2 )对油库自动化计量系统进行了需求分析，包括计量系统的业务需求、与油库信息 化系统包括其它自动化子系统的集成需求等，并对计量软件系统的用户、系统内 自身内部管理进行了分析。 3 )对系统进行了分析与设计，包括系统架构的分析与设计，数据库的设计，采用面 向对象的设计方法对系统进行了总体功能设计及相关子功能的设计等。 4 )以j 油库的油库自动化计量系统为实例，介绍了系统实现的过程及效果。 1 5 论文的组织结构 本论文分为了六章。 第一章是绪论，介绍了自动计量系统研究的背景和现状，并进一步介绍了论文的主要 目的及其意义，最后指出了论文所做的主要工作。 第二章是系统技术介绍，对论文中使用到的各种技术做了简单的介绍，包括系统的体 系架构、数据库技术、油罐计量技术。 第三章是系统需求分析，对总体需求和各具体功能模块进行了需求分析描述。 第四章是软件系统设计，包括软件功能结构、软件系统结构，并使用面向对象的分析 方法对系统进行设计。 第五章是系统实现，以j 油库为例给出了系统开发的详细实现过程。 第六章是总结与展望，总结了课题已经完成的工作并提出了需要进一步改进的地方， 对下一步的工作做出了展望。 4 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 第二章系统技术介绍 2 1 系统体系架构模式 软件系统体系架构模式一般包括：主机终端模式、文件服务器模式( f s ) 、客户机 服务器模式( c s ) 和w 曲浏览器服务器模式( b s ) 【1 4 】。从油库自动化计量系统的实际需求出 发，考虑到主机终端模式和文件服务器模式自身的特点，这两种模式基本不适合。目前主 要考虑使用c s 和b s 模式，下面将着重分析c s 和b s 这两种模式的优缺点，然后综合 考虑软件系统体系架构确定模式的选取。 2 1 1 客户机服务器模式( c s ) 客户机，服务器模式( c l i e n t s e r v e r ，简称c s ) 模式，这种软件系统体系结构模式是 在2 0 世纪8 0 年代末逐步成长起来的，是由美国的b o r l a n d 公司最早研发的u ，目前很多 系统采用的都是c s 模式，该技术已经发展的很成熟了。c s 模式的特点是将系统分成客 户机和服务器两层，基于企业内部网络，将系统要实现的功能按照一定的逻辑，合理地分 布到客户机和服务器上加以实现，客户机应用程序和服务器应用程序都是针对系统需求专 门定制开发的，分别安装在网络上的不同计算机上。客户机程序与客户直接交互，接受用 户操作指令并向服务器程序发送请求，服务器程序则接受客户机请求后处理并返回结果。 由于服务器处理的事务会比较多，安装如o r a c l e 、d b 2 或s q ls e r v e r 之类的大型的数据 库系统，一般都会使用性能较高的p c 、工作站，如果系统需求高的话也会采用性能更高 同时价格也更高的小型机，客户端机器只需要安装专门为系统定制开发的客户端软件系统 即可，因此对机器性能要求不是特别高。 c s 模式特点分析优势与劣势，c s 模式的特点决定了采用这种模式的系统既有 优势也有劣势n 6 m 7 m 9 1 ，具体分析如下： ( 1 ) 优势 负荷分摊，处理数据能力强，系统响应快 客户机应用程序不仅负责显示而且还要承担处理部分数据的任务，充分发挥客户端机 器的处理能力，这样服务器负荷就变得较轻，整个系统的负荷就一定程度上被分摊了，系 统整体的响应也相对变快了。这个特点支持c s 模式的系统能处理更大量的数据信息，而 且客户机直接与服务器通讯，处理信息的速度相对于其它类型的系统来说会更快。 5 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 交互性强 c s 模式系统的服务器端和客户机端的程序都是定制开发的，负责与用户人机交互的 客户端程序的界面各不相同，形式灵活多样，可以充分满足用户的个性化需求。