文章编号：１００１—９９４４（２０１０）０５—００４３—０４ 基于Ｂ／Ｓ的企业数据采集系统设计与实现 胡金明１ ７李 健２，３ （１．河北Ｘ－业大学廊坊分校计算机系，廊坊０６５０００；２．杭卅Ｉ电子科技大学信息Ｚ－程学院，杭州３１Ｏ０１８； ３．中国计量学院信息工程学院，杭州３１ＯＯ１８） 摘要：通过对Ｃ／Ｓ结构与Ｂ／Ｓ结构进行比较，为采集系统的软件复用和快速开发提供了体系结 构上的支持 随后根据企业对生产线上产品信息的应用需求提出了基于Ｂ／Ｓ的实时数据采集 系统的设计方案．最后对关键技术的实现进行了详细的介绍 目前此系统在企业运行效果良 好。成功地解决了管理层和生产现场的数据同步问题．使企业管理层可以根据生产线的具体 情况及时做出决策 关键词：数据采集；Ｂ／Ｓ结构；软件复用；企业信息化 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标志码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂ／Ｓ ＨＵ Ｊｉｎ—ｍｉｎｇ。．ＬＩ Ｊｉａｎ ＇。 （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌａｎｇｆａｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５０００，Ｃｈｉｎａ；２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｄｉａｎｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎ— ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃ／Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｂ／Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｆｉｒｓｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃａｐｔｕｒｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔ． ｗａｒｅ ｒｅｕｓｅ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｓｕｐｐｏｒｔ．Ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｂｕｓｉｎｅｓｓ－ｌｉｎｅ ａｐｐｌｉｃａ— ｔｉｏｎｓ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ Ｏｎ Ｂ／Ｓ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｌａｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｅｌｌ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅｓ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｄａｔａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ＳＯ ｔｈａｔ ｃｏｒｐｏｒａｔｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔ ｌｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｅ— ｃｉｉｃ ｃｉｆｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｉｍｅｌｙ ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；Ｂ／Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅｕｓｅ；ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｉｆｏｒｍａｔｎｉｏｎ 随着企业在生产中采用先进的制造与设计手 为因素等不利影响．在改变原来生产数据的管理模 式和提高企业整体工作效率的同时．为企业管理和 段．特别是信息技术的应用．大大提高了企业产品 研发能力和市场竞争能力．促进了生产力的发展． 使企业取得了明显的效益… 但是伴随着企业生产 决策提供及时、可靠的基础数据¨３¨。 