大学生毕业论文 11页

‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ ‎ 实时数据管理系统的研究与实现 ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ 目录 第一章 引 言 3‎ 1．1 课题实施背景 3‎ 1．2 目标与内容 3‎ 第二章 系统体系结构与可行性分析 4‎ 2．1 若干术语 4‎ 2．2 系统设计目标 5‎ 2．4 系统功能设计 6‎ 2．4．1实时数据局域网设计 6‎ 2．4．2源文件解析 6‎ 2．4．4数据统计及用户图形界面编辑 6‎ 2．5 系统可行性分析 7‎ 2．5．1技术可行性 7‎ 2．5．2 系统运行环境 7‎ 2．5．3 设备及分布 8‎ 第三章 实时数据计算机局域网的设计 8‎ 3．1实时数据传输方式 8‎ 3．2网络方案设计分析 8‎ 3．2．1网络设计原则 8‎ 3．2．2分析与选择 9‎ ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ 第一章 引 言 ‎1．1 课题实施背景 在我国，许多与国民生活息息相关的大中型企业都有着一个共同特点：工业生产现场与企业行政管理办公地点相分离，距离短者一条走廊，长者一二公里甚至十几公里，如电厂、石化企业、煤气公司、钢铁冶金企业等。若干年前，这种情况似乎不会给企业带来任何麻烦。但是随着现代市场经济的发展，企业间的竞争日益激烈，这就迫使企业的决策者在实施管理行为时要做到有据可依，综合分析，科学决策。这里所说的“据”即包括市场信息又包括本企业的生产信息。‎ 对于如何获取生产现场的实时信息，有许多方法和技术手段。在大多数这类企业中，目前已经引进的生产设备大都具有自动控制技术与计算机技术相结合的控制与监视的功能。也就是说，在安装有生产设备的现场，一线的工作人员可以实时地获得生产数据，只是这些宝贵的信息必须要通过一定的中间载体才能够最终到达管理层。而且需要指出的是，当前决策者所需要的生产数据决不只是原始的未经任何处理的数据的简单罗列，而是经过筛选、计算、综合分析之后得出的技术数据。虽然目前常用到的报表、传真、电话等几种方式也可以将生产数据传输至管理层，达到一定的组织生产，科学决策的目的，但效果却总是不尽如人意的。这是因为：‎ ‎（1）报表虽然具有一定的统计功能，但是却有一定的时延性。月报可以提供一个月内的统计生产数据，每月产生一次；年报可以提供一年内的统计生产数据，每年产生一次；日报虽然每日产生一次，但二十四小时的时间间隔对于现代高速度的运营体制来说也是不可忍受的。‎ ‎（2）利用传真机的好处在于能够实时地获得数据。但是很显然，这种途径获得的数据不可能是经过用户需要的综合分析的数据；另一方面，任何企业也不可能为所有需要监视实时数据的人员配备传真机。‎ ‎（3）电话虽然是一种灵活的方式，但谁也无法保证它的真实性，另外如传真方式一样，它也难于向用户提供统计功能。‎ ‎ 因此，如何以符合实际应用需求的手段获取实时数据，并提供有益于生产决策的信息，成为一个有待研究的课题。‎ 课题“通用电力企业实时数据管理系统的研究与实现”正是在长期从事电力企业实时数据科研工作的基础上，根据目前电力企业的客观实际而提出的。‎ ‎1．2 目标与内容 ‎ ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ 通用电力企业实时数据管理系统是电力部门在生产实际中重要的应用系统之一，在电力生产运行中起着举足轻重的作用。它的研究与实施将改变电厂运行的现有状况，提高生产效率，为现代化的电力企业生产和管理提供有力的保障。为此，经过对多个典型企业的实地调研和状况分析，得出了通用电力企业实时数据管理系统的主要内容：‎ ‎（1）对实时监测系统的基本要求是能及时反映实时数据的变化(10-50秒内)；‎ ‎（2）显示现场接线示意图；‎ ‎（3）重要历史数据的存储及重现；‎ ‎（4）越限报警机制；‎ ‎（5）数据的统计、分析等。‎ 这就要求在研究过程中考虑以下几方面的问题：‎ 一是如何实现很短时间内大量的实时数据传输；二是对于这样大量的实时数据，采用什么方式存储，使之既有利于保证数据的安全性和完整性又有利于数据的发现和挖掘；三是不同的发电机组的外围自动控制系统大相径庭，提供数据的方式也不同，如何根据不同的数据表示方式得到最终的实时数据；最后，功能强大的用户模块也是本系统的一个组成部分。