并在出错 处理、在线帮助上都具有比较完备强大的功能。 安全性高 c s 模式系统软采用的点对点的结构方式，而且多属于定制开发，面向的也是比较固 定的客户群，是适用于专人使用的系统。因此可以通过对系统软件比较严格的管理，从而 实现很好的控制信息安全。一般高度机密的信息系统比较适合采用c s 模式结构。 数据管理透明，关心业务即可 c s 模式系统对数据的处理相对于面向客户机应用程序的最终用户来说是”透明”的， 他们无须过问( 通常也无法干涉) 背后的过程，就可以完成自己的一切工作。 ( 2 ) 劣势 开发和维护的投入大 c s 模式系统的特点决定了系统开发人员要在程序中自行管理事务、消息队列，通信 等系统级的问题，因此对系统开发人员的技术有一定的要求，而且定制开发的特点需要， 导致系统缺少通用性，当系统业务发生变更后，需要重新对系统进行分析设计和开发，这 增加了维护和管理的难度，一定程度上阻碍了拓展业务。 系统移植困难 没有能提供用户真正喜欢的开放环境，受制于操作系统平台的不同，c s 模式系统自 身的版本也需要跟着变动，加之产品的更新换代十分快，系统变动移植工作困难度相当大。 客户端维护工作量大 每一个客户端都要安装特定的客户端软件才能正常运行，当客户端遍布系统各处时， 对客户端的安装、维护、升级工作就显得相当麻烦，自然花费的成本也非常高。 2 1 2w e b 浏览器服务器模式( b s ) w e b 浏览器服务器模式( b r o w s e r s e r v e r ，简称b s ) 模式，是一种伴随着i n t e m e t 普 及而来的网络结构模式，b s 模式是由美国微软公司研发的，虽然起步较晚但随着i n t e m e t 的迅猛发展也得到了长足的发展，目前基于b s 模式的系统也比比皆是。其模式是由浏览 器端使用浏览器( 如厄、火狐等) ，向w e b 服务器提出请求，在w e b 服务器端对数据库 进行完相关操作后，将结果传回浏览器端显示u “。在这种模式下，只有少量的事务逻辑在 浏览器端实现，服务器端实现主要的事务逻辑，客户机作为浏览器端，只需要配置客户端 6 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 软件即可，工作得到了大大简化，但同时需要服务器端负荷更多的工作，包括对数据库的 访问和应用程序的逻辑操作都将在服务器端执行。 对b s 模式的特点优势和劣势分析如下1 9 m 0 1 ： ( 1 ) 优势 简化系统的开发、实施和维护工作 系统开发者只需要将功能在w e b 服务器上实现，然后为不同功能设置各个组别的用户 权限即可，无须为特定用户设计开发专门的客户应用程序了，浏览器端只需要下载安装通 用的浏览器软件即可。一套软件系统对象的生命周期中，日常的维护和升级工作将占很大 的比例晗，而b s 模式系统的维护和升级工作都是在服务器上进行的，客户端基本不需要 做什么改变，用户只需要从指定的地址下载安装就可以实现客户端的升级。同样因为客户 端使用普通浏览器，当需要移植系统时也不需要做过多的工作，大大降低了开发和维护的 工作成本。 用户界面统一 b s 模式系统的应用软件都是基于浏览器的，浏览器的界面大致都是一样的，它使用 户的操作变得更简单，相应的也减少了用户培训工作投入。 适用于信息发布 b s 模式系统具有分布性特点，在网络环境的支持下，用户可以随时随地进行查询、 浏览等业务处理，特别适合于企业网上信息发布，提高了企业的工作效率。 ( 2 ) 劣势 负荷集中在服务器端 b s 架构的特点之一就是服务器端实现系统的主要功能，对数据库的访问和应用程序 的逻辑操作都将在服务器端执行，客户端只需要实现很少的事务逻辑，应用服务器运行数 据负荷较重，一旦发生服务器“崩溃”等问题，后果不堪设想。因此，许多单位都备有数 据库存储服务器，以防万一。 