随着计算机水平、操作系统的不断发展．特别是 规模的不断扩大．信息需求与传输量明显增加．为 了让企业的管理层和决策层与生产现场同步掌握 各个装置的全部生产数据［２］．企业急需一种实时的 近年来．控制系统与信息管理系统的信息整合．ＥＲＰ 系统、ＭＥＳ系统等各种高级应用对底层的控制系统 的信息需求的增加．使数据采集系统有了较大的发 展 但是许多企业现在采用的数据采集系统是基 数据采集系统。从根本上避免因地理位置、通讯、人 收稿日期：２０１０—０１—１５：修订日期：２０１０—０３—０４ 作者简介：胡金明（１９６８一），男，讲师，主要从事计算智能控制方面的研究；李健（１９７６一），男，硕士，工程师，主要从事软件开 发、计算机网络方面的研究。 自动化与仪表２ＯＬＯ（５） 囝 于Ｃ／Ｓ结构．远远无法满足企业１３益增长的信息需 求［ 。因此．对该实时数据库和操作方式进行升级显 得非常迫切 传统的Ｃ／Ｓ体系结构虽然采用的是开 放模式．但这只是系统开发一级的开放性。在特定 的应用中无论是Ｃｌｉｅｎｔ端还是Ｓｅｒｖｅｒ端都还需要特 定的软件支持＿６＿ 由于没能提供用户真正期望的开 放环境．Ｃ／Ｓ结构的软件需要针对不同的操作系统 开发不同版本的软件．加之产品的更新换代十分 快．已经很难适应百台电脑以上局域网用户同时使 用。而且代价高．效率低 ］ 以目前的技术看，局域 网建立Ｂ／Ｓ结构的网络应用．并通过Ｉｎｔｅｍｅｔ／Ｉｎ— ｔｒａｎｅｔ模式下数据库应用．相对易于把握．成本也是 较低的［９］。它是一次性到位的开发。能实现不同的人 员．从不同的地点．以不同的接人方式访问和操作 共同的数据库：它能有效地保护数据平台和管理访 问权限．服务器数据库也很安全 特别是在ＪＡＶＡ这 样的跨平台语言出现之后．Ｂ／Ｓ架构管理软件更是 方便、快捷、高效。因此本文通过对Ｃ／Ｓ结构与Ｂ／Ｓ 结构进行比较．为采集系统的软件复用和快速开发 提供了体系结构上的支持 随后根据企业对生产线 上产品信息的应用需求提出了基于Ｂ／Ｓ的实时数据 采集系统的设计方案．最后对关键技术的实现进行 了详细的介绍。目前此系统在企业运行效果良好， 成功地解决了管理层和生产现场的数据同步问题． 使企业管理层可以根据生产线的具体情况及时做 出决策 １ Ｂ／ｓ与Ｃ／ｓ的比较 （１）开发和维护成本 Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ开发和维护成本较高 对不同客户 端要开发不同的程序．编程工作量较大 如果应用 程序要进行安装、修改和升级，均需要在所有的客 户机上进行，复杂而又麻烦。对于ＢｒＯＷｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ，只 需要在客户端安装通用的浏览器。在服务器端，应 用可为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ上的任何授权用户所使用。 所有的维护与升级工作都是在服务器上执行的．不 需对客户端进行任何改变．故大大降低了开发和维 护的成本 （２）客户端负载 Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｎ，ｅｒ的客户端具有显示与处理数据的 功能。应用系统的功能越来越复杂．客户机的应用 程序也变得越来越庞大．客户端也越来越“肥胖”， 田 而不断地提高客户机的配置．又加重了投资的成 本。Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ的客户端把事务处理逻辑部分 分给了功能服务器．不再负责处理复杂计算和数据 访问等关键事务．只需要进行显示．使客户机变得 很“苗条” （３）使用的标准 ＣｌｉｅｎｆｆＳｅｒｖｅｒ所采用的标准只在内部统一．其应 用通常是专用的 Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ所采用的标准都是开 放的、非专用的，是经过标准化组织所确定的而非单 一厂商所制定．保证了其应用的通用性和跨平台性 通过对两种方式的比较．发现ＢｒｏｗＳｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ在 数据采集等方面更具有优势．因此采用这种方式 ２系统需求分析与设计 ２．１ 系统需求分析 （１）实时数据采集接口平台总体解决方案 实现ＤＣＳ、ＰＬＣ、现场总线、智能仪表、各种数据 采集系统及其他应用系统与实时数据库的实时数据 交换平台。提供一个实时数据采集接口平台总体解 决方案，所有的ＤＣＳ、ＰＬＣ、现场总线、智能仪表、各 种数据采集系统及其他应用系统按照这个解决方案 的体系结构来实现数据交换 （２）数据采集接Ｉ＝１软件 目前企业主要生产装置都实现了ＤＣＳ控制．