（载运工具运用工程专业论文）基于网络环境的油液监测数据采集与管理系统的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 油液监测技术是近来工业界采用的监测与诊断技术之一 油液监测的方 法很多 如 光谱油料分析法 红外光谱分析法 颗粒计数法 油品理化分 析法等 通过这些方法所获得的数据能够从一方面或多方面反映油品的性能 和磨粒的特性 从而得到机器故障信息 一个油样完成一次完整的油液分析 所获得的数据量是很大的 数据种类是很多的 科技工作者很难从这些纷繁 芜杂的数据中获得有用的信息 这己成为油液监测技术发展的一个瓶颈问 题 另一方面 现在的油液监测数据管理系统很多 而这些系统都是基于手 工方式获得数据 从而给科研工作者增加了劳动量 有时也会带来一定的误 差 本文以上述为研究目的 以武汉理工大学可靠性工程研究所油液监钡9 中 心为工作平台 利用当前先进的计算机技术 网络技术 数据库技术和动态 网页技术 探讨了基于网络化的油液监测实验室的自动化改造方案 研究了 多种油液监测数据采集方法 重点探讨了基于r s 一2 3 2 c 串e l 协议的全自动数 据采集方法 文本文件的半自动采集方法 局域网的图像采集方法和远程数 据采集方法 利用数据流技术开发了图像的采集与传输系统 针对不同类型 的监测实验设备和数据采集接口的特点 编写了相应的数据采集 转换和传 输程序 以解决数据用手工输入进库的问题 利用s q ls e r v e r 数据库服务 器建立了油液监测中央数据库 开发了基于c s 模式油液监测数据库管理软 件 对油液监测实验数据 监测设备基本情况以及油品分析标准等进行有效 地管理 利用当前先进的b s 模式数据库管理技术 开发了基本b s 模式的 电子磨粒图谱 用户可以在线查询并根据不同的设置权限对图像资源进行相 应的更新和修改 在此基础上 建立以数据库服务器为数据维护工具的监测 计算机软硬网络 经试验 该方法为油液监测实验室自动化改造探索了一个 可行的途径 关键词 油液监测 数据采集 自动化 故障诊断 s o ls e r v e r 本文得到国家 十五 重大技术装备研制项目 具有首冲功能的3 0 0 方自航耙吸挖泥船 编号 z z 0 1 1 5 0 3 0 2 的资助 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t o i lm o n i t o r i n gi so n eo f m o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i st e c h n o l o g yu s e dw i d e l yi n i n d u s t r y t h e r e a r es e v e r a lk i n d so fo i l m o n i t o r i n g f o re x a m p l e i n f r a r e d s p e c t r u ma n a l y s i s o i ls p e c t r u ma n a l y s i s c o n t a m i n a t i o na n a l y s i s o i lp h y s i c a l c h e m i s t r ya n a l y s i s a n ds oo n t h ea c q u i r e dd a t ab yt h ea b o v em e t h o d sc a n r e f l e c to i lp e r f o r m a n c ea n dc h a r a c t e r i s t i co f p a r t i c l e s a n db e f u r t h e ra n a l y z e dt o t h ef a u l t si nam o n i t o r i n gm a c h i n e t h ed a t af r o ma l lo i ls a m p l ea n a l y s i st e s t si s n u m e r o u sa n dd a t at y p ei sa l s od i f f e r e n t i ti sv e r yd i f f i c u l tf u rt h ep e r s o nt o e x t r a c tu s e f u ld a t af r o mt h e s es om u c hd a t a t h i sb e c o m e sm a i np r o b l e mf o rt h e d e v e l o p m e n t o fo i l m o n i t o r i n g o nt h e o t h e rh a n d t h eo i l m o n i t o r i n g d a t a m a n a g e m e n ts y s t e m sa r ea l lb a s e d o n i n p u t t i n gd a t ai n t ot h eb a s eb y h a n d t h eo i lm o n i t o r i n gc e n t e ro fw u h a nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yi ss e l e c t e da s t h er e s e a r c h p l a t f o r m t h i s r e s e a r c hu s e st h ea d v a n c e d t e c h n o l o g y s u c ha s c o m p u t e n e t w o r k a c t i v es e r v e rp a g et os t u d y t h es o f t w a r eo fa u t o m a t i co i l m o n i t o r i n gl a b m a n y o i lm o n i t o r i n gc o l l e c t i o nw a y sa r es t u d i e d a n dt h ew a yo f t h ea u t o m o b i l ed a t ac o l l e c t i o nb a s e do nr s 一2 3 2 cp r o t o c o l o ft h et e x tf i l e c o l l e c t i o n o ft h eb i n a r yd a t ac o l l e c t i o n a n do f t h ed a t ar e m o t ec o l l e c t i o na r e s t u d i e dc a r e f u l l y t h ed a t as t r e a mt e c h n o l o g yi su s e dt od e v e l o pai m a g ed a t a c o l l e c t i o na n dt r a n s f e r s y s t e m t h ed a t ac o l l e c t i o n c o n v e r s i o n a n dt r a n s f e r p r o g r a mc o r r e s p o n d i n gt oo u t p u td e v i c ea n di n t e r f a c ei sw o r k e do u tt ol e td a t a f r o mo i lm o n i t o r i n gd e v i c ei n p u ti n t ot h er e m o t ed a t a b a s e t h eo i lm o n i t o r i n g d a t a b a s eb a s e do ns q ls e r v e r i s f i n i s h e d t h e o i l m o n i t o r i n g d a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nc l i e n t s e r v e c s i sw o r ko u tt om a n a g e t h eo i l m o n i t o r i n gd a t a d e v i c ea n do i ls a m p l es t a n d a r d t h ea d v a n c e db r o w s e s e r v e r b s d a t a b a s em a n a g e m e n tt e c h n o l o g y i su s e dt o d e v e l o p e di m a g eo fw e a r p a n i c l em a n a g e m e n ts y s t e m t h en e t w o r k u s e rc a nb r o w s e m o d i f y u p d a t ea n d e d i tt h ei m a g eo fw e a rp a r t i c l et h i sm a n a g es y s t e mh a su s e r sl i m i t a t i o np o w e r i no r d e rt op r e v e n tu s e rf r o mt r a n s c e n d i n gt h el i m i t a t i o np o w e rt om a n a g et h e p i c t u r es y s t e m i nac o n c l u s i o n t h i sp a p e rh a se x p l o r e dw a y st oa u t o m a t et h e o i l m o n i t o r i n g1 a b k e y w o r d s o i lm o n i t o r i n g d a t ac o l l e c t i o n a u t o m a t i o n f a u l t sd i a g n o s e s q l s e r v e r 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 油液监测技术概述 油液监测技术是通过监测分析机械设备在用润滑油的性能变化和油中 