實時數據採集與處理系統設計研究論文

【摘要】本文根據以往工作經驗，對智能控制系統中下實時數據採集與處理系統的設計方法進行總結，並從數據模塊、信號採集模塊、曲線顯示模塊、通信控制模塊、報警處理模塊五方面，論述了實時數據採集與處理系統功能模塊的實現。

【關鍵詞】智能控制系統；實時數據；處理系統設計

1開發平臺和數據庫的選型

1.1數據庫的選擇

整體來看，可以選擇的數據庫應該具備以下幾種特徵：①容量充足。數據庫的主要功能便是對信息進行存儲，人們可以根據系統的具體要求，對數據庫進行有效選擇。②足夠的安全。數據信息具有很高的價值，安全存儲過程顯得十分重要。換句話說，在數據存儲過程中應避免信息被他人改動，如未經授權擅自登錄等，避免出現硬件故障。③多用戶環境。爲了促使信息更具有實用性，設計人員需要保證不同的安全等級用戶均能對需求信息進行訪問。

1.2數據庫前段開發工具的選取

在具體的系統開發過程中，人們對程序設計的要求較低。例如，Boland公司開發出來的Builder系統具有較強的穩定性和安全性，爲後期維護工作的開展提供了基礎條件。①用戶可以利用C++來提供可靠的IDE，從而幫助整個應用程序完成設計，並不需要在藉助於其他工具。站在開發角度來說，數據庫一直是Builder系統的最大優勢，由於強大的數據庫功能支持，促使整體應用程序變得簡單易懂。②由於C++數據庫的存在，再加上ADO技術的配合，很多遠程和本地數據庫均能實現連接，這也是數據庫前段開發過程中必備前提條件[1]。

2實時數據採集與處理系統的關鍵技術

2.1面向對象的數據庫訪問技術

在該項技術之中，ADO技術具有十分重要的作用，由於ADO技術的深入應用，數據庫應用程序開發也出現了很多新的接口，ADO可以提供很多新的數據存取技術，利用不同形式對關係數據庫進行訪問。除此之外，ADO技術具有強大的遠程服務特性，爲各種應用程序的實現提供有利條件。相比之下，ADO具備很多傳統數據庫訪問形式不具備的優勢，如可以對各種對象進行獨立創建、批量更新等，爲數據庫訪問的自由線程提供建設指標。

2.2多文檔界面技術

多文檔界面技術簡稱MDI，該系統在使用過程中主要屬於文檔界面應用程序，通過窗體控制來對其他窗體進行訪問。MDI由於自身的獨特結構，可以實現多個窗口的統一管理，有利於系統在不同功能之間進行切換。而且，C++Builder爲整個系統提供了可視化窗口的繼承功能。另外，MDI的主窗體在構成讓具備很多其他結構屬性，如FormStyle屬性等，但在工程建設之中，每個工程只存在一個MDI主窗體，而屬性也幾乎相同，這與子窗體的動態創建規律十分相符[2]。

2.3公文包模式

公文包模式主要指在客戶端管理過程中，促使其中的管理程序先與遠程數據庫相連接，之後在將數據庫中的數據轉移到前端。此時，在各種應用程序與後方數據斷開連接之後，客戶端中的各種程序運行任然不會受到影響。

2.4多線程技術

在智能控制系統應用過程中，人們對數據的實時性要求很高，爲了將這種特定有效突顯出來，Windows2000在研發過程中進行了有效創新，從而對多任務操作系統進行搶佔，對處理器的運行時間進行合理劃分，利用小的時間段促使小時間段發揮出作用，這其中還包括很多線程的重新分配，爲整個系統的運行實施正確操作。在線程完全分配好之後，線程的執行過程也會暫停。此外，在多線程應用過程中，可進一步提升CPU的使用效率。而在應用程序使用上，可對相關參數進行採集和顯示，從而對使用者的需求進行滿足[3]。

