实时数据采集与处理系统设计研究论文

【摘要】本文根据以往工作经验，对智能控制系统中下实时数据采集与处理系统的设计方法进行总结，并从数据模块、信号采集模块、曲线显示模块、通信控制模块、报警处理模块五方面，论述了实时数据采集与处理系统功能模块的实现。

【关键词】智能控制系统；实时数据；处理系统设计

1开发平台和数据库的选型

1.1数据库的选择

整体来看，可以选择的数据库应该具备以下几种特征：①容量充足。数据库的主要功能便是对信息进行存储，人们可以根据系统的具体要求，对数据库进行有效选择。②足够的安全。数据信息具有很高的价值，安全存储过程显得十分重要。换句话说，在数据存储过程中应避免信息被他人改动，如未经授权擅自登录等，避免出现硬件故障。③多用户环境。为了促使信息更具有实用性，设计人员需要保证不同的安全等级用户均能对需求信息进行访问。

1.2数据库前段开发工具的选取

在具体的系统开发过程中，人们对程序设计的要求较低。例如，Boland公司开发出来的Builder系统具有较强的稳定性和安全性，为后期维护工作的开展提供了基础条件。①用户可以利用C++来提供可靠的IDE，从而帮助整个应用程序完成设计，并不需要在借助于其他工具。站在开发角度来说，数据库一直是Builder系统的最大优势，由于强大的数据库功能支持，促使整体应用程序变得简单易懂。②由于C++数据库的存在，再加上ADO技术的配合，很多远程和本地数据库均能实现连接，这也是数据库前段开发过程中必备前提条件[1]。

2实时数据采集与处理系统的关键技术

2.1面向对象的数据库访问技术

在该项技术之中，ADO技术具有十分重要的作用，由于ADO技术的深入应用，数据库应用程序开发也出现了很多新的接口，ADO可以提供很多新的数据存取技术，利用不同形式对关系数据库进行访问。除此之外，ADO技术具有强大的远程服务特性，为各种应用程序的实现提供有利条件。相比之下，ADO具备很多传统数据库访问形式不具备的优势，如可以对各种对象进行独立创建、批量更新等，为数据库访问的自由线程提供建设指标。

2.2多文档界面技术

多文档界面技术简称MDI，该系统在使用过程中主要属于文档界面应用程序，通过窗体控制来对其他窗体进行访问。MDI由于自身的独特结构，可以实现多个窗口的统一管理，有利于系统在不同功能之间进行切换。而且，C++Builder为整个系统提供了可视化窗口的继承功能。另外，MDI的主窗体在构成让具备很多其他结构属性，如FormStyle属性等，但在工程建设之中，每个工程只存在一个MDI主窗体，而属性也几乎相同，这与子窗体的动态创建规律十分相符[2]。

2.3公文包模式

公文包模式主要指在客户端管理过程中，促使其中的管理程序先与远程数据库相连接，之后在将数据库中的数据转移到前端。此时，在各种应用程序与后方数据断开连接之后，客户端中的各种程序运行任然不会受到影响。

2.4多线程技术

在智能控制系统应用过程中，人们对数据的实时性要求很高，为了将这种特定有效突显出来，Windows2000在研发过程中进行了有效创新，从而对多任务操作系统进行抢占，对处理器的运行时间进行合理划分，利用小的时间段促使小时间段发挥出作用，这其中还包括很多线程的重新分配，为整个系统的运行实施正确操作。在线程完全分配好之后，线程的执行过程也会暂停。此外，在多线程应用过程中，可进一步提升CPU的使用效率。而在应用程序使用上，可对相关参数进行采集和显示，从而对使用者的需求进行满足[3]。

3实施数据采集与处理系统的总体设计

3.1系统功能需求分析

在系统需求建设过程中，应该遵循以下标准：首先对用户的需求进行满足，这其中主要是对系统的功能进行维护和设定，从而对用户需求进行全面考虑。其次，对系统的可靠性进行分析。在系统设计过程中，可靠性设计是最基本的一项标准，用户对其关心程度也较高，一旦系统出现故障，将会导致整体控制过程出现混乱，后果不堪设想。再次，应保证系统设计具与较高的效率。而在功能设计过程中，整个系统应显示出较高的采集功能和显示功能，其中采集功能涉及到对温度、压力等数据的采集，而显示功能则涉及集中操作和监控管理，为各项数据的现实提供基础条件。

3.2系统功能结构设计

在智能控制系统中，实施数据采集与处理系统主要工作为历史数据存储、报警处理等工作，如图1所示。在客户端程序运行过程中，可以为用户界面建设提供基础，并通过服务器的请示数据对数据进行更新。首先，在数据采集完成之后，经过实时数据操作之后，从而实现数据库的进一步完善，在此过程中，便可以对历史数据和报警数据进行整合，将信息传递到客户端内。在具体信息功能规划好之后，便可以对流程图进行绘制。但在流程图描绘过程中，主要涉及到程序描绘和数据流向描绘等。在将所有数据结合好之后，便可完成数据处理程序的设计工作，系统的流程图如图2所示。

3.3数据库设计

数据库的设计主要与数据库的建立相关，整体来看，数据库服务具有很强的目的性，当特定的数据存储与数据相互结合之后，数据管理便可以进入到更高层次之中，这些管理措施的来源主要是文件管理系统。在该系统数据采集和处理上，主要以数据库为契机，来实现以下几方面功能：①对系统中重要数据进行保留，包括系统运行过程中统计参数和控制参数等。统计参数可以对系统的使用进行合理预测，而系统控制参数则包含着很多参数控制系统，对系统的全面控制起着重要作用。②作为系统运行过程中的数据存储工具，数据库在操作上可以让各个应用程序之间实现模块共享，为网络共享功能的实现提供基础条件[4]。