缺乏个性化、交互性 通用的浏览器访问应用程序，其浏览器的界面统一，使用时类似于浏览网页个性化特 点明显降低，无法实现具有个性化的功能要求。 不适于处理大量数据 b s 模式将系统分成三层结构，其处理响应的速度慢，系统的功能一定程度上被弱化， 传统模式下的一些特殊功能要求难以被实现。 系统安全性稍差 7 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 b s 模式的系统是建立在广域网之上，用户只要在网络支持的环境下，通过w e b 浏览 器即可访问系统，其面向的用户群具有不可知性，对安全的控制能力相对弱，加强对用户 账号、密码等信息的管理，以及构筑必要的系统防火墙都是很有必要的。 2 1 3 系统架构模式选取 通过以上对c s 模式的分析，该模式的一些特点比较适用于油库自动化计量系统的主 要业务，如系统的用户群比较固定，都是面向油库操作人员，系统覆盖的范围比较小，主 要集中在单一油库范围内，而且系统操作要求要有较强的交互性，处理数据要求及时灵活 等。而计量系统的某些需求，如数据需要网络发布供省公司、总公司使用等则显示b s 模 式更适用，两种模式结合可以充分发挥各自的优势，提升系统的性能比引。 综合分析后可知组合使用c s 模式与b s 模式可以更好的满足油库计量系统的需求： ( 1 ) 使用c s 模式实现油库自动化计量的主要业务 将计量系统业务逻辑的实现分摊到计量服务端和计量客户端应用程序上，降低了服 务器端的负荷，既可以加速系统的处理速度，提高系统响应的及时率，还可以减少对系统 服务器端硬件的投入，将有限的资金充分利用起来。 定制开发计量系统客户端应用程序，实现人机更好的交互，更有针对性的满足用户 的个性化需求。 计量软件系统主要业务使用的范围相对固定，都是在油库局域网范围内使用，针对 油库计量业务操作人员及库领导，面向的用户群也相对固定，因此可以通过控制客户端软 件的发布来实现更好的控制系统信息安全。 使用c s 模式用户可以不需要关心数据是如何处理的，只需关心业务操作即可。 ( 2 ) 使用b s 模式实现系统信息发布 作为系统信息发布的对象来说，只需要使用浏览器即可以实现信息的读取，这大大 减少了系统实施的难度，同时系统升级的工作也变得更加容易，只需升级w e b 服务器端的 应用程序，浏览器端只需要做很少的工作。 浏览器端使用普通浏览器，界面基本一致，客户可以很容易熟悉操作，减少了系统 操作培训的投入。 满足计量系统信息发布具有使用范围广、地点灵活的特点，只要有网络支持的地方 就可以查看发布的信息。 综上所述，使用c s 模式实现油库自动化计量的主要业务，结合b s 模式实现系统信 息发布是适用于油库自动化计量系统的最佳模式。 8 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 2 2 数据库技术 2 2 1 关系型数据库 数据模型是数据库系统的核心和基础。采用关系模型组织数据的数据库称之为关系型 数据库，这种概念最早是由i b m 公司的e f c o d d 提出来的，并在之后充分发展，并成为数 据库架构的主流模型咄。其关键理念就是关系模型，客观的数据是零散的，按照一定的关 系将其串在一起就变成了信息，它们之间靠的就是关系，这就是关系模型的想法依据。关 系型数据是以关系数学模型来表示数据，而关系数学模型中是以二维表的形式来描述数据 的憎制，关系模型常用的概念有： 关系：可以理解为一张二维表，每个关系都具有一个关系名，就是通常说的表名。 元组：可以理解为二维表中的一行，在数据库中经常被称为记录。 属性：可以理解为二维表中的一列，在数据库中经常被称为字段。 域：属性的取值范围，也就是数据库中某一列的取值限制。 关键字：一组可以唯一标识元组的属性。数据库中常称为主键，由一个或多个列 组成。 关系模式：指对关系的描述，其格式为：关系名( 属性1 ，属性2 ，属性n ) 。 在数据库中通常称为表结构。 