磨损颗粒的情况 获得机械设备的润滑和磨损颗粒状态的信息 从而评价机 械设备的运行工况和对其故障进行预测并确定其故障原因 类型和部位的技 术 l 油液分析的内容包括润滑油本身性能的分析和润滑油携带磨损颗粒分 析两方面 其测试手段有常规的理化分析 付立叶红外光谱分析 铁谱分析 光谱分析 颗粒计数等 润滑油油品分析主要分析油品的理化指标或受污染 的程度 主要体现在用油的衰败 添加剂损耗和污染等 润滑油磨损颗粒分 析主要包括磨损颗粒的数量 微粒尺寸分布 微粒化学成分以及几何形态几 个方面 通过润滑油磨损颗粒分析可判断机械设备的磨损程度 磨损类型和 磨损部位 从而可以进一步探讨零部件的磨损机理 由此可知油液分析具有 下列功能 故障诊断 确定润滑油的使用期限 判定润滑油的污染 了解添 加剂的损耗 评定新油 基于摩擦学的设计以及确定机械设备的维修规范等 2 1 油液监测技术是近年来工业界普遍采用的监测与诊断技术之一 其工 业应用表明 油液监测技术适用于低速重载 环境恶劣 如噪声大 振动源 多 外界干扰明显 往复运动和采用液体或半液体润滑剂且以磨损为主要 失效形式的机器的监测与诊断 油液监测不只是润滑油分析和磨粒分析的统 称 而针对机器的摩擦学系统产生的摩擦学故障 从润滑油剂 或工作介质 这一载体实施诊断的方法与技术的集成 润滑油分析亦称油污染分析 主是 分析油品的理化指标或受污染程度 这一方法对摩擦学系统中的润滑剂的状 况作出初步描述 对摩擦副的磨损状态没有多少提示 磨粒分析主要对润滑 系统中的磨粒 污染物颗粒和腐蚀产物进行分析和识别 侧重提示摩擦学系 统中的摩擦副的磨损状态 摩擦学研究表明 润滑剂衰败与摩擦副磨损是相 互影响而又互为因果的两个方面 通常 润滑状态的恶化必然导致磨损加剧 反之 摩擦副的失效也会污染和促使润滑剂性能发生变化 因此 润滑剂的 变化与摩擦副的磨损是相互联系的 不应只重视某一方面 而孤立地分析和 考察润滑剂性能衰败或摩擦副磨损的问题 这就是产生 油液监测技术 这一 提法的理由1 3 武汉理工大学硕士学位论文 每一种技术都是为检测某一种系统输出丽设计的 油液监测主要是针对 存在于摩擦学系统的润滑中的磨损产物一磨粒而实现状态监测和故障诊断 4 在摩擦学系统中 由于摩擦副表面相对运动 所生成的磨粒不断进入润滑 油中 研究表明 润滑油中磨损微粒的数量极其惊人 一升油中可达1 0 6 甚 至更多 其尺寸范围通常在亚微米到上百微米之间 更进一步的研究证实 在 磨粒的数量 尺寸与磨粒速率和严重程度之间 磨粒形貌与磨损类型之间 磨粒成分与摩擦副损伤之间存在着一定的依存关系 5 因此 采用有效的方 法对磨损颗粒 即磨损产物 进行检测和分析 对于判别设备的磨损状态和故 障有着重要的意义 1 2 国内外研究现状 川 叭 1 6 7 1 润滑油可视为机械设备的 血液 在用润滑油是设备中摩擦学系统经 历摩擦学行为的重要信息载体 油液监测技术从评价在用润滑油的质量和分 析所携带的磨粒这两方面综合评价设备的运行状态 据统计 缩短设备寿命 的主要因素是磨损 在报废的机械零件中 因磨损而失效的占先8 0 磨损还会引发其它的失效 磨损有关的信息都蕴含在磨粒中 油液监测技术 能够提取磨粒中的信息 油液监测技术的实施过程大致分为 确定被监测对 象 分析被监测对象的故障类型及其特征 确定监测项目 选择监测方法和 仪器 确定取样周期 采集油样完成所确定的各类油液监测分析项目 获得 分析数据 数据处理 综合评判 形成诊断结论 生成分析报告 绘出指导 意见 反馈现场 其中油液监测中的取样 分析和诊断是最为主要的环节 就取样而言 除了要实现取样这一过程外 还需获取取样时刻的设备运行有 关状态参数和数据 为后续各种油液监测分析提供帮助 在油液测试和分析 的过程中 每种分析方法都会生成多种原始数据 就光谱油料分析而言就可 获得2 0 种左右的元素的浓度值 铁谱分析视其方法和仪器的不同 可获得 5 4 0 项分析数据 此外还有红外光谱分析 油品清洁度测试 油品理化分 析可获得2 3 3 8 项数据 因此 如果 个油样需要完成光谱 铁谱 直读 分析 旋转 红外 油品污染度 油品理化等分析 所产生的数据可达8 3 9 8 项 而这些原始数据的分析过程中 又会派生出一系列的中间结果数据或结 论 因此 油液监测所获得的数据之多 给油液监测技术的实施带来了困难 此外 就数据种类而言 油液监测技术的数据不仅有数值型 日期型 文字 型 还有图像数据 在油液监测技术的分析过程中 常常需要对各类数据迸 2 武汉理工大学硕士学位论文 行计算分析 统计汇总 绘制趋势图及打印报表 而这些重复性的事务工作 占用了油液监测操作人员的大量时间 综上所述 油液监测技术存在着数据 种类繁多 事务处理工作量大和分析速度受制于数据处理的特点 因此 开 展计算机技术在油液监测中的应用研究 为油液监测技术设计一套方便实用 的数据库及管理系统 是十分必要的开发研究工作 机械润滑油监测技术可分为在线和离线两种 目前在线监测还不多 工 程机械使用 管理部门大多采用离线油液监测技术对柴油机的性能 状态进 行监测 现场采集的油样 送到检测中心后 根据监测目的 进行油品性能 理化指标检测和磨损产物分析 油品性能理化指标检测主要分析润滑油运动 粘度 闪点 水分 酸值及机械杂质 磨损产物分析主要指润滑油的光谱分 析和铁谱分析 光 铁谱分析可测得油样中摩粒数量 形貌 尺寸和成分等 信息 对光 