（计算机应用技术专业论文）基于cs模式的数据监视技术的研究与实现.pdf

基于c s 模式的数据监视技术的研究与实现 摘要 随着工控技术水平的迅速提高及计算机技术在工业领域的广泛 应用，越来越多的企业选择使用监测软件对工业流程进行实时监测， 从而提高企业的综合竞争力，实现企业的优化运行、优化控制与优化 管理。但由于各个行业流程的不同，监测软件的需求也就不同。每次 开发新的系统都需要重新设计与编码，不仅造成了极大的人力、财力 的浪费，还增加了系统维护的工作量。 笔者所在课题组积累了大量经过实践检验的工业监测系统软件 的代码、模块、文档，在此基础上提出了监测系统平台化的思想。本 文从软件复用和系统扩展的角度出发，对监测平台中的数据监视客户 端子系统进行了设计与开发。 本课题所要完成的任务是数据监视客户端子系统的开发与设计。 数据监视客户端子系统是监测平台的重要组成部分，通过接口获取数 据服务子系统采集的数据，对各个数据采集端进行监测，并用曲线图， 饼状图等多种监视方式显示，使得用户能够方便、直观地查看现场各 设备的运行情况，以便快速做出决策。本文在n e t 平台下利用组件 技术和g d i + 技术，使用面向对象的编程语言c j f j 6 将数据监视客户端子 系统划分为三层，利用工厂模式创建各种监视组件，为系统的扩展预 留了接口。 北京化t 人学硕：l j 学位论文 关键词：n e t 组件技术，监测系统，c s 模式，g d i + 技术，工 厂模式 i i a b s t r a c t r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f d a t am o n i t o rt e c h n o l o g yb a s e d o nc l i e n ta n ds e r v e r ( c s ) m o d e l a b s t r a c t w i t hf 瓠td e v e l o p m e n to f c o m p u t e ra n di n d u s t 巧c o n t r o l t e c h n o l o g y m o r ea n dm o r e1 a 玛e s c a l ei n d u s t r i a lc o n l p a n i e sc h o o s et ou s ei n d u s t 巧 m o n i t o rs o r w a r et om a l l a g ea n ds u p e r v i s et h e i re n t e 印r i s e si no r d e rt o o p t i m i z ec o n t r o la n dm a n a g e m e n ti ni n d u s t 巧p r o c e s s b u tt h e r ei sn o s t a n d a r di nt h er e a l - t i m em o n i t o rs y s t e m su n t i ln o w t h e r ea r ed i f f e r e n t d e m a j l d si nd i n e r e ma r e a s w h e nan e ws y s t e mn e e d st ob ed e v e l o p e d ， d e s i g n i n ga n dc o d i n gi n u s tb ei e p e a t e d i tl e a d st on o to n l yg r e a tw a s t eo f r e s o u r c e s ，b u ta l s oh e a v yw o r ko fs y s t e mm a i n t e n a l l c e b a s e do nf o n i l e rm o n i t o rs y s t e m s c o d e sa 1 1 dm o d e l sa sw e na s d o c u m e n t sw h i c ha r ep r 0 v e db yp r a c t i c e ，o u rt e a c h e r sp u tf - o n a r dt h e r e a l - t i i n es u p e r v i s o 巧p l a t f o mi d e o l o g y t h i sp a p e ru s e ss o m v a r e r e u s i n g 锄ds y s t e me x p e n d i n gi d e o l o g yt od e s i g l la n di i n p l e m e n tt h ed a t am o n i t o r c l i e n ts u b s y s t e m t h i sp a p e r sa s s i g n m e n ti st od e s i g na n d 如1 f j l ld a t am o n i t o rc