（机械电子工程专业论文）石油管加工生产线监控管理系统软件设计.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 石油管加工生产线监控管理系统软件设计 摘要 本文主要对某石油管加工生产线监控管理系统软件进行 了设计。由于a p i 标准要求石油及天然气工业用设备的生产加 工时的参数信息具有可追溯性，在石油管加工生产过程中，必 须将管子所有技术参数都要实时保存下来，以便日后在需要时 能查阅。文中首先给出了该石油管生产线生产过程监控系统软 件的总体方案，鉴于w i n c c 软件自身的局限性，在生产过程 监控管理系统中不能直接操作数据库，采用v i s u a lb a s i c 软件 进行编程，利用其可视化的特点对生产过程中系统登陆验证、 系统用户管理、管子信息与管子成捆信息管理、客户信息管理、 商业往来信息管理、报表打印等软件功能进行了设计，并通过 r s 2 3 2 串行总线实现工控机和单片机之间的通信，对水压机 打压时的压力值和保持时间以及管子重量等进行了监控和管 理。 关键词：石油管材，监控，信息管理，单片机 太原理工大孛硕士研究生学位论文 d e s i g n i n go ft h ep e t r o l e u m t u b em a n u f a c t u r i n gl i n e sm o n i t o r a n dm a n a g es y s t e ms o f t w a r e a b s t r a c t t h i st e x ti sm a i n l ya b o u tt h ed e s i g n i n go ft h em o n i t o ra n d m a n a g es y s t e ms o f t w a r eu s e di nap e t r o l e u mt u b em a n u f a c t u r i n g l i n e a st h ea p is t a n d a r dr e q u i r e st h a tt h ed a t ei n f o r m a t i o no ft h e p e t r o l e u ma n d n a t u r a lg a si n d u s t r i a le q u i p m e n tm a n u f a c t u r i n gc a l l b et r a c e db a c k ，a l lt h et e c h n i c a lp a r a m e t e ro ft h et u b e ss h o u l db e r e c o r d e dd u r i n gt h em a n u f a c t u r i n ga sf o rt h el a t e rc h e c k t h e o v e r a l lp l a no ft h ep e t r o l e u mt u b em a n u f a c t u r i n gl i n em o n i t o ra n d m a n a g es y s t e ms o f t w a r ew a sg i v e nf i r s t l y i nt h et e x t ，a sf o rt h e l i m i t a t i o no ft h ew i n c cs o f t w a r ei t s e l f ，d a t eb a s ec a nn o tb e o p e r a t e dd i r e c t l y i nt h em a n u f a c t u r i n gm o n i t o ra n dm a n a g e s y s t e m ，s ov i s u a l b a s i c w i t hi t sv i s u a la d v a n t a g e ，i su s e di n p r o g r a m m i n gf o rt h ed e s i g n i n go fs y s t e ml o g i ni d e n t i f y s y s t e m i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 u s e r sm a n a g e m e n t , m a n a g e m e n to ft h et u b ei n f o r m a t i o na n dt u b e b u n c hi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t o f g u e s t i n f o r m a t i o n ，m a n a g e m e n to fc o m m e r c i a le x c h a n g ei n f o r m a t i o n r e p o r t i n gf o r m sp r i n t i n g e c t d u r i n gt h em a n u f a c t u r i n g ，a n dt h e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e np r o j e c tm a c h i n ea n ds i n g l ec h i pm a c h i n e i st h r o u g ht h er s - 2 3 2s e r i a l 。