相对于其他类型的数据库，关系型数据库有他自己的优点： 1 关系型数据库表达数据用的二维表结构非常贴近逻辑世界，关系模型相对网状、 层次等其它模型来说更容易理解。 2 使用统一制定发布的s q l 语言，可以很方便的操作关系型数据库，在不需要理解 数据库底层实现的基础上，专业人士( 程序员或是数据库管理员) 可以方便地在 逻辑层面操作数据库。 3 关系型数据库大大降低了数据冗余和数据不一致的概率，使得关系型数据库和使 用关系型数据库的系统更易于维护。 近些年来，数据库理论得到了充分的发展，出现了很多的数据库模型，如常用在性能 要求较高的系统的网状模型、符合面向对象程序思想的对象模型、随着x m l 发展而得到 发展的半结构化模型等，但关系模型数据库凭借其优点及其目前应用的广泛性，仍然在数 据库应用中占有很重要的一席之地。 9 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 2 2 2s q ls e r v e r 数据库 在做数据库选型工作时一般都会考虑五大要素：开发需求、性能成本、数据库运行管 理、可升级性、总体拥有成本拉引。目前，实现基于关系型数据库的应用可以选择传统的主 流品牌，这些数据库产品有着很成熟的关系技术以及广泛的应用资源懵引。目前主流数据库 主要包括：o r a c l e 、d b 2 、s y b a s e 、s q ls e r v e r 等，在做数据库选型时又着重考虑了o r a c l e 和s q l s e r v e r 。 从开发需求角度来说两者基本都能满足油库计量软件系统的开发要求，在数据库厂商 一定的技术支持基础上，可升级性也基本不存在问题，就性能成本、运行管理和总体拥有 成本来说各有特点： 1 )性能成本 此项标准考虑的是在特定的操作系统上，配置了特定的数据库版本，并在一定的硬件 条件下，完成指定的每项事务需要的成本是多少。在用户数较少的情况下，s q ls e r v e r 和 o r a c l e 的性能差不多，但当在多用户时，s q ls e r v e r 的性能受到影响比较大，o r a c l e 的性 能是目前所有数据库中最好的，在用户数很多的情况下仍然能保证较好的性能懵。 2 )运行管理 s q ls e r v e r 所有的操作都是图形界面的，在s q ls e r v e r 中使用企业管理器可以集中 管理控制管理多个服务器1 。o r a c l e 也提供了企业管理器，而且它的性能在某些方面甚至 超过了s q ls e r v e r 的企业管理器，但它安装较为困难，初学者很难独自完成，往往需要专 业的技术人员帮助。目前市场上对持有o r a c l e 认证的专业人士的需求很大，但达到要求的 人却很少。 3 ) 总体拥有成本 总体拥有成本( t o t a lc o s to fo w n e r s h i p ) 往往是做决策时必须首先面对的问题。决策人 做决策时需要考虑的因素很多，要求其作出的决定创造出来的价值应超过它的成本。影响 数据库系统总体拥有成本憎圳的因素包括硬件、软件、实施和维护，有些数据库的软件价格 和实施费用比较低，但为了达到预期的服务水平，其硬件和维护费用的成本投入却很大， 有些数据库的价格和实施费用较高，但是因为整体水平高，那么对硬件和维护升级的要求 就少，相应的总体成本也就降下来了。因此总体拥有成本的考核对数据库选型有很重要的 参考意义，不能仅因为其中一项或两项的价格低，就做出决定，一定要综合通盘考虑问题， 从系统的长远角度着想。 综合s q ls e r v e r 和o r a c l e 数据库的特点，根据油库计量系统的当前一段时期内的业务 需求、基础设施以及计量系统未来发展考虑来决定使用s q ls e r v e r 数据库作为计量系统的 1 0 南京信息工程大学硕士论文 油库自动化计量系统分析与实现 后台数据库。 