3實施數據採集與處理系統的總體設計

3.1系統功能需求分析

在系統需求建設過程中，應該遵循以下標準：首先對用戶的需求進行滿足，這其中主要是對系統的功能進行維護和設定，從而對用戶需求進行全面考慮。其次，對系統的可靠性進行分析。在系統設計過程中，可靠性設計是最基本的一項標準，用戶對其關心程度也較高，一旦系統出現故障，將會導致整體控制過程出現混亂，後果不堪設想。再次，應保證系統設計具與較高的效率。而在功能設計過程中，整個系統應顯示出較高的採集功能和顯示功能，其中採集功能涉及到對溫度、壓力等數據的採集，而顯示功能則涉及集中操作和監控管理，爲各項數據的現實提供基礎條件。

3.2系統功能結構設計

在智能控制系統中，實施數據採集與處理系統主要工作爲歷史數據存儲、報警處理等工作，如圖1所示。在客戶端程序運行過程中，可以爲用戶界面建設提供基礎，並通過服務器的請示數據對數據進行更新。首先，在數據採集完成之後，經過實時數據操作之後，從而實現數據庫的進一步完善，在此過程中，便可以對歷史數據和報警數據進行整合，將信息傳遞到客戶端內。在具體信息功能規劃好之後，便可以對流程圖進行繪製。但在流程圖描繪過程中，主要涉及到程序描繪和數據流向描繪等。在將所有數據結合好之後，便可完成數據處理程序的設計工作，系統的流程圖如圖2所示。

3.3數據庫設計

數據庫的設計主要與數據庫的建立相關，整體來看，數據庫服務具有很強的目的性，當特定的數據存儲與數據相互結合之後，數據管理便可以進入到更高層次之中，這些管理措施的來源主要是文件管理系統。在該系統數據採集和處理上，主要以數據庫爲契機，來實現以下幾方面功能：①對系統中重要數據進行保留，包括系統運行過程中統計參數和控制參數等。統計參數可以對系統的使用進行合理預測，而系統控制參數則包含着很多參數控制系統，對系統的全面控制起着重要作用。②作爲系統運行過程中的數據存儲工具，數據庫在操作上可以讓各個應用程序之間實現模塊共享，爲網絡共享功能的實現提供基礎條件[4]。

3.4後臺數據庫表設計

在後臺數據庫設計中，表設計主要有三個，即Login表、Realtimedata表、Warning表。具體應用時，Login表代表用戶的密碼登錄級別，Realtimedata表代表的是實時數據，這其中還包括數據採集以及時間字段和備註字段，當出現實際數據傳輸與具體數據不符時，各種信息數據將會向Historydata錶轉移，這兩中表格的結構基本相同，主要用於歷史數據的存放，爲數據查詢提供便利條件。Warning表屬於報警表，一旦數據出現異常情況，便會向主系統發出報警提示。三種表的具體結構如表1~3。

4實時數據採集與處理系統功能模塊的實現

4.1數據模塊

數據模塊的設計與實現，主要是對訪問組件進行集中性管理，從而進一步促使時間組件與數據模塊相結合，最終讓所有Form對數據模塊進行共享，當數據表結構出現些許改動之後，只需要對數據表中的組件進行合理修改即可。整體來看，數據模塊的實現具有以下優點：①可以將數據訪問組件放置在數據模塊之中，並不需要重複放置。②可以將一些字段的判斷及編寫在具體的事件函數之中，從而實現函數的有效共享。③由於數據模塊的實現，很容易將字段判斷程序從整體程序之中分離出來。④在數據表字段設計過程中，涉及到查詢程序的設計，爲了方便後續工作的開展，數據模塊並不需要對每個Form進行分佈設計。另外，爲了實現集中管理，可以將具體的數據訪問控件與數據管理結合在一起，封裝在同一的DM上，最終實現生產數據的備份和還原。