在 数据采集方面提供需要配置的接口数量和规格要 求。尽可能采用经过证明的、可靠性好的、安全性高 的成熟软件接口来实现 数据采集满足断点续传及 本地历史的存储与回放功能 （３）生产运行监控 实现对工厂过程数据的存储、监视和分析，通过 对企业生产情况进行历史和现状的对比分析．从而 实现工厂级的实时管理：为全企业生产运行物料和 能量的平衡提供数据基础 （４）查询、报表功能 主要是方便实现客户端查询和各级管理人员的 动态ＷＥＢ查询，通用性好、灵活性强；为保证今后 系统报表功能的正常运行．方便用户自行对报表样 式进行修改 （５）实时数据报警及事故管理 当数据超标及事故发生时．系统产生报警．启动 事故记录，记录相关报警、事件、时间及相关的大量 信息 Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ２０１０（５１ （６）历史数据存储 实时数据库在线存储量至少能保存２年及以 上的数据 实时数据库系统必须能提供历史数据备 份、恢复、转存功能。历史数据可以转存到外部介 质 并且能根据需要重新调回数据库供查询使用。 ２．２ 系统设计 样品由企业职工在采样口采样并经试验室分 析后将数据放到数据服务器完成数据采集过程．再 由企业的各个部门进行查询 整个系统分为客户端 和服务器端．客户端只需安装一个标准的Ｗｅｂ浏览 器．数据都存储在服务器上，根据用户的请求。服务 器给用户发送相关数据．用户处理完成再传递回服 务器 服务器执行数据查询和数据处理的算法．并 将结果发送给客户，用户端浏览器不用维护．合法 用户使用安装有浏览器并已经接人到局域网的计 算机即可十分容易地使用该系统 系统的体系结构 如图１所示 器 数据厍服务器 数据采集 图１ 系统体系结构图 Ｆｉｇ．１ Ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ 根据现场采集的情况该模型大致分为三个模 块：数据采集模块、数据存储模块、数据分析与显示 模块。各模块关系如图２所示。 数据采集 图２系统总体结构图 Ｆｉｇ．２ Ｓｙｓｔｅｍ ｄｉａｇｒａｍ 自动化与仪表２ｏｌｏ（ｓ） 在图２中可以看到首先是数据采集模块在生产 现场采集到产品信息．然后把信息送人数据库由数 据存储模块对数据进行分析和分类存储．最后在产 品数据分析模块和显示模块对产品信息进行显示和 分析，满足用户的需求。 ３关键技术的实现 ３．１ 数据采集接口ＣＥＮＴＵＭ ＸＬ的实现 两套ＣＥＮＴＵＭ ＸＬ系统采用ＥＣＧＷ３作为接 口，上位机为ＶＡＸ机，系统为ＯＰＥＮＶＭＳ 可增加一 台数据采集站．替代ＶＡＸ机．作为ＷＩＮＤＯＷＳ的 ＥＣＧＷ３．采用ＡｓｐｅｎＴｅｃｈ企业提供ＣＩＭＩＯ ＦＯＲ ＥＣＧＷ３接Ｅｌ软件可直接安装在该上位机上．将数 据接人实时数据库中。如图３所示。 工业实时／历史数据服务器 工业ＷＥＢ服务器 Ｊ Ｊ ｌ 萋鐾 飘 懋疑霪匿强翟爨圈嘲嘲圈睡 图３ ＣＥＮＴＵＭ—ＸＬ接口的实现 Ｆｉｇ．３ ＣＥＮＴＵＭ＿ＸＬ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ３．２数据库技术的实现 考虑到企业各生产装置的实际情况、网络访问 流量、客户端用户使用角度等因素．借鉴中石化几家 兄弟单位的实时数据库建设的经验．本方案采用分 散集中式管理．即分布式结构．建议用三台服务器来 完成整个系统的实施：一台服务器作为实时数据库 的安装服务器：一台服务器作为实时数据库的ＷＥＢ 发布服务器：一台服务器作为连接７套Ｈｏｎｅ）ｒｗｅｌｌ ＴＤＣ３０００控制系统的ＡＰＰ节点的数据采集服务器 完成后的系统拓扑图如４所示 上述解决方案中服务器是按实时数据库分布式 进行安装，这样既能满足现在的需要，又考虑了将来 的需求。采用这种方案可以保护企业现有的投资。 这个配置方案扩充灵活．可根据应用需要随意增加 田 客户站 垒ｌ戴教透器髯理藏厦翔 戴秘 鹱 选臻 ￣Ｉｎｆｏｐｌｕｓ时 ｇ 《 盆 … 《 ㈣ ———ｒ∞ 《搿 ＃ § － ¨ — ｌ删 缀《 Ｉ嗍ｍｌ 臻 嚣蒌 戮一 … Ｉ Ｉ ；ＡＰＰ结点数据接口服务器 ！ ＩＩ ；ｌ ； Ｉ。。。ｆ ； Ｉ Ｉ ；Ｉ ｌ ； Ｉ Ｈｏｎｅ ｙｗｅｌｌ Ｈｌｏｎｅｗｙ，。。ｅ。ｌｌ㈠ｌＣＥＮＴＵＭ ＸＬＩ ｌＣＥＮＴＵＭ－ｘ ㈧ｌＢＡＩ唧Ｉ ＩＢＡＩＬＥＹ㈦Ｉ Ｆ ｌ 图４数据库拓扑图 Ｆｉｇ ４ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ 服务器．将来在与上述应用系统集成时．不需要在 接Ｅｌ方面增加投资 数据库总的点数为２５，０００个 点 客户端连接数为１００个．即同时访问实时数据 参考文献： ［１］Ｒｙｓｚａｒｄ Ｋｌｅｍｐｏｕｓ，Ｂａｒｂａｒａ Ｌｙｓａｋｏｗｓｋａ，Ｊａｎ Ｎｉｋｏｄｅｍ．Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｎｅｔｗｏｒｋｓ 库的客户端的连接数为１００个 点数与连接数由同 一［Ｃ］／／Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｐｅｒｓ Ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｆｉｆｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｈｅｏｒｙ，１９９５：５３０—５３８． 个许可管理软件控制．这个软件可安装在网络的 任何一个服务器上（不需要专门的服务器）。目前仅 是在软件安装时检测软件的许可．安装完成后系统 ［２］Ｔｓｙｇａｎｏｖ Ｙｕ Ｓ，Ｓｕｂｂｏｔｉｎ ＶＧ，Ｐｏｌｙａｋｏｖ ＡＮ，ｅｔ ａ１．Ｄａｔａ ａｃ— ｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｈｅａｖｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ［Ｃ］／／Ｈｉｇｈ—Ｐｅｒｆｏｒ— ｍａｎｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｕｐｅｒｈｉｇｈｗ￣ｙ，ＨＰＣ—Ａｓｉａ， ｌ９９７：６５１—６５５． 即可正常工作．即使这个服务器停止工作．也不会 影响全部服务器与联接的客户端软件的运行。 『３］王瑞，聂钢，李国富．基于Ｂ／Ｓ模式的远程数据采集系统的研究 ［Ｊ］．计算机应用，２００３，２３（４）：１２８—１３０． ４结语 本文的基于Ｂ／Ｓ的数据采集系统目前在企业运 行效果良好．成功地解决了管理层和生产现场的数 据同步问题．使企业管理层可以根据生产线的具体 情况及时做出决策。能解决企业中数据种类多，信 息量大．监测仪器的数据采集均采用人工操作，并 『４］陈骞，罗智佳，毛宗源．基于Ｃ／Ｓ和Ｂ／Ｓ混合结构的数据采集与整 合系统［Ｊ］．计算机应用研究，２００６，２３（７）：１８８—１９０． ［５］杨洲，王自强．周余，等．设计模式在数据采集系统中的应用ＩＪ］．微 电子学与计算机，２００８，２５（２）：１０７—１１０． ［６］张俊杰，章风麟，叶家骏．高速数据采集系统设计［Ｊ］．计算机工 程，２００９，３５（１）：２０７—２０９，２１２． 『７］殷磊．孔宪光．向冬．安全数据采集系统层次化通用软件体系结 且分散保存在与仪器相连的计算机中．不利于维护 和管理等问题．但也只是做了一个初步的探索工 作．数据采集系统在实际中具有很好的应用前景。 系统中还有许多工作有待进一步的研究解决 例 如：温度、压力、磁定位数据通过光纤进行传输，减 构研究［Ｊ］．计算机工程与设计，２００９，３０（５）：１０５１—１０５３． ［８］Ｈｅ Ｈｕｉｍｉｎ，Ｌｉｕ Ｙｏｎｇｊｉｎ，Ｓｈｉ Ｌｅｉｎａ，ｅｔ ａ１．Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃＬｉｎｕｘ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｉＣ］／／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉ— ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８：７５０—７５４． ［９］Ｊｏｓｅ Ａｎｔｏｎｉｏ Ｇｕｔｉｅｒｒｅｚ Ｇｎｅｃｃｈｉ，Ｌｕｉｓ Ｒｏｇｅｌｉｏ Ｓｏｒｉａｎｏ Ｌａｒａ，Ｊｕｌｉｏ Ｃｅｓａｒ Ｈｅｒｒｅｒａ Ｇａｒｃｉａ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ＥＥＧ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｕｄｉｔｏｒｙ ｅｖｏｋｅｄ ｐｏｔｅｎ— 少线缆复杂程度，提高传输速度，保证数据准确性。 为了进一步提高数据采集质量和节约成本．还可以 考虑多种手段结合起来使用．得到各个方面的信 息．进一步提高生产效率。 ｔｉａｌｓ［ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００８ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．２００８：５４７—５５２． 一 Ａｕｔａｍａｔｉｏｎ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ２０１０（５）
