摘 要：本文介紹了在不改變原有工業(yè)網(wǎng)絡的情況下，實現(xiàn)從工業(yè)網(wǎng)到以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸與發(fā)布的解決方案。該方案使得工業(yè)網(wǎng)中的實時數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)揭慌_專用服務器的數(shù)據(jù)庫中，并通過這臺服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整理、分析和在以太網(wǎng)上發(fā)布。 關(guān)鍵詞：工業(yè)網(wǎng)、以太網(wǎng)、串口通訊、COM、SQL Server、IIS Abstract: This paper introduces the solution of industry data’s transmission and publishing from industry network to Ethernet, in case of not changing the original industry network. This scheme makes the real-time data in industry networks can be transmitted in the database of a special-purpose server, and realizes arrangement, analysis and web publishing through this server. Keywords: Industry Network, Ethernet, Serial Communication, COM, SQL Server, IIS 1. 引言 　　南京自來水公司浦口水廠自動控制系統(tǒng)底層部分是由奧地利ELIN公司的ELIN-PLC構(gòu)成，共有五個站點，由ELIN-BUS專用總線聯(lián)網(wǎng)，上位機實現(xiàn)監(jiān)控及系統(tǒng)配置，操作系統(tǒng)為MS-DOS。由于該自動控制系統(tǒng)由外方設計，限于當時的技術(shù)，其信息為系統(tǒng)專用，不能與廠級局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）實現(xiàn)信息共享，無法實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的遠程訪問，對生產(chǎn)、指揮和調(diào)度帶來不便。 　　雖然現(xiàn)在一些工控設備已出現(xiàn)以太網(wǎng)接口，但是對已經(jīng)建立了完整專用工業(yè)網(wǎng)絡的工業(yè)企業(yè)來說，特別是當這些工業(yè)網(wǎng)還運行在DOS平臺上，更新設備的軟硬件成本高昂。本設計針對南京自來水公司浦口水廠自動控制系統(tǒng)，在不改變原有工業(yè)網(wǎng)絡的情況下，將建立在DOS平臺上的專用工業(yè)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)上發(fā)布。 2. 系統(tǒng)設計 　　2.1.　設計目標和要求 　?。?） 設計目標：數(shù)據(jù)從DOS工作站（上位機）傳輸?shù)絅T服務器，存入數(shù)據(jù)庫;數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)自動維護;將數(shù)據(jù)發(fā)布在Web頁面上。 　?。?） 實時性：NT服務器能夠及時獲取工業(yè)數(shù)據(jù)，并能及時在Web上發(fā)布。 　?。?） 容錯性：在數(shù)據(jù)傳輸中能夠及時發(fā)現(xiàn)并丟棄錯誤的數(shù)據(jù)。 　?。?） 穩(wěn)定性：在ELIN-BUS網(wǎng)絡上的DOS工作站能夠及時準確地提供數(shù)據(jù)，并保證其原有數(shù)據(jù)監(jiān)控功能不受影響。NT服務器端系統(tǒng)能長時間（72小時）連續(xù)正常工作。 　　（5） 數(shù)據(jù)存儲查詢：數(shù)據(jù)庫存儲一年內(nèi)每天的詳細數(shù)據(jù)，永久存儲每日平均數(shù)據(jù)。能夠繪出任意時間段任意一項工業(yè)數(shù)據(jù)的變化曲線圖。 　　2.2.　系統(tǒng)構(gòu)架 　　工業(yè)設備通過ELIN-BUS網(wǎng)絡將工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻OS監(jiān)控工作站，由于ELIN-BUS網(wǎng)絡與以太網(wǎng)完全不兼容，為了實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)通訊，使用串口線連接ELIN-BUS網(wǎng)絡中的一臺DOS工作站和以太網(wǎng)中的一臺NT服務器，再通過NT服務器將數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)上共享。 [align=center] 圖2.1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　2.3.　DOS工作站端設計 　　在DOS工作站中植入一套數(shù)據(jù)發(fā)送程序，工作站啟動后，該程序駐留內(nèi)存。