l i e n t s u b s y s t e m d a t am o n i t o rc l i e n ts u b s y s t 锄i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t p a r t so ft h er e a l - t i m es u p e r v i s o 巧p l a t f o m u s i n gi n t e r f a c e ，d m am o n i t o r i i l 北京化工人学硕 j 学位论文 c l i e n ts u b s y s t e m sg a i n st h er e a l - t i m ed a t u mw h i c hc o l l e c t e df 如md a t a s e r v i c es u b s y s t e ma n du s e sv a r i o u sm e t h o d ss u c ha sc u r v eg r 印ha n dp i e g r a p ha n ds oo nt om o n i t o rt h ed a t ap o i n t s t h e s ee n a b l eu s e r st ow a t c h d e v i c e s r u n n i n gc i r c u m s t a n c ei n t u i t i v e l ya n dm a k ed e c i s i o nc o n v e n i e n t l y t h i s p a p e r u s e st h e o i l i e n t e d - l a n g u a g e c 群a n dn e t c o m p o n e n t t e c h n o l o g ya sw e l la sg d i + t e c h n o l o g yt od e s i g nt h ed a t am o n i t o r sc l i e n t s u b s y s t e mb a s e do n n e tp l a t f o m u s i n gc sm o d e la n df a c t o 巧p a t t e m ， t h i st h e s i sc r e a t e sv a r i o u sm o n i t o r i n gc o m p o n e n t st oi m p l e m e n tt h ed a t a m o n i t o rc l i e n ts u b s y s t e ma n dr e s e ei n t e r f a c ef o rs o r w a r er e u s e k e yw o r d s ：n e t c o m p o n e n tt e c h n o l o g y ， m o n i t o d n gs y s t e m ， c sm o d e l ，g d i + t e c h n o l o g y ，f a c t o 叫p a t t e m i v 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：塑如迎垒吐 日期：砬旦生16 ：互 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：纽幽衄 日期：丝翌罡：生：丕 导师签名： 第一章绪论 1 1 过程工业监测系统 1 1 1 简介 第一章绪论 过程工业监测主要是通过先进的计算机技术、网络技术、多媒体技术，将实际生 产中系统的工作情况实时、准确、直观、严格划分权限地反映给用户，实现企业生产 过程和设备运行状态实时信息的共享，实现在任何一个允许的站点都能实时监视各个 设备的现场运行状况i l j 以及整个生产过程的状态，并能回顾前段时间各生产单元和机 组的运行情况。这样，通过对生产过程的实时、连续监测功能，可以及时发现生产过 程中的异常现象，为有关领导对生产管理和调度指挥提供决策依据，这对于企业进行 安全、稳定、优化的生产具有非常大的意义。 过程工业监测软件一般考虑一下几个方面的设计：界面设计、通讯功能的实现、 实时数据库。界面设计是工业控制软件中最重要的内容之一。这部分内容十分丰富， 一般包括人机交互界面、图形界面、报表界面等。人机交互界面负责提供友好的用户 操作界面。图形界面负责监测软件总貌显示。报表界面负责生成各种统计报表。 过程工业监测系统不同于一般的网络应用方案，系统运行在工业生产现场，对一 些重要的生产数据进行监测【2 】。过程工业监测系统的基本功能是由分布在生产现场的 数据采集端采集数据，传送给数据处理中心，由数据处理中心整理并存贮到数据库中， 用户通过浏览器或监测客户端查看实时生产数据或数据库中的历史数据，通过应用客 户端生成、查看和输出各种生产报表。 1 1 2 实现背景与前提 随着软件复杂性和规模的增加，设计、维护和升级变得越来越困难和昂贵，每增 加新的功能都可能导致新的更棘手的b u 僻和可能与以前版本的不兼容【3 j 。