b u s ，s ot h ep r e s s u r em a g n i t u d ea n d t i m eh o l d i n go ft h ep r e s sa n dt h ew e i g h to ft h et u b ec a nb e m o n i t o r e d a n dm a n a g e d k e yw o r d s ：p e t r o l e u mt u b e ，m o n i t o r ，i n f o r m a t i o n m a n a g e ，s i n g l ec h i pm a c h i n e i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究意义 在大型油田的生产作业中，油田使用一种专门的输油管道。现在许 多钢铁生产企业投入建设了这种专门为油田加工输油管道的生产线。但 石油现场作业环境的特殊性，对专门的石油管线的性能指标提出了严格 的要求。目前世界上许多国际性、地区性和国家的标准组织都相继指定 了各自的涉及不同行业的产品生产标准。如i s o 、a s t m 、d i n 和a p i 等，这些标准对不同产品的各项参数指标作了明确的规定。质量、健康、 安全、环保和节能等技术要求成为技术标准关注的重点；产品标准中更 加关注互换性、可靠性和寿命周期等技术要求；方法标准中更加关注对 测量仪器的校准、核查等质量保证要求。为适应经济全球化和国际贸易 一体化，标准的国际化成为必然趋势。越来越多的国家和标准化组织把 直接采用国际标准和国外先进标准或将自己的标准纳入国际标准作为 其标准化的政策和战略。一方面加大采标力度，提高本国的标准水平和 产品的竞争力，另一方面充分利用标准这个手段来合理地保护本国的利 益和正当目标。现在技术标准越来越注重于从研究、设计、旌工、制造、 安装、验收、评价到使用维护等全过程的综合技术要求，使之更加具有 广泛的协调性和适用性。a p i 是目前世界石油工业中最具权威和影响的 组织，其指定的标准被世界各国舳i s o 广泛采用和采纳。本设计中的石 油管加工生产线为某厂专门设计的，该厂加工的石油管就遵循美国a p i 标准。 a p i 是美国石油学会( a m e r i c a np e t r o l e u mi n s t i t u t e ) 的英文缩写。 a p i 建于1 9 1 9 年，是美国第一家国家级的商业协会。a p i 的一项重要 1 太原理- = i ：大学硕士研究生学位论文 任务。就是负责石油和天然气工业的设备的标准化工作，以确保石油天 然气工业所用设备的安全、可靠和互换性。经检验合格并取得a p i 认证 标志的产品在国际石油业中可以通用。为加速国际标准的制定，a p i 标 准将通过i s o 制定标准的程序上升为i s o 标准。由于a p i 在美国国内 及国外都享有很高的声望，它所制定的石油化工和采油机械技术标准被 许多国家采用，它是美国商业部和美国贸易委员会承认的石油机械认证 机构。目前，在包括勘探和生产、运输、精炼和市场营销等各个方面拥 有来自全世界的会员。今天，a p i 已发展成为不仅在美国，而且越来越 多地成为世界石油工业活动的有机组成部分。因此，拥有a p i 标志的石 油机械设备不仅被认为是质量可靠而且具有先进水平。持有a p i 标志的 厂家，可以向世界展示所制造的产品是世界流的质量，可以得到石油 和天然气行业购买者的充分信赖，可以向世界证实，工厂是按现代质量 体系运转，使发送的可互换产品和成品完全满足工业标准和执行规范。 a p i 标准中有一项重要的内容就是产品参数信息的可追溯性。对本 系统中石油管加工生产线来说，就是要将管子在加工时的所有技术参数 都保存下来，以便日后在需要时能方便查看某根管子出厂时的参数信 息。这样不仅促使生产厂家严格按标准生产，保证产品质量。向使用者 提供完整的产品参数档案；也使得出厂后的管子若在油田使用中出现问 题，能够在管子当时加工的记录里查到其各个技术参数。看是否符合生 产标准的要求。找到问题所在，正因如此，就要求该石油管加工生产时 参数信息的保存和存档。 1 2 课题的主要内容 本课题主要论述了一种能够达到石油专用管标准要求的监控管理 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 系统，即对成品的几何形状和尺寸例如外径、内径、壁厚、圆度、直度 等结构完整性严格要求的监控管理系统。针对这一特点进行研究，并制 作出了一套完整的参数管理软件。本文通过两方面的设计实现了系统的 功能。 ( 1 ) 生产过程参数的管理。本系统是利用v b 的可视化编程特点，通 过m i c r o s o f ta c c e s s 作为v b 的后台数据库，将在生产过程中的参数( 诸 如合同中规定的石油管的材质、规格、钢级和批号等详细信息，喷印字 串格式，管子成捆信息和交库单信息等) 通过人工输入的方式进行管理， 方便快捷的对参数的各项属性进行任何操作，提高了工作效率也方便了 用户。 ( 2 ) 通过r s 2 3 2 串行总线实现工控机和单片机之间的通信，实现水 压机打压时所达到的压力值和保持时间，管子的长度值和重量值等进行 的监控和管理。此过程称为系统自动采集管理。在设计中巧妙的利用 z 8 单片机和各个芯片工作方式的控制管理实现了自动采集的功能，从而 体现硬件与软件相结合控制管理参数的优越性。 综上所述，本文主要对某石油管加工生产线监控管理系统进行设计 开发，以实现管子信息管理( 包括合同参数的输入、修改、管子打捆、 查询、报表打印和辅助管理等) 和实现系统自动采集参数管理( 包括水 压机打压时所达到的压力值和保持时间，管子的长度值和重量值等) 。 3 太原理工人学硕士研究生学位论文 第二章信息管理系统及其开发工具 2 1 生产线工艺过程简介 本系统中的生产线主要是将普通的成品钢管经过几道工序的加工 后，达到石油专用管的标准要求。普通成品钢管水平从一个斜坡上滚下 后被一个钢叉截住，然后钢叉将钢管夹起送到加工的轨道上，每道工序 之间的切换都是靠钢叉传送的。 整个工艺过程共十三道工序，依次是： x 射线探伤一对管子的一端进行车丝、人工检查一对车丝过的一断 拧接箍一水压机打压测试一对管子的另一端进行车丝、人工检查一通经 一称重一测长一打钢印一喷印一色环一加热一喷漆。 f - 面具体介绍这十三道工序的内容。 1 对管子进行x 射线探伤 在钢管壁中可能会有小的砂眼或细微的裂纹，这对于石油管道来说 是致命的质量问题。砂眼或裂纹不仅会使石油从管壁渗透，还可能当油 井中压力较大时，导致输油管道破裂，引发事故。所以生产线的第一步 就要对原料管进行x 射线探伤检查，以确保管壁无砂眼和裂纹。 2 对管子的一端进行车丝、人工检查 先将管子的一端车丝，即套扣，要车成锥形。然后须人工检查丝扣 是否均匀、有无断裂。 3 对车丝过的一端拧接箍 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 将车丝好的一端先套上塑料密封套，再安上接箍，并且预拧紧。因 为车丝过的一端是锥形，所以在拧接箍时会越拧越紧，要注意控制好拧 接力矩，最后要留下两至三道丝扣。 4 水压机打压测试 水压机打压测试能检测出管壁中在x 射线探伤时未被发现的微小 砂眼，并检测拧接箍处是否严密。水压机将管予的两端夹紧密封后，向 关中注水打压。要使关中的压力最高达到7 0 0 k g ( 7 0 k p a ) ，并且保持 7 s 。若管中的压力达不到上述标准，则说明该管不符合质量要求。 5 对管子的另一端进行车丝、人工检查 将管子的另一端的车丝成锥形。然后人工检查丝扣是否均匀、有无 断裂。 6 通经 此t 序用来榆测管予的直径是否均匀。将一个直径均匀的柱体从管 子的一端送入，若其能在管道内通过，则说明该管子直径均匀。否则为 不合格品。 7 称重 即在称上称出管子的重量。 8 测k 利用磁滞原理制成的测长仪对管子长度进行测量。 9 打钢印 如管子在顺利经过前八道工序后，则为合格品。这时要在外管壁上 用冲子将管号和生产日期等信息打上，以便对管子进行奄验。 1 0 喷印 将管子的管号和生产日期等信息用喷枪将漆喷在管外壁上，比钢印 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 要醒目。 1 1 色环 在管子的一端用白漆喷上一个圆环。 1 2 加热 将管子加热是为使保护漆在管壁上有较强的附着力。 13 喷漆 在管子加热后，喷上保护漆，以保护管壁不受腐蚀。 以上即为石油管加工生产线的主要工艺流程。在某一工序中，如出 现废品则其滚入料筐中，料筐满后用吊车吊走。当生产线上出的合格管 子达到一定数量时，系统自动将其打捆入库。 2 1 生产过程参数管理 在本系统中，生产过程的参数管理是一个主要的方面。本系统中的 过程参数分为人工输入和自动采集两部分。 2 2 1 人工输入 人工输入的参数包括：合同中规定的石油管的材质、规格、钢级和 批号等详细信息，喷印字串格式，管子成捆信息和交库单信息等内容。 这些内容在本文第五章中详细论述。 2 2 2 自动采集 系统自动采集的参数包括：水压机打压时所达到的压力值和保持时 间，管子的长度值和重量值等。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 本文采用单片机系统完成压力值测量与称重，+ 并通过异步串行通信 方式向上位机传输数据。 2 3 信息管理系统的开发过程 信息管理系统的开发过程一般包括系统开发准备、系统调查、系 统设计、系统实现、系统转换、系统运行与维护、系统评价等步骤。根 据开发系统的大小、复杂、投入、方式、方法等因素的不同，各步骤的 要求与内容也不同，用户需要根据实际情况进行取舍和计划。 2 3 1 系统开发准备 系统开发准备工作主要包括提出系统开发要求、成立系统开发小 组、制定系统开发计划等工作。 2 3 2 系统调查 新系统的系统分析与系统设计工作都要建立在对在对现行系统调 查的基础上，即必须调查现行系统的运行情况、问题等，明确用户的需 求，特别是合作开发和委托开发方式。 调查的主要内容有： ( 1 ) 现行系统概况：该组织的发展历史、碍前组织的规模、 工作状况、管理水平与外界的主要联系等。调查该项 内容的目的主要是为了划分系统界限、系统与外界的 输入输出接口等。 ( 2 )组织机构：画出组织的组织机构图，弄清组织的行政 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 关系、人员编制、工作范围等，发现不合理问题及新 系统启动后可能对现有组织的影响。 