‎ 电力企业的实时系统与其他普通的系统之间的最大的不同之处就是要满足处理与时间的关系。在实时处理中，系统的正确性不仅仅依赖于处理的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间[1]。对于实时系统来说最重要的要求是必须有在一个事先定义好的时间限制内，对外部或内部的事件进行响应和处理的能力。‎ 通用电厂实时数据管理系统不是一般意义上的实时系统，它对事务实时性的要求不是很高，重点在于对实时数据、历史数据的获取、存储和统计。整个系统在实时性方面只要满足以下两点即可：‎ ‎（1）系统应该有在事先定义的时间范围内识别和处理实时数据源的能力。‎ ‎（2）系统能够处理和存储应用系统所需要的大量的数据。‎ 对它的要求是既灵活又全面，既有针对性又有代表性。 使系统具有如下特性：‎ ‎（1）安全性能好；‎ ‎（2）网络拓扑及连接设计应满足实时性要求；‎ ‎（3）能适应于国内主要的机组数据采集系统； ‎ ‎（4）历史数据存取自如；‎ ‎（5）多平台移植；‎ ‎（6）支持多网络协议； ‎ ‎（7）远程用户支持； ‎ ‎（8）客户端免维护； ‎ ‎（9）客户端软件全自动更新升级。‎ 上述系统的设计与实现，必将是一个既艰难又充满创新的过程。通过此次课题的研究 ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ 与设计，将实现以下目的：‎ ‎（1）运用面向对象的设计思想，保证系统软件的重载性。‎ ‎（2）通过分析比较局域网技术，与电力企业实际相结合，确定适用于实时数据传输计算机网络拓扑结构既相关设计。‎ ‎（3）研究分析各类数据源文件，设计完成通用文件解释器。‎ ‎（4）研究和探索实时数据数据库技术。‎ 第二章 系统体系结构与可行性分析 为了完成课题目标，本章首先提出了系统的体系结构。从体系结构中可以看出，要完成课题设计必须涉及到计算机网络、数据库技术、图形图像学等多方面知识，十分复杂。究竟是否可行？本章也将在将系统进行模块化划分的基础上，就本系统的可行性进行多方面的分析。‎ ‎2．1 若干术语 ‎（1）参数 ‎ 在电厂中，为了了解机器运行状况，通常要检查一些重要的数据，例如发电机有功功率、发电机转速、磨煤机出力等。根据它们的数值就可以判断机器是否运行正常。这些单独或组合起来就能反映出机器运行状况的重要数据称为参数。通常，一个发电机组的参数有几百甚至数千个。‎ ‎（2）点号 ‎ 每一个参数在电厂中有一个唯一标识，通常是英文字母与数字的组合，称为点号。例如，某电厂发电机有功功率的点号是GT017NE。‎ ‎（3）点名 点名又称汉点名，是我国电力企业中为体现参数的意义而设定的参数名称。例如凝汽器出口温度、循环水压力、发电机有功功率等。一般情况下，点号与点名是决定与依赖的关系，即点号唯一确定点名。‎ ‎（4）实时数据 在短时间内不断产生的，能反映一定实际情况的一组数据。‎ ‎2．2 系统设计目标 ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ 总体来说，通用电力企业实时数据管理系统是为了解决大型电力企业将生产实时数据引入管理网，为生产和企业决策服务的。它所完成的功能包括：设计完成适合于实时数据传输的局域网构架和网络通信协议；解读多种实时数据源文件，争取实现通用的文件解析器；实现实时数据和大量的历史数据的存储；设计灵活的用户界面，为用户提供图形、数字、图表等多种形式的统计分析数据。‎ 当然，在设计完成以上功能的过程中，一定要结合系统的特性，以达到功能与特点的完整统一。因此，通用电力企业实时数据管理系统要达到以下目标：‎ ‎（1）建立实时数据计算机网络。用于传输实时数据的局域网与一般局域网不同，实时计算机网络的用户不仅关心数据传输过程中的安全性和可靠性，更关心传输速度、实时性、网络吞吐量、网络通信系统是否符合国际规范和标准、是否具有开放性、可互连性、可互操作性和可扩充性以及网络中的通道瓶颈问题，因此设计和实现用于实时数据通信的网络也成为了课题的重点。‎ ‎（2）为了使系统达到一定的可重用性，即在不同的环境发挥不同的作用，在生产数据的种类、数量不断变化的情况下，系统仍保持可用，数据接收部分应兼容多种源数据格式，‎ 例如，二进制文件，html格式文件等。