很多应用 软件都是独立的，可以提供丰富的功能，但试图加入欠缺的功能或去除不需要的功能 却并不容易。另外，开发商所开发的应用软件之间往往难以协作甚至无法相互协作。 面向对象的程序设计思想中的面向组件技术解决了这些问题1 4 5 j 。软件被分解成易 管理的、可更换的组件，而对象嵌入连接( o l e ) 提供了组件之问的交互机制。o l e 的 基础是组件对象模型，三层模型结构应运而生。 在传统的两层客户服务器模型结构下，服务器端通常采用通用的数据库系统，只 北京化t 人学硕i j 学位论文 提供与数据库有关的所有工作，并不涉及应用系统的具体业务逻辑，应用系统的业务 特性是由客户端来操作和反应的，而业务中的所有数据规则、业务逻辑也由客户端通 过相应的用户界面和数据操作来描述。随着应用系统的复杂性和规模的增大，应用系 统的分布范围的增大，系统的业务逻辑和数据规则将被重复的分布在各个客户端上， 这时一旦业务逻辑发生变化，将不得不对所有的客户端进行修改和升级，给整个系统 的设计和维护带来很大的困难。为了解决这一矛盾，基于远程数据服务技术的三层模 型结构被广泛的应用。三层模型结构是在前台的应用系统和后台的数据库系统之间增 加了一层业务逻辑层，用于集中业务中的所有逻辑和数据规则，并向前台应用系统提 供服务接口，从而将原来分布在各前台客户端的业务逻辑和数据规则的处理过程提出 来集中到业务逻辑层中进行处理。这样一来，前台系统的主要工作就变成与用户的交 互，而实际的数据处理则由中间层来完成。 三层模型结构将客户服务器的不同组件分为三层：客户层、服务层和数据层，如 图1 1 所示。客户层是运行在最终用户的计算机上的应用程序，分为两类：一类是采 集终端，一类是监测台。采集终端运行在生产现场、分析室等提供数据的场所，而监 测用户则通过监测台的客户层程序查看数据、报告以及报表等。服务层为运行在系统 控制中心的服务器上的服务提供程序。服务层以各种方式与各客户端相联，接受、整 理、记录生产数据，向监测台提供实时数据、记录数据和报表数据。在逻辑结构上， 三层的划分是固定的，但在物理逻辑上，即各个层应用程序具体配置的位置，客户层 放在客户端，数据层放在服务器上，而服务层则分别根据数据层与客户层所调用的组 件访问的次数与重要程序，可灵活放置。既有可能服务层一部分程序放在客户端机器 上，一部分程序放在服务器上，还有可能单独设一台服务器，将这些服务层组件方在 其中供客户机程序访i 司l 6 。 图1 1 监测系统的三层模型结构图 f i g 1 - lt h f - l a y e r sm o d e ls t n l c t u f eo f m o n i l o rs y s t e m 采用三层模型结构，客户层就可以集中精力处理本地的主要事务，而不必关心数 据库上的组织、加工、记录等事务，这些事务由服务层统一进行处理。所有对数据层 2 第一章绪论 的操作都由服务层完成，数据的处理逻辑也都集中在服务层，对客户端是透明的。当 数据逻辑和业务逻辑发生变化时，只要保持客户层与服务层之间的接口协议不发生变 化，客户层就可以不须修改而正常工作，从而极大的提高了数据的完备性和系统的可 维护性，降低了系统升级、修改和维护的代价。 1 1 3 研究现状 随着i n t e m e t 网络的迅猛发展和远程监测的大量需求，促使了大量的公司研究网 络监测系统，使网络监测得到很大的发展。走在最前面的是工业控制软件开发商和原 来的集散系统制造商。他们对工业现场监控有足够的了解，掌握用户的需求，在原来 产品的基础上，迅速推出和h l t e m e t 有关的网络监测系统【7 1 。第一家推出网络监测产 品的公司是以色列的p cs o ri l l t e m a t i o n a l 公司，其产品是、m z c o nf o ri n t e m e t ，它以 j a v 副却p l e t 为基础，允许用户通过i i l t e m e t 发布自动化设备信息，用户能够使用浏览 器监控现场的设备。w 娩c o nf o ri i l t 啪e t 就是利用i l l t e m e t 技术和w 曲浏览器提供一个 理想的平台共享企业的实时数据。另一家公司是l i l t c l l u t i o n ，凭其工业组件f i x 在我国 获得很大的名气，近年来又推出了其开发的i l l t e m e t 网络监测产品：i f i x 、i b a t c h 、 i w 曲s e r v e r 、i c o r e 。它们是以a c t i v e x 技术为基础的技术框架，用户使用m s 正在全 世界的各个地方监测生产过程。还有一些传统的集散系统厂商如h o n e 州e n ， f i s h e r r o s e m e n t ，a b b ，s i e m e n s 等也加紧在其产品中集成i i l t e m e t 功能。 国内也有厂商开发网络监测产品。烟台开发区联德电力软件技术研究所的基于 i i l t e m e t 的s g 岫a 数据远程访问方案，有j a v a 版和a c t i v e x 版。