铁谱分析得到的信息进行二次分析可得到表征柴油机磨损状态 的磨损程度 形式和零件的特征信息 目前 油液监测技术存在以下两个主要问题 1 在线监测方法及仪器偏少 已投入使用的在线监测仪是以磁性原理 设计的 只能获得铁磁性磨粒的信息 丢失信息较多 这会影响工程机械这 一复杂系统的诊断 2 离线监测方法中 设备都是离散的 并得设备很多 没有一个统一的 系统将这个设备管理起来 目前油液监测的许多数据都是来源于实验室 通过实验设备分析和人工 诊断 然后将数据送于现场去指导维修和决策 当前这样的数据信息系统很 多 如英国威尔士大学期旺西学院b j r o y l a n c e 博士等发表了 在磨粒分 析的定量方法上的一些最新进展 和 磨粒数据库在飞机视情维修管理中 磨粒分类的辅助工具 等文章 讨论了在线自动监测系统中的磨粒定量分析 问题 包括采用视觉工程 实现磨粒特征的提取和采用模糊逻辑思想开发计 算机辅助磨粒识别分析 这一分析采用了决策树原理以实现磨粒自动识别 磨粒数据库 是一种具有通用意义的磨粒图谱 包括四球机 l a e 蝮轮度 验机和销盘试验机等设备处于不同工况条件下的磨粒 在数据处理程序方 面 美国b a r i d 公司的光谱仪通用检测软件具有对分析元素作基本的统计计 算 如标准偏差 显示直方图和含量变化趋势等 测试元素的存储 查询 拷贝 删除等功能 美国s p e c t r o 公司利用f o x p r 0 2 0 开发了用于油料光谱 分析数据软件 该软件的核心是有一个矩阵码 这一矩阵编码用来识别一组 特殊的标准闽值及趋势值 它将被监测识别部件与润滑剂类型结合 可有效 3 武汉理工大学硕士学位论文 而且唯一地把不同添加剂类型 损耗程度及不同采样点工作环境的数据区别 开来 在基于油液监测的辅助诊断系统开发方面 武汉理工大学开发了可以处 理铁谱 光谱 油品理化指标等数据的油液监测信息系统 该系统具有数据 输入 查询 输出 定量参数计算 基线值设置 趋势图绘制和状态识别等 功能 在中国设备管理协会主持下 宝山钢铁集团公司 武汉理工大学 西 安交通大学和北京铁路局科研所积极合作 开发了油液分析诊断软件包 这 一软件包涉及油液诊断模式子库 实用程序子库和诊断知识信息子库 它可 以管理文字 数值 等多种数据 是迄今为止国内外管理较齐全的油液监测 诊断的辅助系统 在基于油液监测的故障诊断专家系统的研制方面 目前国内外使用最广 泛 最有效的机械设备状态监测油液分析综合监测的专家系统a t l a s 3 c 软 件 是由美国s p e e t r oi n c o r p o r a t e d 公司提供的 可用于机械设备运转状 态的全功能综合监测 磨损趋势自动分析 8 0 年代加拿大人工智能产品公 司 c a n a d i a n a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ep r o d u c t s c a i p 为加拿大太平 洋铁路公司开发了一件柴油机润滑油的专家系统 该系统包括光谱油料分析 的数据和油品理化分析数据 设计了与这两方面数据有关的5 0 0 余种规则 用以判断柴油机的磨损状态 此后c a i p 又推出了功能更强的发动机诊断和 维修系统 用于解释润滑油光谱分析和理化指标分析的结果 这些信息系统和专家系统都是与油液监测系统的分析仪器是相分离的 也就是说 在实验室里完成了油液监测的实验后 就得到一些油液监测数据 这些数据被用手工输入的方式输入到信息系统或专家系统 这样就存在工作 量大 数据维护和分析困难 不能实现实时监测及时得到结果的诸多不足 因此对油液监测实验室实行自动化改造势在必行 在一些高校和科研究院所 的油液监测实验室里 往往要对许多监测的参数进行实时记录和监测 并对 测量所获得的数据进行分析处理 从而获得一些有用的信息与结果 传统的 人工观测模式是通过完成油液监测实验 读取油液监测仪面板上显示出来的 数据 并通过监测人员手工记录下面板表显示的数据 根据记录所得的数据 进行数据处理和作图分析 由此可见 当测量的数据量较大时 就会存在工 作量大 数据的维护和分析困难 不能实现实时监控等诸多的缺点与不足 所以对测量仪器进行自动化改造是当前实验室设备改造中的一个重要课题 f9 1 目前商业性的实验室采集与管理系统很多 如 全风景实验室信息管理 4 武汉理工大学硕士学位论文 系统 此系统的主要功能是自动化实验室 将实验室里各种设备的数据通过 一定的方式采集到数据库 然后通过数据管理信息系统对此信息进行处理 后 将结果反馈给用户 此系统的两大功能是数据的采集与管理 对于数据 采集 此系统采用三种方式 第一种 对于带有r s 一2 3 2 串口并有工作站的 外设 其采集方案是 在工作站上装一采集与传输软件 将数据传输到数据 库 第二种 对于有r s 一2 3 2 串口但无工作站的外设 其采集方案是 采用 一硬卡将外设的数据采集并传输到数据库 第三种 无r s 一2 3 2 串口的外设 其采集方案是用人工交互式方式输入进数据库 对于数据管理系统 按照用 户要求现场开发 一般来说 开发人员只是计算机方面的专家 但他们对实 验室的设备和实验室数据及其关系了解得很少 所以开发出来的系统很难达 到用户的要求 再说有些数据对于国家来说是些机密 是不能泄密的 采集 系统的价格也很贵 一般来说 一台机器的设计费用是1 5 万元 这样来计 算 一个十七台外设的系统 