‎ ‎（3）不同的电力企业应用的操作系统不同，也会引起网络通信协议的多样性，所以本系统在进行网络间数据传输时应做到多平台的移植性。‎ ‎（4）对于大量的实时数据的存储，要做到既简化时间上的复杂度又尽量节省存储空间。在现有条件下，大容量的存储空间越来越不成为人们要考虑的重要问题，但是一旦问题涉及到实时数据的存储，情况就不一样了。在实地调研中，一个电力企业一天的数据量往往是几百万条，而每条数据又要占用几十字节。在这样的数量级下，提供足够的存储空间就不那么轻松了。‎ ‎（5）检索、统计、计算数据，以数字、图形等多种方式显示即时、历史数据，并允许用户自维护。这就要求系统中一要嵌入通用图形编辑器，二要采用科学的算法，在浩大的数据海洋中，自由存取数据。‎ ‎2．3 系统体系结构设计 为了实现上一节所制定的系统目标，也为了减少系统实现的复杂度，同时考虑到软件的可重用性和面向对象的程序设计思想，将系统体系结构规定为：一个网络＋3个层次，如图2.1所示。‎ 其中，现场电信号与现场工作站之间的数据传输方式由于各电力企业发电机组不同而各异。而对于本系统而言，这种差异是透明的，即本系统只讨论工作站以上的各个环节，无需关心原始的电信号是如何形成对应的数据文件的。‎ 数据文件将通过实时计算机网络，以一定的数据传输协议到达源文件解析层。‎ 源文件解析层的任务就是将数据源文件按照其格式规范，转换成相应的参数数值，再由实时数据存储层将它们存储，以供其上层检索、统计等。‎ ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ ‎2．4 系统功能设计 系统分为实时局域网设计与构架、源文件解析、实时数据存储、数据统计分析及数字图形编辑等四个功能设计部分，‎ ‎2．4．1实时数据局域网设计 ‎ 此部分是本系统运行的网络基础。它向系统提供最高性价比的局域网方案，保证实时数据的可靠、高速传输。‎ ‎2．4．2源文件解析 由于记录实时数据的源文件有多种类型，所以本项功能的任务是屏蔽这些差异，将各种类型的文件都转换为相应的参数数值，传递给实时数据存储模块，使之不必关心文件的类型，即文件类型对实时数据存储模块是透明的。‎ ‎2．4．3数据存储 由于实时数据和历史数据的数据量很大，而处理时间又是有限的（最长不超过40秒），决定了存储模块所要完成的功能是在尽量短的时间内完成大量数据的存储。‎ 经过多种方案的研究和比较，本系统采用关系数据库产品来存储数据。有两方面的问题将在这一模块中解决。一方面，关系数据库中使用索引表来实现对表索引项的维护，所以在进行数据更新时，数据库系统必将更新索引表，这将耗费掉本已很少的处理时间的一部分，影响对数据的存储；另一方面，建立索引是进行数据统计、分析的必然要求，否则欲在几百万乃至上千万条记录中挖掘数据是不可想象的。可见，索引又是必不可少的。两方面的矛盾如何解决，是本模块的重要研究内容。‎ ‎2．4．4数据统计及用户图形界面编辑 这一功能直接面向用户。为了满足不同用户的需求，在图形界面中，嵌入了“通用图形编辑器”，使用户能够自行绘制系统图，并在图中相应的位置上编辑参数，达到用户端的自动更新升级。‎ 另外，本模块还包括报表制作、曲线图、饼图、柱图、报警数据记录等辅助决策功能。‎ ‎2．5 系统可行性分析 总体来说，本系统的功能十分强大，涉及到计算机网络技术、计算机系统技术、工业控制技术、计算机图形图像学、数据库技术等诸多方面，无论在时间还是空间上，复杂度都 ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ 很高。制定这样的课题是否可行呢？‎ 下面从各项技术、系统运行环境及系统设备及分布等方面进行可行性分析。‎ ‎2．5．1技术可行性 在着手设计和实施本系统之前，根据对多家单位进行的具有普遍意义的调查，得出如下结论：在原有的生产网络不作改动的前提下，已引进的用于现场实时数据监视的计算机网络可以提供数据源文件，即使不能提供数据文件，原现场数据监视系统的软件提供商也可以添加此项功能。这就是实时数据引入管理网成为可能。‎ 参数引入过程中的核心问题是参数的筛选和归类。电厂中电气、汽机、锅炉等专业人员根据多年工作经验可以完成此项工作。