南京市南瑞公司开 发了以m i v e x 技术为核心的电力网络监测系统软件。还有其它的公司如北京亚控公 司，复旦网络工程公司等都有基于i n t e m e t 技术及通信通道的监测研究。从整体水平 上看，国外研究处于领先地位。但由于各个厂家几乎都是在原来的监控系统产品的基 础上添加了新的i n t e m e t 功能，所以产品的扩展性，适应性不强，而且价格昂贵。 1 1 4 未来发展 随着h l t e m e t 网络的迅猛发展和远程监测的大量需求，使得网络监测得到很大的 发展，这不仅为应用系统的开发提供了大量先进的技术和越来越强大的功能，同时也 给软件开发人员和用户带来了很多问题：大量重复劳动，开发周期长，复用程度低； 由于页面信息的组织缺乏结构化，浏览器无法有效区分已下载和未下载数据，因此大 量数据被多次重复下载，增加了网络负荷。 软件复用技术，通用组件技术，可重构的应用框架技术就被引入成为解决上述问 题的重要途径1 8 j 。软件复用是指在软件开发过程中重复使用相同或者相近的软件元素 3 北京化t 人学硕l ：学位论文 的过程，是改善软件工程的重要手段。通过复用已有的开发成果，可以避免重复劳动， 提高生产效率，降低开发成本，缩短开发周期。同时，由于复用的对象已经通过软件 测试，因此有效减少了新的开发过程中可能引入错误的概率，从而提高了软件的质量。 通用组件技术，与软件复用的思想一致，就是将方法，类封装起来，然后用接口 程序实现与外部功能的组装，使用组件的开发人员无需知道组件技术内部的实现方 法，就可以轻松地实现系统的搭建。 应用框架强调软件的设计可重用性和系统的可扩展性，以缩短大型应用软件系统 的开发周期，提高软件质量。与传统的基于类库的面向对象重用技术相比，应用框架 更注重于面向专业领域的软件重用。应用框架具有领域相关性，构件根据框架进行复 合而生成可运行的系统。 软件复用技术，通用组件技术，可重构的应用框架技术的发展，给过程工业监测 系统中的行为定制方法奠定了基础。过程工业监测系统中的行为定制的技术基础是脚 本技术和组件对象模型，是指用户在不须开发人员支持的情况下，可以自行定制监测 系统的行为和响应。通过行为定制，用户可以在监测系统的固有功能基础上，自主地 扩展系统的功能和行为，自主地实现监测系统与其他支持组件对象模型的应用系统的 功能对接。行为定制的使用者既可以是开发人员、管理人员，也可以是监测系统的终 端用户。 行为定制的功能已经出现在很多软件系统当中，通过行为定制可以有效地提高软 件系统的灵活性和可扩展性。在目前许多过程工业监测系统的设计中，仍是以根据用 户需求来实施和部署具体系统为主流，引入自主定制机制的还不多见，行为定制机制 的实现、应用，以及发展潜力应该是一个有一定研究价值的课题1 9 j 。 1 2 相关技术简介 1 2 1 软件复用以及组件化思想 通常情况下，应用软件系统的开发过程包含以下几个阶段：需求分析、设计、编 码、测试、维护等。当每个应用系统的开发都是从头开始时，在系统开发过程中就必 然存在大量的重复劳动，如用户需求获取的重复、需求分析和设计的重复、编码的重 复、测试的重复和文档工作的重复纠1 0 j 。 软件复用是在软件开发中避免重复劳动的解决方案，其出发点是应用系统的开发 不再采用一切“从零开始 的模式，而是以已有的工作为基础，充分利用过去应用系 统开发中积累的知识和经验，如：需求分析结果、设计方案、源代码、测试计划及测 试案例等，从而将开发的重点集中于应用的特有构成成分【l 。 4 第一章绪论 通过软件复用，在应用系统开发中可以充分地利用已有的开发成果，消除了包括 分析、设计、编码、测试等在内的许多重复劳动，从而提高了软件开发的效率，同时， 通过复用高质量的已有开发成果，避免了重新开发可能引入的错误，从而提高了软件 的质量。 软件复用是指重复使用“为了复用目的而设计的软件 的过程。相应地，可复用 软件是指为了复用目的而设计的软件【1 2 1 。与软件复用的概念相关，重复使用软件的行 为还可能是重复使用“并非为了复用目的而设计的软件”的过程，或在一个应用系统 的不同版本间重复使用代码的过程，这两类行为都不属于严格意义上的软件复用。 以下的类比有助于进一步说明软件复用的概念。在软件演化的过程中，重复使用 的行为可能发生在三个维上： 1 、时间维：使用以前的软件版本作为新版本的基础，加入新功能，适应新需求， 即软件维护。 2 、平台维：以某平台上的软件为基础，修改其和运行平台相关的部分，使其运 行于新平台，即软件移植。 3 、应用维：将某软件( 或其中构件) 用于其他应用系统中，新系统具有不同功能和 用途，即真正的软件复用。 这三种行为中都重复使用了现有的软件，但是，真正的复用是为了支持软件在应 用维的演化，使用“为复用而开发的软件( 构件) 一来更快、更好地开发新的应用系统。 软件复用可以从多个角度进行考察。依据复用的对象，可以将软件复用分为产品 复用和过程复用。产品复用指复用已有的软件构件，通过构件集成( 组装) 得到新系统。 过程复用指复用已有的软件开发过程，使用可复用的应用生成器来自动或半自动地生 成所需系纠1 3 j 。