业务流程：按照业务种类的不同和处理时间的先后不 同，深入了解现行系统的业务流程，画出现行系统业 务流程图，并与业务人员反复讨论，得到认可。调查 中要注意定性与定量相结合。 报表、数据处理：了解各种统计报表、数据的格式、 内容、处理时间及上报时间、频率、规律，存在的问 题，并对新系统的要求、希望等收集整理。 问题：现行系统中存在的主要问题和薄弱环节，可以 按照严重程度分成不同的登记。新系统的建立应能解 决大部分问题，并改善薄弱环节。 新系统的功能和目标：了解各级领导和各类业务工作 人员对新系统功能的要求，为进一步完善新系统的目 标做准备。 其他：如对新系统的各种约束条件，需要说明的其他 问题等。 ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) 2 3 3 系统分析 系统分析( 也称逻辑设计) 。是信息管理系统开发的关键环节，要求 在系统调查的基础上对新系统的功能进行细致的分析，并建立一个新系 统的逻辑模型。 新系统的逻辑模型由系统数据流程图、概况表、数据字典及有关说 明组成，最后要完成系统分析报告。在系统设计阶段要做认真细致的分 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 析研究工作。，避免新系统在功能上存在先天不足或缺陷。 因为新系统模型是建立在对现行系统的分析及要求的基础上的，所 以系统调查工作要进行得深入、细致、全面。用户可以对新系统的逻辑 模型提出双方经过讨论、修改最终达成共识，并完成系统分析报告。 2 3 4 系统设计 系统设计又称系统物理设计，系统设计要根据系统分析报告中的系 统逻辑模型综合考虑各种约束，利用一切可用的技术手段和方法进行各 种具体设计，确定新的实施方案，解决“系统怎么做的问题”。 结构化系统设计是指利用一组标准的图表工具和准则，确定系统有 哪些模块，用什么方法连接，如何构成良好的系统结构，并进行系统输 入、输出、数据处理、数据存储等环节的详细设计。这一阶段的重点是 设计好系统的总体结构，选择最经济合理的技术手段。 信息管理系统的开发是一项系统工程，为了保证系统的质量，设计 人员必须遵守公共的设计原则。 2 3 5 系统实施与转换 系统实施阶段的主要工作包括：系统硬件的购置与安装、程序的编 写与调试、系统操作人员的培训、系统有关数据的准备和录入、系统调 试和转换。 数据准备与录入工作主要是指由手工操作转入计算机处理所需的 各种数据的整理、录入及计算机系统中为新系统所用数据的转换工作。 数据准备与录入工作要注意数据的准确性，在整理、。录入、校验等各个 环节把好关，为系统的顺利转换打好基础。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 3 6 系统维护和评价 信息管理系统是一个复杂的人机系统。系统外部环境与内部因素的 变化，不断影响系统的运行，这时就需要不段地完善系统，以提高系统 运行的效率与服务水平，这就需要从始至终地进行系统的维护工作。 系统评价主要是指系统建成后，经一段时间的运行后，要对系统目 标与功能的实现情况进行检查，并与系统开发中的预期目标进行比较， 即写出系统评价报告。 这是系统生命周期中的最后一个阶段，也是时间最长的一个重要阶 段。 2 4 信息管理系统的界面特点 在计算机软件技术中，入机界面已经发展成为一个重要的分支。 m i s 人机界面设计一般遵循阻下一些基本原则： ( 1 ) 以通信功能作为界面设计的核心 人机界面设计的关键是使人与计算机之间能够准确地交流信息。一 方面，人向计算机输入信息时应当尽量采取自然的方式；另一方面，计 算机向人传递的信息必须准确，不致引起误解或混乱。另外，不要把内 部的处理、n t 与人机界面混在一起，以免互相干扰，影响速度。 设计m i s 时针对每一个功能，都要按照“i p o ”的模块化思想， 使输入、处理与输出“泾渭分明”，充分体现人际界面的通信功能。这 样设计出来的程序不易出错，而且易于维护。 报表打印m i s 必备的功能之一，而且打印之前常常需要计算。计 算与打印分开设计，虽然消耗时间，但易于整个m i s 系统的维护。 1 0 太原理工大学硬士研究生学位论文 ( 2 ) 界面必须始终一致 统一的人机界面不致于会增加用户的负担，让用户始终用同一种方 式思考与操作。最忌讳的是每换一个屏幕就要换一套操作命令与操作方 法。 ( 3 ) 界面必须使用户随时掌握任务的进展情况 人机界面应该能够告诉用户软件运行的进度。特别是在需要较长 时问的等待时，必须让用户了解工作进展情况，如可以设计已经完成了 百分之几的任务进度条等。目前，w i n d o w s 下的应用软件无论大小，其 安装程序几乎均做到了这一点。开发m i s 软件时，这一点很值得借鉴。 ( 4 ) 界面必须能够提供帮助 一个优秀的m i s 软件应该提供在线求助功能，甚至提供使用向导， 这将给用户带来极大的方便。在多媒体环境下，以语音提示作为操作向 导，不会干扰屏幕信息，是一个极佳的选择。 ( 5 ) 界面友好、使用方便 多数m i s 软件的数据输入量较大。对于一些相对固定的数据，不 应让用户频频输入( 特别是汉字) ，而应让用户用鼠标轻松选择。 另外，开发者应每年写一个错误实时记录程序，自动记录何时何程 序出了何种错误。 