摘 要：本文介紹了在不改變?cè)泄I(yè)網(wǎng)絡(luò)的情況下，實(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)揭慌_(tái)專(zhuān)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)這臺(tái)服務(wù)器實(shí)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(lái)水公司浦口水廠自動(dòng)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(gè)站點(diǎn)，由ELIN-BUS專(zhuān)用總線聯(lián)網(wǎng)，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控及系統(tǒng)配置，操作系統(tǒng)為MS-DOS。由于該自動(dòng)控制系統(tǒng)由外方設(shè)計(jì)，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)，其信息為系統(tǒng)專(zhuān)用，不能與廠級(jí)局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)信息共享，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，對(duì)生產(chǎn)、指揮和調(diào)度帶來(lái)不便。 　　雖然現(xiàn)在一些工控設(shè)備已出現(xiàn)以太網(wǎng)接口，但是對(duì)已經(jīng)建立了完整專(zhuān)用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，特別是當(dāng)這些工業(yè)網(wǎng)還運(yùn)行在DOS平臺(tái)上，更新設(shè)備的軟硬件成本高昂。本設(shè)計(jì)針對(duì)南京自來(lái)水公司浦口水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)，在不改變?cè)泄I(yè)網(wǎng)絡(luò)的情況下，將建立在DOS平臺(tái)上的專(zhuān)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(shè)計(jì) 　　2.1.　設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求 　�。�1） 設(shè)計(jì)目標(biāo)：數(shù)據(jù)從DOS工作站（上位機(jī)）傳輸?shù)絅T服務(wù)器，存入數(shù)據(jù)庫(kù);數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)維護(hù);將數(shù)據(jù)發(fā)布在Web頁(yè)面上。 　　（2） 實(shí)時(shí)性：NT服務(wù)器能夠及時(shí)獲取工業(yè)數(shù)據(jù)，并能及時(shí)在Web上發(fā)布。 　　（3） 容錯(cuò)性：在數(shù)據(jù)傳輸中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并丟棄錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。 　　（4） 穩(wěn)定性：在ELIN-BUS網(wǎng)絡(luò)上的DOS工作站能夠及時(shí)準(zhǔn)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(wù)器端系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間（72小時(shí)）連續(xù)正常工作。 　�。�5） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢：數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)一年內(nèi)每天的詳細(xì)數(shù)據(jù)，永久存儲(chǔ)每日平均數(shù)據(jù)。能夠繪出任意時(shí)間段任意一項(xiàng)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(shè)備通過(guò)ELIN-BUS網(wǎng)絡(luò)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(luò)與以太網(wǎng)完全不兼容，為了實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)通訊，使用串口線連接ELIN-BUS網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)DOS工作站和以太網(wǎng)中的一臺(tái)NT服務(wù)器，再通過(guò)NT服務(wù)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(shè)計(jì) 　　在DOS工作站中植入一套數(shù)據(jù)發(fā)送程序，工作站啟動(dòng)后，該程序駐留內(nèi)存。廠方原有組態(tài)軟件沒(méi)有對(duì)外數(shù)據(jù)接口，所以在組態(tài)軟件設(shè)計(jì)中，定時(shí)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(yè)屏幕數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)約每?jī)煞昼姲l(fā)送一次。 　　2.4.　NT服務(wù)器端設(shè)計(jì) 　　NT服務(wù)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(chǔ)、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(kù)。程序通過(guò)ADO（Microsoft ActiveX Data Object）連接ODBC（Open Database Connectivity）訪問(wèn)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。每日凌晨，程序自動(dòng)對(duì)前一天的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，刪除過(guò)期數(shù)據(jù)。 　　