过程复用依赖于软件自动化技术的发展，目前只适用于一些特殊的应 用领域。产品复用是目前现实的、主流的途径。 依据对可复用信息进行复用的方式，可以将软件复用区分为黑盒( b l a c k b o x ) 复用 和白盒( w h i t e - b o x ) 复用。黑盒复用指对已有构件不需作任何修改，直接进行复用。这 是理想的复用方式。白盒复用指已有构件并不能完全符合用户需求，需要根据用户需 求进行适应性修改后才可使用。而在大多数应用的组装过程中，构件的适应性修改是 必需的。 软件复用有三个基本问题，一是必须有可以复用的对象；二是所复用的对象必须 是有用的；三是复用者需要知道如何去使用被复用的对象。软件复用包括两个相关过 程：可复用软件( 构件) 的开发( d e v e l o p m e n tf o rr e u s e ) 和基于可复用软件( 构件) 的应用 系统构造( 集成和组装) ( d e v e l o p m e n tw i t hr e u s e ) 。解决好这几个方面的问题才能实现 真正成功的软件复用【1 4 l 。 5 北京化t 人学硕i j 学位论文 1 2 2g d i + 技术 g d i + 是g d i ( w i n d o w s 早期版本提供的图形设备接口) 的升级版，是、m n d o w s 平 台下新一代设备无关的二维图形编程接口库，它是完全面向对象的。g d i + 包括3 部 分：二维矢量图形绘制、图像处理和文字显示。g d i + 中提供了各式各样的画笔、画刷、 图像等图形对象，此外还包括一些新的绘图功能。g d i + 提供了在编程时使用的应用程 序接口，通过这些接口，g d i + 让程序员在设计程序时不必考虑到具体的显示器或打印 机，直接使用由g d i + 提供的类的方法便可以在显示器或打印机等输出设备上进行图 形或文本的输出，真正做到与设备无关。 g d i + 的工作原理及其在操作系统中扮演的角色如图1 2 所示。 叵焉垂垂虱巨虱 甸甸e 虱 图l - 2g d l + 体系结构图 f i g 1 - 2a r c h i t e c t u 陀o fg d l + 从图1 2 可以得知，g d l + 与g d i 、d i r e c t x 一样，都是开发图形应用程序的一种 方式。g d l + 实际上就是g d l 的高层次的一种封装类，二者主要用来服务于图形、图 像和文本的输出。惟一不同的是，g d i + 在功能上要强大些。微软在它新一代软件开发 平台n e tf r a m e w o r k 框架中，提供了一套相应的功能强大的g d i + 图形类库，为图形 程序的开发提供了极大地便利【1 5 】。通过提供新功能，扩展了g d i 的功能。另外，g d i + 修订了编程模型，使用一个“无状态模型”取代了g d i 中把选中项目放到设备环境对 象上的“状态模型”，在g d l + 中的每一个绘图操作都是相互独立的。图形对象是绘图 操作中惟一保留的对象。 使用g d i + ，可以创建图形和绘制文本，并可将图形图像作为对象进行操作。g d l + 旨在提供较好的性能并且易于使用，可以使用g d i + 在、m n d o w s 窗体和空间上显示图 形图像。目前，g d i + 是在w i n d o w s 窗体应用程序中以编程方式显示图形的一种比较 好的实现方式。g d i + 主要提供了以下七种新功能：渐变画笔、基数样条、独立的路径 对象、变形和矩阵对象、缩放区域、舢p h a 混合、对多图像格式的支持。 创建g d i + 应用程序步骤为1 1 6 j ： 6 第一章绪论 1 、创建一个、m n d o w s 应用程序 2 、添加对g d i + 库的引用 3 、获得图形表面 4 、设置图形表面的属性( 可选) 5 、绘制或填充图形 6 、释放对象 7 、生成并运行应用程序 1 2 3 n e t 平台技术分析 m i c r o s 0 1 f t 的闷巳t 开发平台是m i c r o s o f t 软件开发平台的一次大升级。它极大的改 变了开发模式。作为软件开发人员，n e t 的出现将带来更大的机遇和挑战。m e t 的 核心技术包括分布式计算、x m l 、组件技术、即时编译技术等。n e t 开发平台( 如 图1 3 所示) 包括以下内容【1 7 l ： 8 星 暑 銎 5 图1 3 n e t 平台架构图 f i g 1 - 3a r c l l i t e c t u 陀o f n e tp l a t f 0 珊 n e tf r a m e w o r k ( 架构) ，包括：通用语言运行环境( c u t ，c o m m o nh n g u a g e r u n t i m e ) ，这是用于运行和加载应用程序的软件组件。新的类库，分级组织了 用来显示图形用户界面、访问数据库和文件以及在w 曲上通信的代码集【1 8 l 。 n e t 开发者工具，包括：v i s u a ls t u d i o n e t 集成开发环境，用来开发和测试 应用程序；m 玎编程语言( 例如v i s u a lb a s i c m 玎和新的v i s u a lc 挣) ，用来创 建运行在c l r 下并且使用类库的应用程序。 