总之，所开发的m i s 在使用过程中，应使用户的数据输入量降至 最低限度，同时也要减少用户的干预最。实践证明，用户干预愈少， m i s 系统的满意程度愈高。 ( 6 ) 输入界面尽可能接近实际 如果某个电算会计软件的凭证录入画面是表格式的，一屏可录入多 条记录，而且与实际凭证一模一样，甚至连颜色都无异，用户在终端上 太原理工大学硕 研究生学位论文 录入凭证，仿佛用笔在纸上填写凭证，以增加人机亲和力。 ( 7 ) 具有较强的容错功能一 误操作、按键连击等均有可能导致数据误录。巧妙地进行程序设计 可以避免此类因素造成的错误。 2 5 系统开发工具简介 2 5 1v i s u a lb a s i c 的特点 v b ( v i s u a lb a s i c ) 语言是面向对象的程序设计语言，是目前在 w i n d o w s 操作系统平台上广泛使用的w i n d o w s 应用程序开发工具。 v i s u a lb a s i c 是在早期b a s i c 语言的基础上发展起来的可视化的 w i n d o w s 平台上的程序开发工具。在这里，“v i s u a l ”为“可视化”的意 思。所谓“可视化”是种开发图形用户界面( g u i ) 的方法，用户不 再需要编写大量的代码去描述界面的外观。而只需要在可视化的编程环 境中，将形象直观的预置对象直接拖放到屏幕上即可，这一点是v b 最 显著的特点。“b a s i c ”则表明v b 是对原有的b a s i c 语言的一种扩展， 它继承了b a s i c 语言语法简练，简单易学的特点。但是在w i n d o w s 环境 下编程与在d o s 环境下编程有着很大区别，v b 不仅仅是b a s i c 的扩展， 它采用了新的事件驱动和面向对象的编程机制，而且直接调用w i n d o w s a p i 中的函数，这使得v b 的应用范围极其广泛。利用v b 用户不仅可 以编写各种应用程序。而且还能将e x c e l 电子表格、w o r d 文字处理软 件等嵌入其中直接使用：此外还可以通过调用a c c e s s 等多种格式的数 据库系统，对数据库进行管理与操作。 v b 具有以下七个主要特点： 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 1 ) 面向对象的可视化编程，使开发人员只需编写少量的程序代 码，就可以快速开发出标准的w i n d o w s 应用程序，极大地提高了程序 设计效率。 ( 2 ) 事件驱动的编程机制，比传统的过程驱动方式更适合于 w i n d o w s 图形用户界面的开发。因为在图形用户界面应用程序中，程序 的执行是由用户的操作动作即事件决定的，而不是由实现设计好的程序 流程所控制。这样在v b 中程序员只需对各种用户动作编写相应的处理 代码，程序既简练又易于维护。 ( 3 ) 友好的v b 集成开发环境使用户可以在其中很轻松地进行界 面设计、代码编写、程序调试及编译运行等工作。 ( 4 ) 可以对多种数据库系统进行数据访问，包括m i c r o s o f t a c c e s s 、 d b a s e 、m i c r o s o f tf o x p r o 和s q ls e r v e r 等。 ( 5 ) 通过a c t i v e x 技术，可以使用其他程序提供的功能，例如 m i c r o s o f tw o r d 文字处理软件、m i c r o s o f te x c e l 电子表格以及其他 w i n d o w s 应用程序。 ( 6 ) 支持动态数据交换( d d e ) 、动态链接库( d l l ) 、对象链接 与嵌入( o l e ) 以及a e t i v e x 技术。动态数据交换技术可以使v b 应用 程序与其他w i n d o w s 应用程序之间建立动态的数据通信：动态链接库 技术使v b 程序可以方便地调用c 语言、汇编语言或w i n d o w sa p i 的 函数；对象链接与嵌入技术允许将其他各种基于w i n d o w s 的应用软件 做为一个对象链接或嵌入到v b 应用程序中，对其进行操作：a c t i v e x 技术则是o l e 技术的进一步发展。 ( 7 ) 完善的联机帮助功能。通过与v b 6 0 的安装程序捆绑在一起 的m i c r o s o f tm s d n 联机帮助文档用户可以随时方便地得到各种帮助信 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 息，以解决用户在开发过程中遇到的各种各样的问题。 2 5 2v b 数据库编程技术 v b 除提供了比较完善的文件访问与处理功能外，还具有强大的数 据库管理能力。随着信息时代的到来，数据库技术已成为计算机应用技 术中的一个重要组成部分，它研究的问题在于如何管理好大量信息数 据。例如，如何科学地组织和存储数据? 如何有效地访问和处理这些数 据? 等等。利用数据库处理大型的管理信息系统( m i s ) ，远比通过文件 处理的效率要高。v b 6 0 将专业化的数据库技术与面向对象编程技术以 及a c t i v e x 技术相结合，使程序员可以轻松地开发出各种数据库应用程 序。 