3.4后台数据库表设计

在后台数据库设计中，表设计主要有三个，即Login表、Realtimedata表、Warning表。具体应用时，Login表代表用户的密码登录级别，Realtimedata表代表的是实时数据，这其中还包括数据采集以及时间字段和备注字段，当出现实际数据传输与具体数据不符时，各种信息数据将会向Historydata表转移，这两中表格的结构基本相同，主要用于历史数据的存放，为数据查询提供便利条件。Warning表属于报警表，一旦数据出现异常情况，便会向主系统发出报警提示。三种表的具体结构如表1~3。

4实时数据采集与处理系统功能模块的实现

4.1数据模块

数据模块的设计与实现，主要是对访问组件进行集中性管理，从而进一步促使时间组件与数据模块相结合，最终让所有Form对数据模块进行共享，当数据表结构出现些许改动之后，只需要对数据表中的组件进行合理修改即可。整体来看，数据模块的实现具有以下优点：①可以将数据访问组件放置在数据模块之中，并不需要重复放置。②可以将一些字段的判断及编写在具体的事件函数之中，从而实现函数的有效共享。③由于数据模块的实现，很容易将字段判断程序从整体程序之中分离出来。④在数据表字段设计过程中，涉及到查询程序的设计，为了方便后续工作的开展，数据模块并不需要对每个Form进行分布设计。另外，为了实现集中管理，可以将具体的数据访问控件与数据管理结合在一起，封装在同一的DM上，最终实现生产数据的备份和还原。

4.2信号采集模块

在控制系统信号采集过程中，主要是为了对系统板卡采集功能进行建设，在经过简单的处理之后，人际界面会将这些数据充分显示出来，并计入到数据库之中，为后续监测工作的开展提供依据。信号采集模块主要是对现场监视参数进行监测和预处理，从而通过生产数据的采集，将压力、温度等指标数据进行根本性处理。例如，在锅炉温度控制过程中，数据采集模块的板卡型号为ICP7，此时可以利用信息采集模块，对参数及实际测量值进行输入。当信号采集模块得到充分利用之后，实测值和设定值之间的误差便会被突显出来，从而得到有效的控制转化，这样一来，锅炉的控制温度将会得到有效控制。

4.3曲线显示模块

在工业控制领域中，为了对被控制对象的'状态数据进行查看，往往需要对监测点数据的变化情况进行统计。在具体曲线显示模块功能实现过程中，应该对以下要求进行充分满足：①整个系统需要具备直观有效的数据显示。②在同一张图上，应该对多条曲线进行同时显示，为对比观察性观察提供方便。③可以根据具体需求，对常规性的时间间隔进行设计，促使曲线在描绘过程中更加光滑、连续。④在各点信息的动态采集过程中，应将个点位的监视数据完整的在图上进行显示[5]。

4.4报警处理模块

报警窗口的设备序列运行如果出现异常情况，很容易导致数据越限情况的发生。报警信息的异常情况主要包括时间异常、状态异常等。如果报警信息能够得到保存，后续也能得到精准入库。站在整个系统角度来说，很难对不同故障类型进行诊断，并发出报警信息。例如，在系统温度出现异常时，如果温度过高，温度值会偏大，并远远超出设定值。如果温度过低，某温度值也会出出现偏小情况，甚至低于设置值很多。此时的系统报警来源主要是报警处理模块，而并不是系统本身，通过数字提示、声音等引导相关人员进行操作。

4.5通信控制模块

当信号采集板卡运转过程中，会涉及到很多原始数据的采集工作，一旦通信控制模块出现问题，很容易导致实测值与设定值误差的增大。因此，相关工作人员应根据具体需求对控制模块进行设计，从而对温度进行合理设计。在通信控制模块实现过程中，常规PID控制发挥着重要作用，该系统主要由PID控制器和被控对象组成。该种控制器属于线性控制器中的一种，主要根据定值和实际输出值，来构成控制偏差，该偏差以比例、积分和微分等来形成控制量，从而实现对象控制，因此该控制器也被称之为PID控制。PID的控制器可以用公式进行表示：如果用增量的形式进行表示，则可以变换成以下形式：△u（k）=kp（error（k）-error（k-1）+k1error（k）+error（k-2））在上述三组公式中，k代表比例系数，TI代表积分时间常数，TD代表微分时间常数。

5总结

综上所述，在实时数据采集与管理系统应用过程中，属于智能领域中的管理软件，更是新型控制分析历年的具体体现之一。其中，数据管理主要是通过计算机实现智能化发展。在具体的比较分析过程中，除了实时数据处理之外，还能对数据采集工作进行精准定位，从而对整体方案进行充分设计，确保开发语言的正确选择。

参考文献

[1]朱迅毅.电气工程及其自动化技术下的电力系统自动化发展[J].中国高新区，2017（24）：125.

[2]陈鑫，温梓沐.大型商业综合体建筑消防智能控制系统设计与实现的探讨[J].电子世界，2017（20）：188~189.

[3]朱翠苗.船舶智能控制系统的动态神经模糊模型设计研究[J].舰船科学技术，2017，39（20）：100~102.

[4]朱小洁.浅谈中央空调智能控制系统在公用建筑节能中的应用[J].居业，2017（09）：109+111.

[5]赵长城.初探智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].建材与装饰，2017（33）：213~214.