其费用是可想而知的了 所以 不采用商用的 采集与管理系统 重新开发新的系统是有必要的 1 3 本课题的研究内容 上述的各种油液监测故障诊断系统均有不足 它们存在信息管理系统与 油液监测系统的分离 有很多工作还需要人工完成 自动化程度不高等问题 因此 本文以油液分析中心的监测仪器对研究对象 探索并实现全自动的油 液监测系统 主要研究内容如下 1 基于网络的智能化油样采集系统 2 p q p 油液采集仪器的串口通讯程序 完成全自动采集 3 d c a 油液污染度监测仪的半自动采集程序 4 铁谱监测仪的图集自动采集程序 5 完成磨粒电子图谱的b s 模式数据库软件的开发 6 建立管理整个油液监测信息系统的数据库 5 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章油液监测数据采集与管理系统的总体设计 2 1 硬件系统设计 监测系统的硬件构成决定了监测软件的构成和分布特点 是软件实现的 硬件基础 本监测系统是由武汉理工大学油液监测中心的五台设备组成 这 些监测设备分别是n i c o l e t 公司的a v a t a r3 6 0 型f t i r 红外光谱仪 铁谱分 析仪 包括制谱仪和显微镜 a n a l e x 公司的p q p 便携式磨粒浓度仪 e n t e k i r d 公司的d c a 数字污染度监测仪 p r e d i c t d l i 公司d r 5 直读铁 谱仪 d i r e c tr e a d i n gf e r r o g r a p h 将油液监测实验室的上述五种分析仪器 实现数据的自动采集 可考虑两种硬件系统设计方案 2 1 1 总线型分布式微机数据采集系统 钉 此总线型分布式数据采集系统由五台监测设备 采样模块 r s 4 8 5 网 络 转换电路和计算机系统组成 其系统结构图如图2 1 所示 臣亘困 n 函汪矿 携式磨粒浓度仪 匝亟匮亟圈一 匦匾亟口一 r s 4 s5 图2 1 系统结构方框图 由于各类仪器输出的均为数字信号所以不需要小信号的调理接口电路 1 4 4 1 采样模块 采样模块采用台湾产的智能模拟爨数据采集模块 功能和性能都很好 一个采样模块有8 个通道 可以同时采集8 路不同信号 即可以连接8 台单 路输出的仪器 并与工业标准r s 4 8 5 网络相连 在无中继放大器的情况下 6 武汉理工大学硕士学位论文 r s 4 8 5 网络最大传输距离可达1 2 k m 并通过r s 2 3 2 转换电路接入计算 机系统中 增加模块可使连接的仪器更多 并组成一个监测网络 监测用的 计算机也不一定放实验仪器旁 可放在离实验台较远的地方 2 转换电路 转换电路可采用台湾产的r s 4 8 5 与r s 2 3 2 的转换模块a d a m 4 5 2 0 也可采用便宜的转换卡 一般要求带5 0 0 0 v d c 光电隔离功能 以便能对计 算机加以保护 3 计算机硬件系统 计算机系统可采用一般台式微型机 p c 机 对于实验室有强电磁干扰 的情况 也可以采用工业控制机 简称工控机 作为数据采集处理系统的核 心设备 通过自行开发的软件 控制微型机接收从r s 4 8 5 网络传输到串 口的数据 并进行各种处理 2 1 2 星型分布式微机硬件系统 此星型分布式微机管理系统是由实验室局域网 五台实验室设备 一台 s q ls e r r 数据库服务器和管理p c 机组成 其组成图如图2 2 所示 图2 2 油液监测系统硬件网络组成 每台监测设备均各配一台微机 通过实验室局域网将各台微机连接起 来 这样各监测设备所配的微机 称其为采样微机 采样微机通过各自的采 集程序将各监测机的数据采进微机 微机就可以通过传输程序将数据通过网 络转存入数据库服务器 s q ls e r v e r 中 这样 数据就不需要人工的干扰 直接能被管理信息系统所利用 综上所述 星型分布式和总线分布式各自有各的优点 也有各自的不足 7 武汉理工大学硕士学位论文 但基于所在实验室的实际情况考虑 这里选用星型结构为好 其理由是 1 星型结构可以利用实验室现有的局域网来做通讯媒体 不需要购买 其它的一些设备 减少了开支 2 从软件上来上 星型结构实现起来也容易一些 不需要购买软件 可以直接利用高级程序语言编程序就可以完成上述的任务 2 2 软件系统总体规划 2 2 1 设计目标 基于网络的油液监测数据管理系统是利用计算机技术 网络技术 数据 库技术并以计算机为重要工具的人机交互系统 该系统将实现以下具体目 标 1 实现机电设备的有效管理 2 实现机电设备摩擦学监测信息的存储 管理 3 完成油液监测设备的自动采集 4 实现自动采集信息的报表生成 2 2 2 总体结构 根据以上设计目标 这信息系统包括以下几个部分 机电设备摩擦学信 息采集系统 信息管理系统 操作系统 计算机网络通讯平台 计算机网络通讯平台与操作系统环境是整个系统的运行基础 在这个前 提下通过实施设备摩擦学信息监测系统来实现基本原始数据的采集 并基于 大型数据库技术建立完善的信息管理系统 用于存储和管理所有设备信息以 及摩擦学监测信息的数据 2 2 3 应用系统开发环境 本系统是在w i n d o w s 平台上采用d e l p h i 6 0 作为前台应用的开发工具 d e l p h i 是著名b o r l a n d 公司开发的可视化快速开发工具 r a d 适用于从c s 模式到b