服務(wù)器使用IIS（Internet Information Service）提供Web服務(wù)，在ASP（Active Server Page）中訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)圖表組件，使用戶可以在網(wǎng)頁(yè)上瀏覽到數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)圖表。 　　NT服務(wù)器端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三部分：數(shù)據(jù)庫(kù)層，包括數(shù)據(jù)庫(kù)（SQL Server）和數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件（ODBC、ADO）;中間層，由若干個(gè)COM對(duì)象組成，包括數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)對(duì)象、串口通訊對(duì)象和圖表控件。應(yīng)用層，包括數(shù)據(jù)接收程序界面和Web應(yīng)用程序。應(yīng)用層通過(guò)捆綁中間層組件來(lái)實(shí)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(yè)數(shù)據(jù)分為25行，每行80個(gè)字符，每頁(yè)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)按一定次序排列，目前包括了174項(xiàng)數(shù)據(jù)。 [align=center] 表3.1　每頁(yè)數(shù)據(jù)示例[/align] 　　每個(gè)字符由兩個(gè)字節(jié)組成，第一個(gè)字節(jié)表示字符的ASCII碼，第二個(gè)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(bào)、錯(cuò)誤、運(yùn)行、停止等。每頁(yè)長(zhǎng)度為8000字節(jié)。 　　3.2.　數(shù)據(jù)傳輸與校驗(yàn) 　　串口傳輸?shù)谋忍芈?9200bps，1位奇校驗(yàn)，無(wú)停止位。傳輸一頁(yè)數(shù)據(jù)耗時(shí)8000×（1+8）/ 19200 = 3.75秒，遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)兩分鐘傳輸一次的間隔。 　　在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，遇到以下情況之一，認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯(cuò)誤，拋棄數(shù)據(jù)頁(yè)。 　�。�1） 寄校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。 　�。�2） 數(shù)據(jù)傳輸空閑15秒，但是一頁(yè)數(shù)據(jù)尚未傳輸完畢。 　�。�3） 一頁(yè)數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵行與設(shè)定值不符。關(guān)鍵行是數(shù)據(jù)頁(yè)中相對(duì)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(gè)步驟雖然不能檢測(cè)出所有的錯(cuò)誤，但能檢測(cè)出絕大多數(shù)錯(cuò)誤�，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，每天發(fā)生錯(cuò)誤的頁(yè)數(shù)大約是一至兩頁(yè)。 4. 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 　　4.1.　表的定義 　�。�1） 工業(yè)數(shù)據(jù)表定義 　　工業(yè)數(shù)據(jù)表有兩類(lèi)。一類(lèi)記錄了兩分鐘一次的每天的詳細(xì)數(shù)據(jù)。另一類(lèi)記錄了每天的平均數(shù)據(jù)。兩類(lèi)表的結(jié)構(gòu)是相同的。每天的詳細(xì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)表“DailyData”中。 [align=center] 表4.1　數(shù)據(jù)表字段定義[/align] 　　由于在每頁(yè)中的數(shù)據(jù)可以按行和列來(lái)定位（行：數(shù)據(jù)在該頁(yè)中的行號(hào);列：左邊第一項(xiàng)數(shù)據(jù)為第0列，第二項(xiàng)數(shù)據(jù)為第1列，依此類(lèi)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(gè)數(shù)據(jù)，即在數(shù)據(jù)表中建立320個(gè)字段，目前僅使用其中的174個(gè)，以允許用戶在DOS端組態(tài)軟件中對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行擴(kuò)充。 　　（2） 輔助表的定義 　　數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中除了兩類(lèi)數(shù)據(jù)表之外，還需要一個(gè)輔助表來(lái)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(jiǎn)單而有效的加快查詢的方法。但是索引的建立會(huì)占用一定的存儲(chǔ)空間，在插入刪除數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)增加開(kāi)銷(xiāo)。所以索引不宜過(guò)多。數(shù)據(jù)表中使用了兩個(gè)索引。一個(gè)是主鍵ID上的主鍵索引，主鍵決定了數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上的排列順序，一般沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的意義，但能夠加快檢索速度。由于時(shí)間經(jīng)常被作為查詢條件，所以在字段RecordTime上建立另一個(gè)索引，加速查詢。 　　4.3.　