廠方原有組態(tài)軟件沒有對外數(shù)據(jù)接口，所以在組態(tài)軟件設計中，定時切換至數(shù)據(jù)屏幕，并調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送程序。數(shù)據(jù)發(fā)送程序讀取DOS的屏幕顯示緩沖區(qū)，發(fā)送一頁屏幕數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)約每兩分鐘發(fā)送一次。 　　2.4.　NT服務器端設計 　　NT服務器端建立一套程序，其功能為：數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)分析存儲、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)查詢、Web瀏覽、輔助工具。 　　數(shù)據(jù)從串口讀入，存入Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫。程序通過ADO（Microsoft ActiveX Data Object）連接ODBC（Open Database Connectivity）訪問SQL數(shù)據(jù)庫。每日凌晨，程序自動對前一天的數(shù)據(jù)進行維護，刪除過期數(shù)據(jù)。 　　服務器使用IIS（Internet Information Service）提供Web服務，在ASP（Active Server Page）中訪問數(shù)據(jù)庫，并通過圖表組件，使用戶可以在網(wǎng)頁上瀏覽到數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)圖表。 　　NT服務器端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三部分：數(shù)據(jù)庫層，包括數(shù)據(jù)庫（SQL Server）和數(shù)據(jù)訪問組件（ODBC、ADO）;中間層，由若干個COM對象組成，包括數(shù)據(jù)庫訪問對象、串口通訊對象和圖表控件。應用層，包括數(shù)據(jù)接收程序界面和Web應用程序。應用層通過捆綁中間層組件來實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能。 3. 數(shù)據(jù)定義與傳輸 　　3.1.　數(shù)據(jù)定義 　　數(shù)據(jù)傳輸格式定義：采用文本的形式傳輸數(shù)據(jù)。每頁數(shù)據(jù)分為25行，每行80個字符，每頁中的數(shù)據(jù)項按一定次序排列，目前包括了174項數(shù)據(jù)。 [align=center] 表3.1　每頁數(shù)據(jù)示例[/align] 　　每個字符由兩個字節(jié)組成，第一個字節(jié)表示字符的ASCII碼，第二個字節(jié)表示屏幕中字符的顏色，表示數(shù)據(jù)狀態(tài)，包括正常、警報、錯誤、運行、停止等。每頁長度為8000字節(jié)。 　　3.2.　數(shù)據(jù)傳輸與校驗 　　串口傳輸?shù)谋忍芈?9200bps，1位奇校驗，無停止位。傳輸一頁數(shù)據(jù)耗時8000×（1+8）/ 19200 = 3.75秒，遠小于數(shù)據(jù)兩分鐘傳輸一次的間隔。 　　在數(shù)據(jù)傳輸時，遇到以下情況之一，認為數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯誤，拋棄數(shù)據(jù)頁。 　　（1） 寄校驗發(fā)現(xiàn)錯誤。 　　（2） 數(shù)據(jù)傳輸空閑15秒，但是一頁數(shù)據(jù)尚未傳輸完畢。 　?。?） 一頁數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵行與設定值不符。關(guān)鍵行是數(shù)據(jù)頁中相對固定的部分。下表中，下劃線部分為關(guān)鍵行。 [align=center] 表3.2　原始數(shù)表中的關(guān)鍵行[/align] 　　以上三個步驟雖然不能檢測出所有的錯誤，但能檢測出絕大多數(shù)錯誤?，F(xiàn)場運行表明，每天發(fā)生錯誤的頁數(shù)大約是一至兩頁。 4. 數(shù)據(jù)庫設計 　　4.1.　表的定義 　?。?） 工業(yè)數(shù)據(jù)表定義 　　工業(yè)數(shù)據(jù)表有兩類。一類記錄了兩分鐘一次的每天的詳細數(shù)據(jù)。另一類記錄了每天的平均數(shù)據(jù)。兩類表的結(jié)構(gòu)是相同的。每天的詳細數(shù)據(jù)存儲在不同的表上，其表名為“Dyyyymmdd”，其中“yyyy”表示四位年份，“mm”表示兩位月份，“dd”表示兩位日期。每日平均數(shù)據(jù)記錄在同一個表“DailyData”中。 [align=center] 表4.1　數(shù)據(jù)表字段定義[/align] 　　由于在每頁中的數(shù)據(jù)可以按行和列來定位（行：數(shù)據(jù)在該頁中的行號;列：左邊第一項數(shù)據(jù)為第0列，第二項數(shù)據(jù)為第1列，依此類推），數(shù)據(jù)字段命名為“AXXYY”，表示的是第“XX”列第“YY”行的數(shù)據(jù)。從“A0003”到“A1522”共320個數(shù)據(jù)，即在數(shù)據(jù)表中建立320個字段，目前僅使用其中的174個，以允許用戶在DOS端組態(tài)軟件中對數(shù)據(jù)項進行擴充。 　?。?） 輔助表的定義 　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中除了兩類數(shù)據(jù)表之外，還需要一個輔助表來記錄一些輔助數(shù)據(jù)。 [align=center] 表4.2　輔助表子段定義[/align] 　　字段“TableName”的含義如下表： [align=center] 表4.3　字段TableName含義表[/align] 　　4.2.　索引 　　索引是簡單而有效的加快查詢的方法。但是索引的建立會占用一定的存儲空間，在插入刪除數(shù)據(jù)時也會增加開銷。所以索引不宜過多。數(shù)據(jù)表中使用了兩個索引。一個是主鍵ID上的主鍵索引，主鍵決定了數(shù)據(jù)在磁盤上的排列順序，一般沒有實質(zhì)性的意義，但能夠加快檢索速度。由于時間經(jīng)常被作為查詢條件，所以在字段RecordTime上建立另一個索引，加速查詢。 　　4.3.　數(shù)據(jù)庫登錄與權(quán)限 　　本系統(tǒng)為數(shù)據(jù)庫訪問設置了兩個登錄帳戶：完全訪問帳戶和只讀訪問帳戶。 　　完全訪問帳戶隸屬于db_owner，具有數(shù)據(jù)庫的完全訪問權(quán)限。該帳戶用于服務器端的數(shù)據(jù)錄入、整理和查詢。該帳戶可以設置為SQL Server登錄或Windows NT登錄驗證。使用Windows NT登陸驗證時，Windows登錄用戶必須在SQL Server中擁有db_owner身份，一般是Administrator或Administrators組成員。 　　只讀訪問帳戶隸屬于public，用于Web用戶查詢數(shù)據(jù)，用戶不能更改數(shù)據(jù)庫。該帳戶一般設置為SQL Server登錄驗證。 　　4.4.　數(shù)據(jù)庫容量估算 　　詳細數(shù)據(jù)每年新增記錄數(shù)：（24×60）/ 2 × 365 = 262800; 　　假定系統(tǒng)使用時間不超過十年，則十年的每日平均數(shù)據(jù)紀錄數(shù)為：10×365 = 3650; 　　每條記錄占用字節(jié)數(shù)（各字段長度總和）：4 + 8 + 320×8 = 2560B（SQL 2000中每條記錄的長度不超過8KB）; 　　數(shù)據(jù)庫大約需要硬盤空間：2560 ×（262800 + 3650）= 682112000 ≈ 650MB。 　　通過估算，數(shù)據(jù)存儲大約需要650MB的容量，加上輔助表空間、索引空間、日志空間、數(shù)據(jù)庫的必要冗余空間、則至少為數(shù)據(jù)庫留有2～3GB的磁盤空間。 5. 軟件實現(xiàn) 　　5.1.　對象和控件 　　對象和控件位于NT服務器端系統(tǒng)的中間層。主要需要建立兩個對象和一個控件： 　?。?） 數(shù)據(jù)接收對象：負責串口數(shù)據(jù)接收模塊。 [align=center] 圖5.1　數(shù)據(jù)接收對象程序流程圖[/align] 　　（2） 數(shù)據(jù)庫訪問對象：負責數(shù)據(jù)分析、存儲和整理模塊和數(shù)據(jù)項的說明。 [align=center] 圖5.2　數(shù)據(jù)訪問對象程序流程圖[/align] 　?。?） 圖表控件：在應用程序或在網(wǎng)頁中繪制折線圖。 　　5.2.　接口設計 　　系統(tǒng)接口包括：數(shù)據(jù)接收對象接口、數(shù)據(jù)訪問對象接口、圖表控件接口。 [align=center] 圖5.3　系統(tǒng)接口設計­­­[/align] 　　5.3.　應用程序結(jié)構(gòu) 　　服務器端的應用程序功能主要有以下模塊：原始數(shù)據(jù)頁的顯示、數(shù)據(jù)查詢、運行控制（包括數(shù)據(jù)接收控制和數(shù)據(jù)庫連接控制）和參數(shù)設置（包括數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸對象屬性設置和數(shù)據(jù)訪問對象的屬性設置）。應用程序的主要功能幾乎完全由組件提供。 　　5.4.　Web應用程序設計 　　在NT服務器中啟動IIS服務，建立一個Web站點，在該站點下建立數(shù)據(jù)查詢頁default.asp。數(shù)據(jù)查詢頁面需要以下參數(shù)： [align=center] 表5.1　查詢頁面參數(shù)[/align] 　　輸出數(shù)據(jù)：在頁面上顯示查詢結(jié)果，包括數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)折線圖。 [align=center] 圖5.4　查詢頁程序流程圖[/align] 6. 項目總結(jié) 　　本設計采用了一個串口連接，連接了一臺DOS工作站和一臺NT服務器，從而實現(xiàn)了從ELIN-BUS網(wǎng)絡到以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。在NT服務器上建立數(shù)據(jù)庫，程序自動對數(shù)據(jù)進行分析整理，并在Web上發(fā)布數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O計中，對于不同的工業(yè)網(wǎng)結(jié)點可以采用不同的數(shù)據(jù)采集發(fā)送方式，這里采用了文本傳輸方式，雖然降低了數(shù)據(jù)傳輸效率，但是有利于數(shù)據(jù)項的擴展。 參考文獻 　　[1] 《SQL Server開發(fā)指南》：（美）Ash Rofail、（美）Paul R. 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