1 关系数据库 关系数据库把数据用具有二维关系的表的集合来表示，通过建立表 之间的关系定义数据结构。为了便于指示当前正在或将要操作的记录， 系统为每一个打开的表设置了一个可移动的记录指针，该指针在任意时 刻所指向的记录就称为当前记录。 为了唯一地标识一条记录，每个数据表可以选择一个或多个字段作 为候选关键字，并选定其中的一个侯选关键字或多个侯选关键字作为主 关键字。 数据库是由若干相关数据表组合的一个数据集合，即一个数据库通 常包括多个数据表及对应的索引。按照表与表之间记录的数量对应关 系。表与表的关系类型可分为一对一、一对多和多对多的三种。其中最 常用的是一对多关系。 2 数据库引擎及其接口 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 v b 通过m i c r o s o f tj e t 数据库引擎工具来支持对数据库的访问。所 谓数据库引擎，实质上是一组动态链接库( d l l ) ，程序运行时被链接 到v b 程序而实现对数据库的数据访问功能。数据库引擎是应用程序与 物理数据库之间的桥梁，它以一种通用接口的方式，使各种物理数据库 对用户而言都具有统一的形式和相同的数据库访问与处理方法。 在v b 6 0 企业版中主要提供了三种部件来做为数据库引擎的接口， 分别是：数据( d a t a ) 控件、数据库访问对象( d a o ) 和a c t i v e x 数据 对象( a d o ) 控件。利用它们能够很容易地在单机或网络上生成数据 库，并进行访问与处理。 3 v b 访问数据库的类型 v b 6 0 统购数据库引擎可以访问的数据库有以下三种类型： ( 1 ) 本地数据库：与m i c r o s o f tj e t 引擎直接生成和操作，灵活性 好，速度快。 ( 2 ) 外部数据库：指所有的索引顺序访问方法数据库。 ( 3 ) o d b c 数据库：指符合开放数据库连接( o p e nd a t a b a s e c o n n e c t i o n ) 标准的客户，服务器数据库。 第三章系统参数管理软件设计 3 1 系统软件总体方案 因本系统选用的是s i e m e ns 公司s 7 3 0 0p l c ，所以要用s i e m e n s 公司专门的软件w i n c c 作为生产过程监控组态的平台。实际中是把 w i n c c 组态软件中的监控界面作为系统生产过程软件管理的主界面， 在其中内嵌一个用v i s u a lb a s i c 编制的应用程序，二者之间靠变量进行 1 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 数据交换。 s i m a t i cw i n c c ( w i n d o w sc o n t r o lc e n t e r ) 是德国s i e m 丑n s 公司 开发的用于s i m a t i cp c s7 过程控制系统及其它西门予控制系统中的 人机界面组件。它运行于m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 和x p ( w i n c c 6 0 ) 下的w i n d o w s 控制中心，键盘、鼠标和触摸屏就是s i m a t i cw i n c c 的 硬件环境。w i n c c 突出的优点是： 集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合。 通用的应用程序适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球 通用；可以集成到所有自动化解决方案内。 内置所有操作和管理功能。 可简单、有效地进行组态。 可基于w e b 持续延展。 采用开放性标准，集成简便。 集成的h i s t o r i a n 系统作为i t 和商务集成的平台。 可用选件和附加件进行扩展。 “全集成自动化”的组成部分。 这里对该石油管生产线的软件系统的总体方案作一说明。 w i n c c 虽是一款性能优越的组态软件，但由于它自身的某些特点， 使其在本生产过程监控管理系统中不能直接操作数据库。原因有- i 其一，w i n c c 软件操作数据库时，可以自动将采集回来的现场参数 保存到数据库中。但它是以记录每一时刻生产线上的所有变量的值的方 式来保存数据的。所以当用户进入数据库查询参数变量的历史数据时， 每条记录显示的都是每一时刻不同工位上的所有参数变量的值，这样做 的好处是易于用曲线图反映每个变量在不同时刻的值的变化情况。但用 1 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 户很难从这样的记录中找出每根管子在整个生产线所有工位上的变量 值。这不能满足a p i 标准中所要求的每条记录要求要以管子的管号为关 键字来记录下每根管子在所有工位上的全部参数数据。 其二，w i n c c 内含p r o f i b u s 现场总线协议，可以与s i e m e n s 的p l c 和变频器进行通讯，但其没有r s 2 3 2 通讯的软件。只能用 w i n d o w s 操作系统的a p i 接口函数调用，不易使用。