數(shù)據(jù)庫(kù)登錄與權(quán)限 　　本系統(tǒng)為數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)設(shè)置了兩個(gè)登錄帳戶：完全訪問(wèn)帳戶和只讀訪問(wèn)帳戶。 　　完全訪問(wèn)帳戶隸屬于db_owner，具有數(shù)據(jù)庫(kù)的完全訪問(wèn)權(quán)限。該帳戶用于服務(wù)器端的數(shù)據(jù)錄入、整理和查詢。該帳戶可以設(shè)置為SQL Server登錄或Windows NT登錄驗(yàn)證。使用Windows NT登陸驗(yàn)證時(shí)，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(wèn)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(kù)。該帳戶一般設(shè)置為SQL Server登錄驗(yàn)證。 　　4.4.　數(shù)據(jù)庫(kù)容量估算 　　詳細(xì)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(shí)間不超過(guò)十年，則十年的每日平均數(shù)據(jù)紀(jì)錄數(shù)為：10×365 = 3650; 　　每條記錄占用字節(jié)數(shù)（各字段長(zhǎng)度總和）：4 + 8 + 320×8 = 2560B（SQL 2000中每條記錄的長(zhǎng)度不超過(guò)8KB）; 　　數(shù)據(jù)庫(kù)大約需要硬盤(pán)空間：2560 ×（262800 + 3650）= 682112000 ≈ 650MB。 　　通過(guò)估算，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kù)的必要冗余空間、則至少為數(shù)據(jù)庫(kù)留有2～3GB的磁盤(pán)空間。 5. 軟件實(shí)現(xiàn) 　　5.1.　對(duì)象和控件 　　對(duì)象和控件位于NT服務(wù)器端系統(tǒng)的中間層。主要需要建立兩個(gè)對(duì)象和一個(gè)控件： 　　（1） 數(shù)據(jù)接收對(duì)象：負(fù)責(zé)串口數(shù)據(jù)接收模塊。 [align=center] 圖5.1　數(shù)據(jù)接收對(duì)象程序流程圖[/align] 　�。�2） 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)對(duì)象：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)和整理模塊和數(shù)據(jù)項(xiàng)的說(shuō)明。 [align=center] 圖5.2　數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象程序流程圖[/align] 　�。�3） 圖表控件：在應(yīng)用程序或在網(wǎng)頁(yè)中繪制折線圖。 　　5.2.　接口設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)接口包括：數(shù)據(jù)接收對(duì)象接口、數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象接口、圖表控件接口。 [align=center] 圖5.3　系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)­­­[/align] 　　5.3.　應(yīng)用程序結(jié)構(gòu) 　　服務(wù)器端的應(yīng)用程序功能主要有以下模塊：原始數(shù)據(jù)頁(yè)的顯示、數(shù)據(jù)查詢、運(yùn)行控制（包括數(shù)據(jù)接收控制和數(shù)據(jù)庫(kù)連接控制）和參數(shù)設(shè)置（包括數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象屬性設(shè)置和數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象的屬性設(shè)置）。應(yīng)用程序的主要功能幾乎完全由組件提供。 　　5.4.　Web應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 　　在NT服務(wù)器中啟動(dòng)IIS服務(wù)，建立一個(gè)Web站點(diǎn)，在該站點(diǎn)下建立數(shù)據(jù)查詢頁(yè)default.asp。數(shù)據(jù)查詢頁(yè)面需要以下參數(shù)： [align=center] 表5.1　查詢頁(yè)面參數(shù)[/align] 　　輸出數(shù)據(jù)：在頁(yè)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(yè)程序流程圖[/align] 6. 項(xiàng)目總結(jié) 　　本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)串口連接，連接了一臺(tái)DOS工作站和一臺(tái)NT服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)了從ELIN-BUS網(wǎng)絡(luò)到以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。在NT服務(wù)器上建立數(shù)據(jù)庫(kù)，程序自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)計(jì)中，對(duì)于不同的工業(yè)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)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(xiàng)的擴(kuò)展。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 《SQL Server開(kāi)發(fā)指南》：（美）Ash Rofail、（美）Paul R. Allen著，電子工業(yè)出版社，2000; 　　[2] 《TCP/IP詳解》：（美）W. Richard Stevens著，北京大學(xué)出版社，1999; 　　[3] 《COM與COM+從入門(mén)到精通》：（美）Joseph J. Bambra、（美）Yasser Shohoud著，電子工業(yè)出版社。