a s p n e t ，一个取代以前的m i v es e r v e rp a g e s ( a s p ) 的特殊类库，用来创建 7 北京化t 人学硕i j 学位论义 动态的w 曲内容和w 曲服务器应用程序，这些都将采用诸如h t m l 、x m l 和s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 l ( s o a p ，简单对象访问协议) 等i n t e m e t 协议和 数据格式l ”l 。 由于x m l 在编程和数据处理的所有领域不断增长的重要性，在n e t 中包含了对 强大的、集成的x m l 的支持。m 玎中包含了为管理x m l 数据设计的一整套对象， 对于x m l 开发人员来说，m 玎设计为从基础上支持x m l ，不需要任何附加软件， 如m s x m l p 盯s e r 或s o a p l 加l l 【i t ，所有需要的东西都由f r 锄e w o r k 提供。 w 3 c 定义的访问x m l 文档所需的接口称为d o m 。m e t 在x m l d o c u m e n t 和 x m l d a t a d o c l l m e n t 对象提供了对该标准的完全支持，并且m 玎扩充了对x m l 的支 持，提供了更多用于处理x m l 文档、模式和样式表的技术。这些对象大致分为3 组， 如图1 4 所示。 图l _ 4 n e t 中处理订l 文档时用到的主要对象 f i g 1 - 4m a i no b j e c t si nh a n d l i n gx m l d o c u m e n t so n n e tp l a t f 0 砷 a d 0 n e t 是一种包含于m 玎f r a m e w o r k 中的重要的应用程序级接口，用于 在m 玎平台中提供数据访问服务。它是基于n e t 中数据访问技术，其本身就是基于 x m l 的存储模式。a d o n e t 提供了对x m l 的强大支持。利用a d o m 玎，开发人 员可以通过x m l r e a d e r ，x m 删啊t e r ，x m l n a v i g a t o r ，x m u ) 0 c u m e n t 等对象方便地 创建和使用x m l 数据，并且支持w 3 c 的x s u ，d t d ，x d r 等标准。a d o n e t 通 过对分布式a d o n e t 应用程序中数据集d a t a s e t 支持基于x m l 的持久性和传输格 式，来实现最大程度的数据共享。因为数据集被远程处理为x m l 形式，所以任何两 个组件都可共享数据并使用x m l 架构来定义数据集的关系结构。而且，因为数据集 的序列化格式是x m l ，所以d a t a s e t 对象可轻松穿过防火墙，而不受任何限制。a d o 8 第一章绪论 n e t 对x m l 的支持也为x m l 成为n e t 中数据交换的统一格式提供了基础。 事实上，x m l 是m 玎平台的基础和核心，迄今为止没有其他任何一项技术能够 将和x m l 技术如此紧密地结合在一起。s q l x m l3 0 提供了一组n e t 类库，可以 用这些类库访问s q ls e r v e r 提供的x m l 相关操作，使开发者可以开发基于x m l 的s q l s e r v e r 客户端。通过n e t 提供的a d o n e t 类可以从s q ls e r v e r 中检索 x m l 数据。 因此，考虑到n e t 平台在使用上具有包括安全性、易用性等在内的众多优点， 以及它对x m l 强大的支持能力，选择m 疆平台作为实时监测平台的设计平台是非常 合适并且高效的。 1 3 课题的研究意义和主要研究内容 1 3 1 课题的研究意义 目前许多工业企业都采用成熟的监测软件对生产情况予以流程化监测。但是由于 每个企业产品不同，生产流程和使用的设备各异，一套固定的生产监测系统很难适应 每个企业的要求。对于不同的客户需要编写不同的程序，复用性较低，很难满足不同 企业对监测软件的需求，这就给实时监测平台的开发带来了契机。 课题组的老师们在以前完成的监测系统基础上提取共性，总结出一个软件平台， 实现从实时监测系统到实时监测平台的转变。平台化软件的设计要求是通过将业务模 型资源与系统实现技术相分离，从根本上提升管理系统的技术无关性。业务资源是随 用户需求而变动的最频繁的部分，通过分离业务与实现部分，可以做到业务资源变动 时，不影响底层的实现技术，无需重新配置或升级运行环境。而运行环境的独立，则 可以保证应用能够跨越实现技术，运行在不同的系统之上，可以随时零成本迁移到新 的实现技术。 从系统特点看，监测系统的结构主要可以划分成三个大块：数据采集模块，数据 服务模块和数据监测显示模块。简单工作流程可以进行如下描述：数据采集模块利用 各种驱动和组件将数据从各种生产设备和仪表中采集上来，并通过以太网或光纤将数 据送到服务器端，服务器端将数据进行存放，并等待数据监测模块的调用，将所得数 据形象化的显示在监测人员面前。