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 是由美国微软公司所推出的关系数据库解决方案，初始版本适用 于中小企业的数据库管理，但是近年来它的应用范围有所扩展，已经触及到大型、跨国企 业的数据库管理，其数据库的内置语言是由美国标准局( a n s i ) 和国际标准组织( i s o ) 所定义的s q l 语言，微软公司对它进行了部分扩充而成为作业用s q l ( t r a n s a c t - s q l ) 洲。 最新的版本是s q ls e r v e r2 0 0 8 ，本系统使用的是s q ls e r v e r2 0 0 5 版。 考虑到油库自动化系统的总投入有限，使用s q ls e r v e r 2 0 0 5 不仅可以保证系统正常运 行，而且可以获得更低的支持企业级业务所需的总体拥有成本( t c o ) 。针对企业数据管理， s q ls e r v e r2 0 0 5 在以下几个方面具有显著改进瞄“： 1 )更快的结果响应 一套全新的管理工具包，在构建系统、排错及操作应用系统时更快、更有效。 2 ) 更好的决策支持 在数据整合、分析和报表领域功能全面的智能商务平台，在采取行动和制定更好决策 时具备更敏锐的洞察能力。 3 ) 值得信赖的平台 系统固有的数据加密、默认安全设置以及强制口令策略功能使你能够以最高的性能、 最高的可用性和最高的安全性运行任何苛刻的应用系统。 2 2 3a d o 数据库访问技术 常见的数据库访问技术有：o l ed b 、o d b c 、d a o 、r d o 、a d o 、3 d b c 等。我们经 常说的数据库访问技术也就是数据库驱动程序，本质上都是编程的a p i ，区别在于它们的 封装程度、适用的范围不同，一般来说访问技术封装的越好，其操作使用就越简单，但其 性能也相对来说较差。选定s q ls e r v e r 2 0 0 5 作为后台数据库后，采用同样是微软推出的 a d o 访问数据库技术可以更好的配合系统。 a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 是微软推出用来淘汰r d o 和d a o ，a d o 是封装在o d b c 或是o l ed b 之上的，a d o 在访问数据源时，本质上是通过o d b c 或是o l ed b 来访问 的，但是o l ed bc o m 是一种低级的接口，开发使用时要求配合支持指针、数据结构和 直接的内存分配，开发操作过程繁琐，对当前一些不支持低级功能的开发环境来说是不合 适的，如v i s u a lb a s i c 、v b a 、d e l p h i 、j a v a 等，而且对开发人员要求比较高。而a d o 作 为一个o l ed b 的消费者，提供了对o l ed b 数据源的应用程序级的访问瞄“。 a d o2 0 对象模型包括c o m m a n d 、c o n n e c t i o n 、e r r o r 、f i e l d 、p a r a m e t e r 、p r o p e r t y 等 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 对象，它们中的大数在功能上和r d o 对象相似，只不过具有更强的功能性而已1 。 2 3 油罐计量技术 目前国际上的油罐自动计量方法有很多，但都可以归结为三种计量方法：液位计法 ( a t g ) 、静压法( h t g ) 、混合法( h i m s ) 。 2 3 1 液位计量法( a t g ) a t g ( a u l o m a t i ct a n kg a u g e s ) 法是采用精度较高的液位计采集液位高度数据， 辅以自动采集或人工测量的密度数据，通过查表、计算得到体积、质量。