而且本系统的实施必将提高日常工作效率，简化繁琐的手工数据处理程序，所以得到了各类工作人员的支持，为系统的顺利实施提供了人力合作方面的可行性。‎ 另外，在技术方面，网络技术的发展日新月异，数据传输速度也不断提高，而数据库技术也在更新，内存数据库、实时数据库等技术的出现使大量数据的存储方案有了新的选择。通用图形编辑器的设计和实现也是本系统的一个难点。它要求开发者有较为宽广的知识面和较强的抽象思维能力，对面向对象的程序设计有较深刻的认识和掌握，同时具备较强的编程能力。Visual C++ 内含的MFC不仅提供了许多常用的类，而且它还是完全面向对象的，允许开发者自定义新类，完全能够满足开发通用软件的基本要求[2]。更值得提出的是，在过去的几年中，已有人专门从事了通用图形编辑器的研究，并完成了设计，使它对于本系统而言只是一个组件，简化了用户界面部分的设计。‎ 最后，为了更快、更好地获取实时信息，为管理决策服务，越来越多的电力企业要求将实时数据引入管理网。本系统的经济收益也是可观的。‎ 为此，开发一种应用于大中型电力企业的通用电力企业实时数据管理系统是可行的。‎ ‎2．5．2 系统运行环境 ‎（1）操作系统 现场工作站：支持TCP/IP协议簇的各操作系统；‎ 存储实时数据的数据服务器：WINDOWS NT 4.0 或 WINDOWS 2000；‎ 客户端：WINDOWS 95／98／ME／NT／2000；‎ ‎（2）数据库 支持ODBC的大型关系数据库产品（如SYBASE，ORACLE，MS SQL SERVER，INFORMIX）。‎ ‎（3）其它支撑软件 ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ ‎ Microsoft visual studio 6.0，crystal report 8。‎ ‎2．5．3 设备及分布 整个网络环境由现场自动化工业控制网、实时局域网、管理网和其它网络4部分组成。‎ ‎（1）现场自动化工业控制网 是在引进机组的同时配套安装的用于现场实时监控的控制网络。发电机的运行参数被采集到后，通过大型工控机端子排输出到现场自动化网络中，保证了可以得到机组各参数值的数据文件。‎ ‎（2）实时数据局域网 由若干交换机，至少一台实时数据服务器和光纤组成。有的情况下还配有负责发送实时数据源文件的工作站。其中，服务器不仅要完成文件的解析，还要实现实时数据的存储。‎ ‎（3）管理网 由若干HUB、多台客户机组成。客户机上运行本系统的客户端软件，实现对现场数据 的实时动态监视和趋势、决策分析。‎ ‎（4）其它网络 可以将系统通过PSTN、ISDN、DDN、ADSL或卫星信道等连入其他网络，甚至连入Internet。‎ 第三章 实时数据计算机局域网的设计 本系统网络设计部分是实时数据传输的典型应用，它的重点在于快速和可靠，并考虑到一定的实时性。以下将从实时数据的特征出发，通过对多种网络设计方案的分析和比较，最终找到适合于电力企业实时数据传输的网络拓扑结构及传输技术。‎ ‎3．1实时数据传输方式 一般情况下，微机具有两个串行口，一个并行口。这三个接口都具备与外界通信的能力。为了实现双机或多机的数据通信，开发者常利用这几个接口之一，用数据线将两台或多台计算机连接起来。基于串口或并口编程，完成通信任务。这种方法过去应用很多；当前，这种通信方法由于其费用低廉、安装简便，仍有相当多的开发人员采用。然而，串行通信或并行口通信有其致命弱点。‎ ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ ‎3．2网络方案设计分析 要进行网络方案的设计，首先明确本系统的特点是实时性和数据形式的多样性，网络的设计应以此为原则。其次，对多种局域网技术分析比较，结合各自特点，选择适合的技术。‎ ‎3．2．1网络设计原则 在进行网络设计时主要考虑以下原则：‎ ‎（1）传输速率高，实时性能好；‎ ‎（2）网络吞吐量大；‎ ‎（3）良好的可靠性和安全性；‎ ‎（4）网络通信系统应符合国际规范和标准，具有开放性；‎ ‎（5）可互连性、可互操作性和可扩充性；‎ ‎（6）网络中尽量避免出现通道瓶颈。‎ ‎3．2．2分析与选择 ‎ （1）Ethernet(以太)网 ‎ 该网络采用IEEE802.3协议，即带冲突检测的载波侦听多路访问控制协议(CSMA/CD)，传输速率为10Mbps。