数据监视客户端子系统属于实时监测平台中数据监 测显示模块部分，是实时监测平台的重要组成部分，为用户提供了多种监视方式，并 支持多种显示方式，给用户以直观的印象，使得用户能够方便、直观地查看现场各设 备的运行情况，以便快速做出决策。因此在一定程度上数据监视客户端的好坏决定着 整个监测系统的成败。 9 北京化t 人学彤 i j 学位论文 1 3 2 主要研究内容 实时监测平台分为以下七个模块： 1 、数据采集子系统：提供常用的数据采集方式，编写标准采集模块及采集管理模块。 2 、数据服务子系统：保存数据采集端的数据并为上层的监测系统提供数据查询服务。 3 、数据监视客户端子系统：c s 模式下的监测效果实现。 4 、w r e b 服务子系统：b s 模式下的监测效果实现。 5 、报表子系统：以不同格式需求将数据打印给用户。 6 、生成子系统：通过系统组装平台将以上各个部分进行打包，发布，通过友好的界 面为平台使用者构建一套符合自身情况的监测系统。 7 、画面编辑子系统：主要是实现流程图编辑功能和构造良好的动态监测效果。 本课题主要是对实时监测平台中数据监测客户端的监视手段和显示方法进行研 究。课题主要研究内容包括以下四个方面： 1 分析并实现可能提供的所有监视手段，并支持多种显示方式。利用m 玎组件技术， 开发各种通用监视组件，提供方便的显示组态功能。方便用户根据不同的需求组织不 同的数据显示方式，利用各种显示方式组织和查看数据。 2 根据生成系统前台模块提供的用户定制参数，自动生成客户端监测软件。实现监 测平台的灵活性，即同一个平台可以满足不同用户的不同需求。 3 实现数据监视客户端子系统与数据服务子系统之间的通讯功能。数据监视客户端 子系统与数据服务子系统交互，以获取数据点参数、实时数据、记录数据、统计数据 等数据。 4 设计数据监视客户端子系统与监测画面编辑子系统之问的接口，实现对流程图的 存储、读取以及流程图中多种监视手段的展示。 1 0 第二章舱测系统、l 俞化 第二章过程工业监测系统平台化 2 1 监测平台总体结构设计 过程工业监测系统的特定性强，针对各种过程工业开发监测软件往往需要大量重 复的编码工作。在以往积累的大量监测系统软件项目经验的基础上，课题组的老师们 决定开发一整套工业监测平台，旨在把大家从重复的工作中解脱出来，使得用户无需 经过专业的技能训练也能很好的定制和使用监测系统对工业过程进行实时监测i 删。 实时监测平台用于方便、快速的组装监测系统。因此，它本身有着许多监测系统 的特点。监测系统可以大体上分成b s 结构和c s 结构两种。从整体功能结构而言， 监测系统也可以按照监测系统的模块分割方法，将整体分成三个部分：数据采集模块， 数据服务模块以及数据显示模块，数据显示模块包括c s 和b s 两种模式。因此，整 个实时监测平台的设计描述如图2 1 所示。从图中可以看出监测平台的实质就是以图 表等动态化的形式将采集上来的数据显示给用户查看。因此，无论对于采用何种方式 进行数据显示，也无论对于b s 还是c s 结构而言，数据采集系统和数据处理系统都 是相同的。而在数据监测端则可以根据不同的情况进行用户自主选择。 整个实时监测平台分为七个子系统，它们分别是：数据采集子系统、数据服务子 系统、数据监视客户端子系统、画面编辑子系统、w 曲服务子系统、报表处理子系统、 生成子系统。通过这个平台，不仅专业技术人员可以方便、高效地为工厂设计生产过 程实时监测系统，同时也可以满足那些工厂技术员自定义监测系统的需求。将实现方 法与数据的分离，成为可复用、可重构、可升级的一套软件平台。 北京化t 人学坝i j 学位论文 图2 1 工业监测平台整体结构图 f i g 2 - ls t m c i u r eo fi n d u s t r i a lm o n i t o rp l a t f o 珊 2 2 监测平台各子系统简介 2 2 1 数据采集子系统 原有通过p c 控制或者监控数据采集设备的方法是每遇到一台新的设备便根据要 求编写一段数据采集程序。所选用的编程语言并不统一，编写没有什么共同的规则， 更没涉及到程序的重用性。数据采集子系统的主要功能是，通过了解各种采集设备采 集数据的原理和方法，在过去已有的采集数据的程序基础上，设计统一的数据采集程 序与上层数据服务的接口，编写数据采集程序包或者驱动程序，设计并编写数据采集 子系统的生成系统。在此基础上，根据驱动程序的原理和数据采集设备采集数据的要 求，尽可能实现通用的数据采集设备驱动程序自动生成器。从而实现一个专门的数据 采集子系统，用统一的语言和规则重写已有的数据采集程序，将它们改成数据采集驱 动程序包，对于今后的数据采集设备，我们就可以通过该系统自动生成数据采集驱动 程序。这样便大大简化了丌发，也具有了普适性，可以使该系统应用更广泛【2 l 2 2 l 。 数据采集子系统主要有以下儿个特点： ( 1 ) 实现各种数据采集程序。 ( 2 ) 实现采集程序与数据服务的统一接口设计。 ( 3 ) 实现数据采集包或者数据采集驱动程序，并构造采集系统。 