所以在w i n c c 的 监控界面上只能直接接收并显示通过p r o f i b u s 总线采集的数据，如 管子的长度值和辊道的运行状态等；而管子的重量值，水压机打压达到 的压力值和保持时间等通过r s 2 3 2 c 口传递的数据则不能直接进入 w i n c c 的界面上，所以这部分数据无法保存到数据库中。 基于以上两点原因，在本系统中不能直接用w i n c c 操作数据库中 的数据，而要用v i s u a lb a s i c 编制一个内嵌于w i n c c 中的可执行程序。 该应用程序既方便实现，又可以满足a p i 标准对管子记录的要求。 所以，本文把w i n c c 组态软件中的监控界面作为系统生产过程软 件管理的主界面，从这个主界面中调用一个函数就可以切换到内嵌在 w i n c c 中的用v b 编制的应用程序的界面上。这样可以将实时采集回 来的所有管子的数据都通过v 1 3 编制的程序界面保存到数据库中。v b 的应用程序和w i n c c 软件之间的数据交换靠的是变量。w i n c c 中的对 象w i n c e r u n 与v b 中定义的变量可阻交换数据。所以可在w i n c c 与v b 中都定义若干个一一变量，每个变量对应工作上的一个参数值。 这样通过p r o f i b u s 总线采集回来的现场数据则直接在w i n c c 上显示 后，可通过变量交换，将数据传给v b ，然后再由v b 将数据写入数据 库。而通过r s 2 3 2 c 串行通讯口采集回来的现场数据则直接传给v b 写的应用程序送入数据库的同时，通过变量交换将参数值送w i n c c 监 1 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 控界面显示。 3 2 系统模型 图3 - 1 系统的整体模型 f i g 3 - 1m o d e lo f t h ew h o l es y s t e m 模型是现实世界中的某些事物的一种抽象表示。它既反映事物的原 形，又不等于该原形，是理解、分析、开发或改造事物原形的一种常用 的手段。 信息管理系统的建模可以分为面向过程的建模、面向数据的建模、 面向信息的建模、面向决策的建模和面向对象的建模五种。 下面分别从系统内部各部分的关系及数据库数据的流程两方面来 建立模型。如图3 1 和图3 2 。 功能模型表明了系统中数据库之间的依赖关系，以及有关数据处理 1 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 功能，它由一组数据流图组成。在此我们用数据流图来描绘系统加工 变换数据的功能。 图3 3 是以商业往来的查询来说明具体的查询数据流。 3 3 系统功能模块框图 系统开发的总体任务是实现石油管生产信息关系的系统化、规范化 和自动化。系统功能分析是在系统开发的总体任务的基础上完成的。本 系统要完成的功能主要有： ( 1 ) 商业往来信息的管理功能。能将所有往来信息编号、日期、 客户单位、负责人、是否签定合同、合同号、经办人等信息存储，数据 库这部分的功能主要包括信息的添加、修改与查询。 ( 2 ) 客户信息的管理功能、管子信息管理功能、捆信息管理功能。 这三个模块功能相似，主要作为记录信息，同样具备添加、修改、查询 的功能，并创建了强大的查询功能：首先通过复选框来组合出用户的查 询要求，随后又再次通过复选框让用户组合出自己希望在m s f l e x g r i d 看到的信息。此外，这三个模块中还增设了统计记录条数的功能。 ( 3 ) 背景音乐功能。当进行录入等枯燥乏味的工作时可以打开背 景音乐。 1 9 一奎堡望三奎鲎堡主堡窒圭堂垡笙塞 图3 - 2 商业往来信惑 f i g 3 - 2c o m m e r c i a le x c h a n g ei n f o r m a t i o n ( 4 ) 安全设置。登录用户分为了管理员与来宾用户，来宾用户无 法进行某些敏感操作，保护了企业的利益安全。 对上述各项功能进行集中、分块、按照结构化设计的要求，得到如 图3 3 的系统模块图。 3 4 具体的系统功能模块设计 通过对系统功能的分析，可将系统分为用户认证、系统管理、客户 信息管理、商业往来信息管理、管子信息管理、捆信息管理、背景音乐 模块、及帮助共八个模块，每个模块都有若干子模块，各管理模块分别 实现不同的管理内容需求。现将主要模块的功能设计如下： 太贩理工大学硕士研究生学位论文 图3 - 3系统功能模块图 f i g 3 - 3s y s t e mf u n c t i o nm o d e l s 1 用户认证 用户认证体系直接关系到系统的安全性，能它是整个系统的入口， 它具有鉴别用户类别，验证用户身份，核对用户密码的功能。 信息管理系统不允许一个未经授权的用户对数据库进行操作，用户 在使用数据库之前必须先标识自己的用户名和身份权限，由系统核实， 通过验证后才可对数据库进行操作。同时对于获得系统使用权的用户也 要区别对待，不同的用户使用系统的权限是不一样的，一个用户只能操 作他有权操作的内容。此认证体系根据用户名确定其权限，如果用户权 限为管理员用户，则对其开放所有的菜单项；如采其权限为来宾用户， 则限制其对一些较敏感的信息的操作。 如图3 - 4 所示。 2 系统管理 2 1 ； 困u丁网引u一1，0，j 工旧旧憾憎隧 同d网斟訇到引引引i_一i_。，。，l厂困u 太原理： 大学硕士研究生学位论文 系统管理模块主要包括用户的添加、密码修改、和退出系统的功能。 