4.2信號採集模塊

在控制系統信號採集過程中，主要是爲了對系統板卡採集功能進行建設，在經過簡單的處理之後，人際界面會將這些數據充分顯示出來，並計入到數據庫之中，爲後續監測工作的開展提供依據。信號採集模塊主要是對現場監視參數進行監測和預處理，從而通過生產數據的採集，將壓力、溫度等指標數據進行根本性處理。例如，在鍋爐溫度控制過程中，數據採集模塊的板卡型號爲ICP7，此時可以利用信息採集模塊，對參數及實際測量值進行輸入。當信號採集模塊得到充分利用之後，實測值和設定值之間的誤差便會被突顯出來，從而得到有效的控制轉化，這樣一來，鍋爐的控制溫度將會得到有效控制。

4.3曲線顯示模塊

在工業控制領域中，爲了對被控制對象的'狀態數據進行查看，往往需要對監測點數據的變化情況進行統計。在具體曲線顯示模塊功能實現過程中，應該對以下要求進行充分滿足：①整個系統需要具備直觀有效的數據顯示。②在同一張圖上，應該對多條曲線進行同時顯示，爲對比觀察性觀察提供方便。③可以根據具體需求，對常規性的時間間隔進行設計，促使曲線在描繪過程中更加光滑、連續。④在各點信息的動態採集過程中，應將個點位的監視數據完整的在圖上進行顯示[5]。

4.4報警處理模塊

報警窗口的設備序列運行如果出現異常情況，很容易導致數據越限情況的發生。報警信息的異常情況主要包括時間異常、狀態異常等。如果報警信息能夠得到保存，後續也能得到精準入庫。站在整個系統角度來說，很難對不同故障類型進行診斷，併發出報警信息。例如，在系統溫度出現異常時，如果溫度過高，溫度值會偏大，並遠遠超出設定值。如果溫度過低，某溫度值也會出出現偏小情況，甚至低於設置值很多。此時的系統報警來源主要是報警處理模塊，而並不是系統本身，通過數字提示、聲音等引導相關人員進行操作。

4.5通信控制模塊

當信號採集板卡運轉過程中，會涉及到很多原始數據的採集工作，一旦通信控制模塊出現問題，很容易導致實測值與設定值誤差的增大。因此，相關工作人員應根據具體需求對控制模塊進行設計，從而對溫度進行合理設計。在通信控制模塊實現過程中，常規PID控制發揮着重要作用，該系統主要由PID控制器和被控對象組成。該種控制器屬於線性控制器中的一種，主要根據定值和實際輸出值，來構成控制偏差，該偏差以比例、積分和微分等來形成控制量，從而實現對象控制，因此該控制器也被稱之爲PID控制。PID的控制器可以用公式進行表示：如果用增量的形式進行表示，則可以變換成以下形式：△u（k）=kp（error（k）-error（k-1）+k1error（k）+error（k-2））在上述三組公式中，k代表比例係數，TI代表積分時間常數，TD代表微分時間常數。

5總結

綜上所述，在實時數據採集與管理系統應用過程中，屬於智能領域中的管理軟件，更是新型控制分析歷年的具體體現之一。其中，數據管理主要是通過計算機實現智能化發展。在具體的比較分析過程中，除了實時數據處理之外，還能對數據採集工作進行精準定位，從而對整體方案進行充分設計，確保開發語言的正確選擇。

參考文獻

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[2]陳鑫，溫梓沐.大型商業綜合體建築消防智能控制系統設計與實現的探討[J].電子世界，2017（20）：188~189.

[3]朱翠苗.船舶智能控制系統的動態神經模糊模型設計研究[J].艦船科學技術，2017，39（20）：100~102.

[4]朱小潔.淺談中央空調智能控制系統在公用建築節能中的應用[J].居業，2017（09）：109+111.

[5]趙長城.初探智能化技術在電氣工程自動化控制中的應用[J].建材與裝飾，2017（33）：213~214.