a t g 法的测量液 位的方法有两种，一种是测罐的空高，如雷达式液位计，通过安装时标定的罐容高度减去 测得的空高得到最终的液位高度，此种方法由于受到罐体积变形的影响精度稍差，另一种 方法是通过浮子式的测量仪器直接测得液位的高度，此种方法精度较高但可靠性稍差“。 a t g 法的罐安装装置结构简单，在这里就不给出具体的图形示例说明，可以参考下面的混 合法中液位测量部分的装置结构部分图。 液位法可以直接测量的是油品的液位高度，而其它参数就需要人工测量得到了，不过 目前也有液位计量杆上带有测量密度和温度的功能。 a t g 法首先根据采集到的液位高度分别查罐容积厘米表得到容积a 1 ，查毫米表得到 a 2 ，查静压力表得到a 3 ，对三者求和得到罐内液体体积v 2 0 。 得到体积后的后续计算公式如下： m = v 2 0 x9 2 0 ( 1 ) 如考虑到空气浮力则为： m = v 2 0 ( p 2 0 0 0 0 1 1 ) ( 2 ) 其中，m 为油重；v 2 0 为油品标准体积，通过液位查表换算得到；p 2 0 为油品标准密 度。 2 3 2 静压法( h t g 法) h t g ( h y d r o s t a t i ct a n kg a u g i n g ) 法即应用压力或差压变送器测量液体静压 以达到测量液体质量为目的的计量方法，适用于以质量为交接标准的国家蚓 1 2 南京信息工程大学硕士论文油库自动化计量系统分析与实现 图2 1 油罐h t g 计量法罐装置示意图 其计算公式如下【3 5 】： 懈2a ( p l p 3 ) f 3 ) 尸l p 2 j d = ( 也一骨1 ) g f 4 1 仃；争乎+ l - - f s l 譬l | d 一。 其中，m 为油重；a 为罐平均截面积；h 为液位；p 为油品真实密度；p l 为罐底部压力； p 2 为罐上部压力；p 3 为罐顶部压力；h l 为压力计p 1 安装高度；h 2 为压力计p 2 的安装高度。 h t g 的质量测量精度高，但对密度、体积与液位的测量不准确。更无法在形状不规则 油罐、油水混合罐以及密度分层油罐中使用【3 7 】 1 油品质量计量精度高。 由公式3 可以看出油品质量是直接由底部压力传感器测量得到。它与密度、温度等参 数的变化均无关系，所以不受这些参数误差的影响。 2 密度值较真实密度稍大密度 p 为t 1 与配之间的平均密度。由于密度分层的影响删，所以根据公式4 计算出来的 p 略大于罐内液体的平均密度。 3 液位误差较大。 由于液位h 是通过公式5 使用密度p 反推得出，而计算得到的p 又略大于罐内液体的 平均密度，最终导致计算得来的液位h 略低于真实的液位。 1 3 南京信息工程大学碗士论文 油库自动化计量系统分析与实现 2 3 3 混合法( p a m s 法) h i m s ( h y b r i dt a n km e a s i a r e m e n ts y s t e m ) 接丑0 应用超高精度液位计和超高 精度压力或差压变送器测量储罐内液体的各种相关参数的计量方法。 图2 - 2 油罐h i m s 计量法罐装置图 混合法根据液位计直接测量罐内液位的高度h ，通过压力传感器直接测得罐内液体的 压力，然后根据下面的计算公式计算液位的质量： 肘= ( p i 一岛) 一r 6 1 p l 一 p2 巧：百j 专m 其中tm 为油重：p 为罐内液体平均密度：p 为罐底部压力；p 3 为罐顶部压力( 浮顶 罐p 3 卸) ：h 】为压力机p 】的安装高度；a 为罐的有效截面积：h 为渡位高度旧。 2 3 4 总结分析 根据以上对三种计量方法的介绍可以看出： 1 a t g 法体积测量精度高，适用于体积交接贸易方法的国家，缺点是通过查表、计 算后的质量精度不够高： 2 h t g 法质量测量精度高，系统适合于商业质量贸易交接的国家，缺点是高度和体 积的精度不够高： 南京信息工程大学硕士