其中添加用户必须是通过管理员用户名登录系统后方有添加用户的资 格，如果登录时的权限为来宾用户则添加用户的功能置为不可用( 表现 为其菜单选项为灰色) 。 在修改密码功能中，为了安全的考虑，用户只能修改自己的密码， 且每次登录后只能修改一次，如图3 5 所示。 3 查询、统计、打印 查询主要是根据用户的需求( 用户将自己的需求通过复选框描述给 系统) ，为用户提供“恰好符合要求”的数据( 此内容将在系统实现章 节中进行详细叙述) ，并通过本系统的特殊的编码方式将内容相近或最 有可能进行对比的元素尽可能的放在相邻位鼹，便于用户查阅。 统计主要是提供查询出结果的个数，点击按钮直接提供数据。有时 用户并不需要详细的信息，只需要得知符合某条件的人数有多少个，( 比 如要看天津的三级客户有多少) ，在这种情况下此功能则显示出其便捷 性。 另外，系统能够将用户查询的结果打印输出。 4 背景音乐 考虑到某些操作可能持续时间较长。过程比较枯燥，本系统设置了 背景音乐功能，通过“打开”对话框可选择本机上所有的m p 3 音乐。 因为本软件中的背景音乐仅作为一种背景，并不是主要用来听音乐 的，为了不影响正当工作，播放器界面设置为不可见，另外，对任何一 首音乐都可以循环播放，直至点击关闭。 太原理工大学硕士研究生学位论文 第四章系统软件的具体实现 4 1 用户认证功能的实现 4 1 1 用户认证 “用户认证”是用户进入系统后首先登录的界面，如图4 - 1 所示， 该功能的实现对系统起到了一定的保密作用，系统会在收到用户名和密 码时自动与数据库进行核对，认证通过后方可进入系统的主窗体并进行 其他操作，防止非法的用户登录。 1 创建的登陆窗体。窗体以及控件属性设置如下表4 - 1 。 2 建立用户信息库。通过可视化数据管理器建立“用户信息表”作 为用户信息数据库，并使用d a t a 控件完成文本框和数据库的连接，在 表中设置“用户名”、“密码”、“权限”三个字段。 图3 - 4 用户认证流程图 f i g 3 - 4u s e ri d c n t i 母f l o wc h a r t 太原理工大学硕士研究生学位论文 图3 - 5 修改密码流程图 f i g 3 - 5m o d i f yp i nf l o wc h a r t ， 3 用户身份验证及身份限制。用户进入登录界面后，按界面提示相 应地输入用户名和密码( 为了安全因素，密码在输入过程中设置为“ 显示) 。系统通过检索相应的用户名，然后核对密码是否与数据库中保 存的与该用户名对应的密码是否一致，一致后方可进入主界面，否则提 示重新输入。 系统根据用户名查询该用户的权限，如果是管理员用户可进行任何 操作，如果是普通用户则会在登录主界面后限制其对某些敏感信息的操 作( 如：合同信息等) 。 囤4 - l 用户登录界面 f i g 4 - 1u s e rl o g i ns u r f a c e 太原理工大学硕十研究生学位论文 4 错误提示。如果用户输入了尚未添加的用户名或是错误的密码， 系统会提示其输入错误，指出其错误类型，并重置光标，引导其重新输 入。 图4 - 2 系统主界面 f i g4 2s y s t e mm a i ns u r f a c e 表4 1 身份认证窗体和控件的属性设置 t a b l e 4 1t h e p r o p e r t ys e t t i n g o f i d e n t i f y w i n d o wa n dc o n t r o lp a r t 控件 属性属性设置 控件属性属性设置 1 - f i x e d b o r d e r s t y l em a x l e n g t h 1 5 s i n g l e 1 b x t l f o r m l c a p t i o n 身份验证 n a r n e t x t l o g ( 0 ) s t a r t u p p o s i t i o n 2 屏幕中心 t e x t 2 m a x l e n g t h 6 n a m e l o g i n n a m e t x t l o 甄1 0 ) a u t o s i z et ec o m c a p t i o n 确定 l a b e l lm a n d c a p t i o n 用户名 n a m e 1 b 1 0 k l a u t o s i z et r u ec o f f l c a p t i o n 取消 l a b e l 2 m a n d c a p t i o n 密码 n a t n el b l c a n e e l 2 l a b e l 3a u t o s i z et r u ed a t a c a p t i o n d a t a l 2 5 太原埋l ，人学顼十研究生学位论文 石油管生产 1 i n a m e 过程管理系c o n n e c t a c c e s s 统 上述功能主要由以下代码实现 p r i v a t es u bc o m m a n d l c i i c k ( ) d i mm y t a b l ea sr e c o r d s e t d i m u h a ss t r i n g d i m p p a ss t r i n g u l l = t e x t l t e x t p p = t e x t 2 t e