第一二章：班测系统、i 台化 ( 4 ) 实现驱动程序的自动生成。 2 2 2 数据服务子系统 数据服务子系统为整个平台构建核心数据库，并将监测信息以及系统信息存放于 此，然后根据该子系统的外部接口提供数据服务，对外屏蔽数据库结构，对内提高数 据存储查询效率。数据服务子系统不仅为其它子系统提供数据服务，也记录着许多程 序运行所必需的数据。针对流程工业企业，尤其是化工企业的特点，数据服务子系统 分析可能出现的所有数据库操作和数据服务，设计数据库结构和通信接口，并定制相 关的数据服务供其它子系统调用。 数据服务子系统有以下几个特点： ( 1 ) 数据服务的设计( 数据库结构设计以及可能出现的数据服务) 。 ( 2 ) 对大数据量的处理。 ( 3 ) 实现系统间的接口设计。 2 2 3 数据监视客户端子系统 数据监视客户端子系统是监测平台中的图形化界面，也是用户最常使用的界面。 通过监测客户端用户可以用生动的图形监测工业现场，对现场的情况作准确、及时的 把握，从而对有危险的设备及监测点作及时的处理。 数据监视客户端子系统主要有以下几个特点： ( 1 ) 实现数据监视客户端子系统的用户定制功能，提供方便的显示组态功能。 ( 2 ) 提供多种监视手段，支持多种显示方式。 ( 3 ) 实现数据监视客户端子系统与数据处理子系统之间的交互以获得相关数据。 ( 4 ) 实现数据监视客户端子系统与画面编辑子系统之问的交互。 2 2 4 画面编辑子系统 画面编辑子系统主要是为数据监测子系统服务，其主要功能是实现流程图编辑功 能和具有良好效果的动态监测画面。对于流程图编辑功能，需要从文档管理、视图组 织、图形绘制、图形操作、图库管理等方面开发一个完整的矢量图形系统。为了使监 测子系统具有更好的动态效果，需要寻求新的技术支持，由于所涉及的动态监测画面 是用于c s 模式下的客户端，因此达到更高层次动态效果是可行的。为满足实际需要， 该子系统其应该包含功能如下：流程图编辑系统，动态效果，图形存储，流程图在客 户端的显示。 1 3 北京化t 人学硕i j 学位论义 画面编辑子系统主要有以下几个特点： ( 1 ) 流程图编辑系统的实现，为用户提供一个制作流程图的工具，内含图库包括各 种设备符号和化工符号。 ( 2 ) 友好的客户端监测画面和良好的动态监测效果。 ( 3 ) 支持监测子系统的打包发布系统，实现模块的标准化。 2 2 5 w 曲服务子系统 w r c b 服务子系统的主要功能包括：( 1 ) 根据当前已有的b s 模式数据监测系统，总 结出此类系统的共性，然后向用户提供尽可能多种类的w 曲监测服务。( 2 ) 提供标准 w r c b 服务模块。对可能的w | e b 服务的进行模块化、组件化。( 3 ) 实现与平台中其他子 系统的对接。包括与数据处理子系统内处理的数据进行交互，调用画面编辑系统产生 的画面，并正确的显示在浏览器上等等。 w 曲服务子系统主要有以下几个特点： ( 1 ) 为以后类似的系统提供开发模板。 ( 2 ) 实现基于浏览器的复杂监测效果的实现。 ( 3 ) 实现各w e b 服务的模块化和组件化，扩大平台应用的广泛性。 2 2 6 报表处理子系统 报表处理子系统是本平台中相对比较独立的一个子系统。但由于报表是企业获取 生产、经营、财务和各种信息的来源，是m i s 系统中各种数据信息的最终输出结果， 因此该子系统是本平台非常重要的一个组成部分。其功能应包括：首先，实现报表工 具能够根据用户定制的要求生成报表模板，满足用户所要求的报表格式。其次，实现 对报表数据的处理，使报表能够支持多个数据源，以满足报表的多数据源的特性。 报表处理子系统主要有以下几个特点： ( 1 ) 结合企业的生产情况，根据用户的需求定制报表模板，使用户能够选择其所需 的报表格式。 ( 2 ) 实现报表格式和平台数据库中的多个数据源的连接，处理好报表单元格和报表 数据之间的映射关系。 ( 3 ) 对报表的输出展现以e x c e i 的形式导出，实现对报表输出的打印、预览等功能。 2 2 7 生成子系统 生成系统是整个项目的框架部分，由它对项目的其它几个模块进行整合。其功能 1 4 第r 二章舱测系统、i t 台化 包括：首先，提供一个既方便又安全的用户操作界面，使用户能够通过简单操作组装 自己需要的监测系统。生成系统由工程浏览器、工程管理器两部分组成。工程浏览器 是此生成系统的集成开发环境。包括工程的各个组成部分：画面、数据库、外部设备、 系统配制、s q l 访问管理器等，它们以树形结构表示。工程管理器是应用程序的管理 系统。工程管理器可用于新工程的创建及删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有 效恢复，实现数据词典的导入和导出。同时，将用户通过操作界面输入的定制参数送 到平台内部的各个模块的生成器中，各个模块的生成器根据接收到的参数生成各自的 安装包。 2 3 数据监视客户端子系统的设计思想及功能 2 3 1 设计思想 数据监视客户端子系统的工作流程如下：生成平台获得用户定制参数，生成特定 监测系统，数据监视客户端子系统从数据服务子系统获得从各个d l s 系统采集到所 需求的实时数据和历史数据后，数