由于此协议为总线竞争型协议，即当网段上任两节点间通信时其他节点处于等待状态，当网络节点数较多时性能有明显下降，无法适应高速网络通信需求。此技术已十分成熟且形成了工业标准，加之成本低，一般作为大型系统的末端网和小型局域网络的组网技术。常用标准有：粗同轴电缆Ethernet 10BASE5，细同轴电缆Ethernet 10BASE2，双绞线Ethernet 10BASE-T。‎ ‎（2）ARCNET网络 该网络是一个基带令牌传递网络系统，提供星型和总线型拓扑，使用令牌总线访问方法，传输速率是2.5Mbps。其优点是：成本低，可靠性也较高。但由于其吞吐量太低，应用已经很少，不过是对于那些希望以最小的代价进行简易安装的用户的一种选择。‎ ‎（3）Token Ring网络 该网络是IBM基于IEEE802.5标准的一个令牌环网，能以4Mbps或16Mbps的速率工作。Token Ring使用一个令牌传递方案，提供高可靠性和恒定的吞吐量，但价格昂贵。80年代中期，它在局域网市场上曾处于主导地位，但80年代末以太网10BASE-T标准被正式采用后，其市场被10BASE-T逐渐占领。‎ ‎[键入文字]‎‎1‎‎[键入文字]‎ ‎（4）10Mbps交换式以太网 交换式以太网是以常规以太网10BASE-T为基础的。它为每个结点提供专用的以太网连接，为该段保证专有的10Mbps性能。交换以太网具有以下几个优点：第一它在保留现有以太网适配卡不变的情况下提高网络功能，其次交换以太网通过使用交换器把LAN分成更小的LAN改进性能。该技术的缺点是它相对于普通以太网的改造是有限的，10Mbps的数据传输速率，这对某些应用可能不够快。‎ ‎（5）ATM 异步传输模式（ATM）是一种新型信元交换技术，它是在90年代以后才兴起的热门技术，由ITU（国际电信联盟）制订了标准。可以广泛用于WAN连接、LAN骨干网和桌面连接。它的优势在于它提供的带宽很大，从52Mbps到622Mbps有多种方案，ATM对交互式多媒体等需要较大带宽的应用很有竞争力。但是目前，在大多数LAN环境下，ATM设备价格昂贵、安装复杂，已经很少采用。‎ ‎（6）快速以太网100BASE-T 同传统的10BASE-T以太网一样，快速以太网100BASE-T采用了类似的以太网标准，‎ 只是它的传输速度更快，达到100Mbps。快速以太网采用的是IEEE802.3u标准。快速以太网技术在90年代出现，并迅速发展成熟，94年形成工业标准，1995年底，网络界主要厂商都推出了自己的100BASE-T产品。快速以太网是一个新兴的、优秀的网络。它的优势在于:提供100Mbps速度；完善的技术标准；兼容10BASE-T以太网，网络升级容易；拥有众多厂家共同支持，有长期保障。它还有三种不同的网络层标准，即100BASE-TX，100BASE-FX，100BASE-T4。‎ ‎（7）千兆以太网（吉比以太网）‎ ‎1996年夏季，千兆以太网的产品上市了，证明了能达到Gbps量级速率的不仅有ATM网。1998年，IEEE通过了关于千兆以太网的标准802.3z。仍然使用CSMA/CD，并与现有的以太网兼容。所以它的优势在于能很方便地将FDDI，100BASE-T升级；提供了两种物理层标准——1000BASE-X，1000BASE-T。缺点是为了实现CSMA/CD的冲突检测，最小帧长的长度大幅度增加，当帧长小于此数据时要填充大量的多余字节，造成浪费。为了解决这个问题，又引入了比较复杂的技术。‎ ‎（8）无线局域网 随着移动通信技术的飞速发展，原本发展很慢的无限局域网也开始进入市场，IEEE也为它制定了标准——802.11[3]。它的优势在于可提供移动接入的功能；减少了网络布线的难度；对一些无法布线的地点尤其具有诱惑力。但是传输费用和无线收发设备的价格目前依然居高不下，通信质量和安全性也没有竞争力。‎ 操作要求：‎ 1、 为文档的各级标题设置相应的标题级别及样式 2、 创建目录。目录与正文之间要分页。目录页不要有页码，页眉部分为“目录”，居中对齐。‎ 3、 为正文部分插入页码，从1开始编码，格式居中对齐。正文部分的页眉奇数页为“毕业论文”左对齐，偶数页为“作者：某某某”，右对齐。‎ 4、 为文档加封面，封面加页边框，样式任意。用艺术字设置封面文字“通用电力企业实时数据管理系统的研究与实现”‎ 5、 要求文档编辑后要美观、大方、布局合理