s 模式的多种数据结构 并扩展了数据库支持 a d o 和i n t e r b a s e 数据库 带有i n t e r n e t 支持的m i d a s 改进版 t e a m s o u r c e 版本控制工具 转换功能 框架概念以及很多的新组件与新特性 因此 选择d e l p h i 作为 开发工具比较合适 2 2 4 数据库设计 采用如图2 2 所示的c s 模式结构来满足管理信息系统大量频繁 高速 交互的实际应用情况 结合具体的开发工具 采用o d b c 和b d e 方式完成应 8 武汉理工大学硕士学位论文 用系统与数据库的连接 考虑到系统的可扩展性 同时也能开发基于b s 结 构的别外一系统 完成信息的对外发布 此系统可用j a v a 技术开发 所以通 过j d b c 方式完成应用系统与数据库的连接 这个系统的业务比较复杂 数 据量比较大 所以选用了适合中小规模应用m i c r o s o f ts q ls e r v e r 作后台 数据库 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 是美国m i c r o s o f t 公司出品的基于结构化查 询 s q l 和多线程的客户 服务器型关系数据库管理系统 它提供了一个高性 能的客户机 服务器平台 它最大的优点是可以与m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s 2 0 0 0 形成无缝集成 全面使用w i n d o w s2 0 0 0 的管理和维护功能 而且使用 简单 用户可以很快地掌握数据库的维护和管理 2 2 5 系统功能 基于n t 的油液监测数据管理系统是在现有设备管理经验和实际应用情 况的基础上 结合先进的设备监测管理理论开发的 具有机电设备挡案信息 管理 使用情况管理 数据采集 报表生成 谱片检索 数据查询 系统管 理 帮助八大模块 在设备日常监测管理模块中利用数据库管理系统高效 安全 完备的管理功能 实现所有设备摩擦学监测数据的安全管理和使用 其中 磨粒特性 浓度 分布 尺寸 形状 颜色 成份等 油品特性 粘 度 酸值 水分 污染物等 以及运行环境 速度 载荷 酸值 润滑方式 温度 摩擦副性质等 9 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章网络系统设计 经过改造后的油液监测自动化实验室采用了两套网络系统 一套为c s 模式 一套为b s 模式 这两套系统可以共享着一个s q lv s e r v e r 数据库 c s 模式系统主要用来采集监测仪器里数据并将这些数据通过网络上传给数 据库 b s 模式主要是利用w e b 服务器将用c s 模式采集进数据库里的磨粒 图谱及有关数据信息发布出去 以供异地用户浏览的网络 下面介绍c s 和 b s 两种模式的网络数据库 3 1 c s 模式网络 数据库c s 模式的全称是c l i e n t s e r v e r 模型 其结构将处理任务分开 在客户系统和数据库服务器上进行处理 客户机p c 上运行数据库应用程序 数据库服务器运行全部或部分的实际d b m s 突破了基于p c l a n 系统数据处 理能力的限制 减少了网络上数据传输 增强了系统的处理能力 在d e l p h i c s 版环境中 结合其优秀的数据库操作 以及b d e 对开发客户机 服务器 系统下的网络数据库提供了更加快速有效的途径 因此 在客户机 n 务器 系统中 通常用d e l p h i 处理用户界面及做大量复杂的计算 服务器采用安 全高效的后台数据库系统s o ls e r v e r 来处理前台所需的数据 在网络连 接方面 选择高效的数据访问连接软件 如 s o ll i n k o d b c 等 加上t c p f l i p 或n a m ep i p e s 等网络通信及运行效率良好的各种网络软硬件 构成一个完 整的c 1 i e n t s e r v e r 系统 其结构图如图3 3 所示 客户 服务器数据库系统的核心就是服务器接收请求 完成计算 发送 结果 其它机器称为客户机 负责向服务器发请求 接收结果 客户 服务 器数据库结构的特点 1 客户 服务器结构的主要特点在于把处理任务在客户和服务器间分 开 客户提交请求 服务器完成数据查询任务并返回结果 2 减工作站网络负载 网络上传输的只是客户请求和查询结果 不再 是个数据库文件 因此工作站网络负载变小 这特别有利于低速连接的远程 客户 3 数据库平台与工作站无关 由于数据库采用集中管理 客户通过s o l 语 言访问数据库数据 因此 客户不限于一种平台 如i b m p c 及其兼容机 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 m a c i n t o s h u n i x 工作站 操作系统可以是u n i x m s d o s w i n d o w s o s 2 等 二塑亟堕垂 口 图3 3c s 模式的数据传输结构 4 数据库与客户程序无关 由于数据库采用集中管理 客户通过s q l 访问数据库数据 因此 当数据库结构改变 数据库平台更换时 客户程序 将不需要或只需要极少量的改变 5 维护数据库的完整性 数据库采用基于事务的r d b m