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1、摘要监控软件实时数据平台内核的研究与设计摘要监控软件是面向数据采集和监控的通用软件平台，在工业自动化控制领域发挥着重要作用。本文通过对监控软件实时数据平台核心技术进行研究，实现了一个具备基本功能的监控软件实时数据平台，并对其进行了测试与分析，并对存在的问题提出了解决办法。本文首先分析了监控软件的发展与应用，结合本文的研究背景，分析了监控软件中实时数据平台内核开发过程中的关键技术并提出了具体的解决方案，在本文中不涉及对监控软件的其他技术研究。本文的主要工作：1 ) 实时数据平台数据对象的抽象与建模：提出了测点树模型的思想；在点类型设计上采用了面向对象的设计方法，具备较好的可重用性。内存数据库的设
2、计：提出新的内存索引结构基于H A S H 表管理的T树索引结构设计，该方法在空间利用率和检索效率上与传统的索引结构相比具有优势。3 ) 历史数据的压缩：主要对死区压缩算法和在线旋转门算法进行了研究与设计，提出了改进的在线旋转门算法，提高了数据点的利用率。4 ) 历史数据的存储：采用了基于“工厂模式“ ( F a c t o r yM e t h o d ) 的历史库设计，将传统的关系型数据库和嵌入式数据库相结合；另外对历史库T北京化工大学硕士学位论文的对外接口有较为详细的设计。5 ) 基于A C E 技术的多线程设计：利用A C E 技术针对监控软件中的多路事件访问进行了设计，提高了系统的数
3、据瞬时吞吐能力，另外使得系统具备了跨平台运行的能力。关键字：实时数据平台，内存数据库，数据压缩，A C EA b s t r a c tR E S E A R C H o NT H ED E V E L O P M E N To FT H EK E R N E Lo FT H ER E A L T I M E D A T AP L A T F O R MF O RS C A D AS O F T W A R EA b s t r a c tS C A D As o f t w a r e ，w h i c hi sc o m p o s e do fd e v e l o p i n gp l
4、 a t f o r ma n dr u n n i n gp l a t f o r m ，i sf u n c t i o n a lt o o l sf o rS u p e r v i s o r yC o n t r o lA n dD a t aA c q u i s i t i o n I t，。 h a sag r e a te f f e c ti ni n d u s t r yc o n t r o lf i e l d A sap a r to fS C A D As o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，d e s i g na n
5、di m p l e m e n t a t i o no ft h er e a l t i m er u n n i n gp l a t f o r mw i t hb a s i c f u n c t i o n si sp r e s e n t e di nt h i st h e s i s T h i sa r t i c l er e s e a r c h e dt h ek e r n e lt e c h n o l o g yo ft h er e a l - t i m er u n n i n gp l a t f o r mi nS C A D As o f
6、t w a r e ，a n dd e v e l o p e do n ew h i c hh a st h eb a s i cf u n c t i o n s ，t e s t e da n da n a l y s e di t ，a n dg a v et h es o l u t i o ns c h e m e A tf i r s t ，t h i sa r t i c l ea n a l y s e dt h ee v o l u t i o no ft h eS C A D As o f t w a r e T h e na c c o r d i n gt ot h
7、ea r t i c l eb a c k g r o u n d ，t h ea r t i c l ea n a l y s e dt h ek e r n e lt e c h n o l o g yo ft h er e a l t i m er u n n i n gp l a t f o r mi nS C A D As o f t w a r ea n dp r o v i d et h es o l u t i o ns c h e m e T h i sa r t i c l ed o n td e a lw i t ha n yo t h e rt e c h n o l
8、o g i e si nt h eS C A D Ar l l北京化工大学硕士学位论文T h em a i nw o r ki nt h i sa r t i c l ea r et h o s eb e l o w ：1 ) a b s t r a c t i o na n dm o d e l i n go ft h ed a t ao b j e c t ：Ii n t r o d u c et h et a g - t r e em o d e l ，a n du s et h eO Om e t h o dt od e s i g nt h et a gt y p e 2 ) M 豳
9、m e m o r yd a t a b a s e ：Ii n t r o d u c ean e wm e t h o do fi n d e xo fm a i nm e m o r yd a t a b a s e T h i sm e t h o di se x c e l l e di ns p e e da n ds p a c e 3 ) Ii n t r o d u c et h eR o t a t e - d o o ra l g o r i t h ma n dan e wa l g o r i t h mb a s e di t ，t h en e wa l g o
10、r i t h mi se x c e l l e di np r e c i s i o n 4 ) Iu S et h eF a c t o r y M e t h o dt od e s i g nt h eh i s t o r i c a ld a t a b a s e ，c o m b i n et h et r a d i t i o n a ld a t a b a s ew i t ht h ee m b e dd a t a b a s e 5 ) Iu S et h eA C Et od e s i g nt h es e e r ，t h es y s t e mh
11、a st h ea b i l i t yo fs p a np l a t f o r m K E YW O R D S ：r e a l t i m er u n n i n gp l a t f o r m ，m a i nm e m o r yd a t a b a s e ，d a t a北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担
12、。作者签名：日期：0 。t 川关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：，研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在廿解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：筮! 鍪EI期：夤蹦导师签名：主拯逸也日期：第一章绪论1 1 课题背景第一章绪论本课题为北京化工大学安全科学与监
13、控工程中心与北京某知名监控组态软件公司的校企合作项目。由于监控软件的应用越来越广泛，而市场上国外实时数据平台产品占据垄断地位，较高的价格增加了小型企业的运营成本，因此研发国产的小型化、轻量级的监控软件实时数据平台具有较好的经济价值和社会效益。1 2 监控软件的发展与应用监控组态软件1 1 4 1 是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。监控软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的H 枷【( 人机接口软件，
14、h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 的概念，监控软件应该是一个使用户能快速建立自己的H M I 的软件工具，或开发环境。在监控软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写H M I 应用，开发时间长，效率低，可靠性差：或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据平台、实时控制、S C A D A 、通讯及联网、开放数据接口、对F O
15、设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。7目前看到的所有监控组态软件都能完成类似的功能，比如，凡乎所有运行于3 2位W i n d o w s 平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统中的各种资源( 设备、标签量、画面等) 进行配置和编辑；都提供多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能等等。但是，从技术上说，各种组态软件提供实现这些功能的方法却各不相同。从这些不同之处，以及P C 技术发展的趋势，可以看出组态软件未来发展的方向。4 匕京化工大学硕士学位论文一、数据采集的方式大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户
16、可以进行配置。然而，在这种情况下，驱动程序只能由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写，这为用户提出了过高的要求。由O P C 基金组织提出的O P C 规范基于微软的O u 压圮O M 技术，提供了在分布式系统下，软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。在支持O P C 的系统中，数据的提供者作为服务器，数据请求者作为客户，服务器和客户之间通过D C O M 接口进行通信，而无需知道对方内部实现的细节。由于C O M 技术是在二进制代码级实现的，所以服务器和客户可以由不同的厂商提供。在实际应用中，作为服务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供，可以发挥硬件的全部效能，而作为客户的组态软件可以通过O P C 与各厂家的驱动程序无缝连接，故从根本上解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。同时，组态软件同样可以作为服务器为其他的应用系统( 如M I S 等) 提供数据。O P C 现在已经得到了包括I n t e d l u t i o n ，S I M E N S ，G E ，A B B