s 保留事务日 志和数据库备份 恢复机制 6 c s 模式 即客户朋鼹务器模式 它是网络通信中常用的一种模式 通常集散控制系统多采用这种结构 它一般有多个客户端来采集数据 而通 常有一个服务器充当数据库的角色 客户端通过通信把数据写入远程服务器 数据庳 所以本系统要作数据采集程序和数据远程发布的程序设计 还要做 客户端数据接收程序的设计 数据库服务器的任务是 为多用户管理一个独立的数据库 管理和处理 接收到的数据门市部请求 包括管理请求列 管理缓存 响应服务 结果和 通知服务完成 管理用户帐号 控制数据库访问权限和其它安全性 维护数 据库 包括数据库数据备份和恢复 保证数据库数据的完整性或为客房提供 完整性控制手段 客户机的任务是 建立与服务器连接和断开与服务器的连接 提交数据 访问请求 等待服务通告 接收请求结果或错误 处理数据库访问结果或错 误 包括重发请求和终止请求 提供应用程序的友好用户界面 数据输入输 出及验证 网络的任务是 物理上连接数据库服务器机器和客户工作站 提供局部 网络服务和远程网络服务 对多种网络协议提供支持 客户 服务器结构正日益成为共享信息系统的主流 这种结构的一个最 武汉理工大学硕 学位论文 基本的要求就是客户端应用程序对数据库数据的访问操作 在以s q ls e r v e r 为数据库服务器的m i c r o s o f t 客户 服务器系统模型中 客户可以是局域网 的工作站结点 也可以是远程工作站结点 但s q ls e r v e r 软件包不包括直接 的客户开发平台和工具 只能通过第三方开发客户应用程序 本系统采用d e l p h i 开发工具 并使用m i c r o s o f t 为s q ls e r v e r 提供o d b c 数据访问接口 开放的数据库连接 o d b c o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i o n 能 在不同的数据库环境中为c l i e n t s e r v e r 结构的客户提供访问异构数据库 s q ls e r v e r o r a c l e 7 和s q l 4 0 0 等 的接口 它的作用是接收客户数 据库访问请求 把这种请求翻译成标准的s o l 请求 再传送到数据库服务器 上 然后接收数据库服务器传送的数据 开放的数据库连接o d b c 除了能在 客户朋艮务器结构连接客户和服务器外 还能在本地数据库结构中连接异构 数据库 d b m s 例如p a r a d o x d b a s e m i c r o s o f tf o x p r o 和1 i l i c r o s o f ta c c e s s 等 o d b c 的特点 1 o d b c 提供了一个开放的和标准的能访问从p c 机 小型机 一直到 大型机数据库数据的方法 2 使用o d b c 标准接口的编程者可以不用深入了解访问的数据库系统 只需知道数据库 数据表和有关的数据项 字段 3 当作为数据源的数据库服务器升级或切换到其它不同服务器 s o l s e r v e r 改成o r a c l e 时 客户应用程序不用作很大的改变 4 很多基于w i n d o w s 的开发语言支持o d b c 并随软件包一起提供相应 的o d b c 驱动程序 例如v i s u a lb a s i c f o x p r o v i s u a lc c 等 客户投 资少 系统开发成本低 3 2b s 模式网络 3 2 1b s 模式网络介绍m 1 圳 1 c l i e n t s e r v e r 概念最早用于描述软件的体系结构 它表示两个程序之 间的关系 即一个是c 1 i e n t 程序 另一个是s e r v e r 程序 c l i e n t 程序与 s e r v e r 程序可以运行在一台计算机中 也可以运行在网络环境中的两台或多 台计算机中 在网络环境中 运行c l i e n t 程序的计算机可以称为客户机 运 行s e r v e r 程序的计算机称为服务器 进入9 0 年代以来 很多数据库厂家 如 s y b a s e o r a c l e i n f o r m i x i n g r e s 等 纷纷推出具有c 1 i e n t s e r v e r 结构的分布式关系数据库系统及摺 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 关的客户端开发工具 在这种c s 结构中 数据库处理分为两个部分 客户机 与数据库服务器 客户机运行数据库应用程序 表示层和应用层 服务器运 行数据库管理系统 数据层 如图3 4 所示 图3 4c 1 i e n t s e r v e r 结构 客户端在执行应用程序时 通过网络向数据库服务器发出对数据库访问 的请求 服务器执行了相应操作后 仅将查询处理的结果通过网络传给客户 机 大大减轻了网络上的传输量 而且由于数据库操作层移到了服务器上 使客户机和服务器的负荷得以适当的平衡 随着应用系统的大型化 客户端数量的增加和系统范围的延伸 传统的 c s 模式就显得力不从心了 1 系统维护量大 如收取电费 许多客户机都执行同一套程序 在每台 客户机内都得安装该程序 一旦需要改动时 所有客户机内的程序都需变更 2 硬件成本仍然较大 由于客户机即要执行界面程序 又要执行业务处 理程序 仍需较高的配置 3 安全性差 因为对服务器中的数据操作的程序存在客户机中 增加了 用户通过该程序破坏服务器中数据的可能性 近年来i n t e r n e t 网络在全世界范围迅猛发展 企业m i s 采用了i n t e r n e t 技术和t c p i p h t t p 等标准协议 形成了i n t r a n e t 技术 对传统的m i s 产生 了巨大的冲击 代表了管理信息系统发展的新趋势 将具有强大存储和管理 能力的数据库应用于i n t r a n e t 上 不仅实现了大量信息的网上发布 而且为 客户机提供了动态的信息查询 在i n t r a n e t 中采用b r 0 w s e r s e r v e r b s 模式 如图3 5 所示 1 r 1 月小 一 厂高 w e b 服务景 f i 浏览器i 生堑 一序蒯糯 b r o w c rs c n e r 1 图3 5b r o w s e s e r v e r 结构 武汉理工大学硕士学位论文 在客户端 不需要开发任何用户界面 而统一采用如n e t s c a p e 和i e 一 类的浏览器 w e b 浏览器上提出的请求在w e b 服务器上通过c g i 公共网关接 口驱动应用程序 对数据库进行操作 并将结果逐级传回客户端 i n t r a n e t 在信息处理和交换方式上具有很强的灵活性 格式上图文并茂 极其适合电力系统管理工作中数据内容种类繁多 数量巨大 文字长短不 图 文 声并存的特点 无论内部 外部 不同业务和部门间信息流动自如 操作界面方便一致 打破了信息共享的障碍 极大地扩展了信息资源开发 利用的深度和广度 其优越性十分明显 1 可以快速方便地实现造价低廉 使用方便 节省开发时间和经费 2 b s 模式提供了一个统一的客户端 使网络应用不再与具体的客户环 境相关 无需再关心客户端的维护 3 i n t r a n e t 通过设置防火墙与i n t r a n e t 连接 大大提高了i n t r a n e t 的安全性 4 基于t c p i p h t t p c g i 等开放式标准 大大增强了系统的通用性 可 以连接各种不同的计算机网络 用同样的方法访问和显示 不需做任何转换 工作 综上所述 b r 0 w s e r s e r v e r 模式带来的不仅是具体技术的改变 而且是 对m i s 思路 方法和规范的改变 因而说是一场m i s 的革命 所以本系统在 电子图谱这一分块就采用b s 模式 实行向处发布 基于w e b 的浏览器 s a 务器 b s 结构是由客户 服务器 c s 结构转 化而来的 也可以看作传统c s 一个子集 在b s 模式中 客户端的标准配 置是浏览器 如i e b s 模式是三层分布结构 即浏览器一w e b 服务器一数 据库服务器 一般情况下的工作流程为 用户输入一个u r l 浏览器生成一个h t t p 请求并把它发送到指定的w e b 服务器 服务器把主页发回给浏览器 浏览器将其显示在屏幕上 用户阅读相关信息 可继续查找有关信息 向浏览器发出请求 浏览器发一个请求给相应的服务器 并把由u r l 标识的文档 文件返回 屏幕 服务器收到请求后 查看本站点是否有文档 若有 则把该文档放入响 应信息中 返回浏览器 游览器收到响应 查看头文件格式 判断是否能直接显示 若能就显示 出来 否则调用对应的帮助应用程序或外挂程序处理 浏览器等用户的下一 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 条指令 而服务器准备接收来自浏览器的下一个请求 3 2 2b s 的三种工作方式 1 简单式 基于浏览器的浏览器 服务器模式 利用h t m l 页面在用户的计算机上表 示信息 利用h t m l 几乎任何计算机上的编程者都可以毫不困难的提供信 息 2 交互式 浏览器显示的不只是静态的和服务器端传送过来的被动的页面信息 h t t p 服务器将输入信息传送给客户服务器程序或教本进行处理 接着返回 浏览器一个新的显示页面 最后中断浏览器和服务器的此次连接 这个模型 允许用户从各种后端服务器中请求信息 3 分布式 它无需下载h t m l 页面 客户程序是由可下载的a s p 编写的 并在任何 支持a s p 的浏览器上执行a p p l e t 当h t t p 服务器将含有a s p 小应用程序的 页面下载到浏览器时 小应用程序在浏览器中运行并通过构件支持的通信协 议 i l o p d c o m 与传输服务器上的小服务程序通信会话 在这样网络环境 下 不同的电脑 不同的操作系统之间的应用程序就可以彼此沟通了 最终 达到 与平台无关 与程序语言无关 与网络通信协议无关 该模型 的真正意义在于这种方式可使浏览器连到各种信息数据源中 它们不仅可以 检索文件 而且只要打开用户屏幕上的主页即对目标数据进行分析 3 2 3b s 模式与c s 模式的对比 c 1 i e n t s e r v e r 是建立在局域网的基础上的 b r o w s e r s e r v e r 是建立在 广域网的基础上的 1 硬件环境不同 c s 一般建立在专用的网络上 小范围里的网络环境 局域网之间再通 过专门服务器提供连接和数据交换服务 b s 建立在广域网之上的 不必是专门的网络硬件环境 例如电话上网 租用设