系統監控軟件的設計和實現

對于一個計算機監控系統來說，硬件是基礎，軟件是靈魂。軟件已經成為計算機系統的主體，在很大程度上決定了系統的先進性、可靠性、實用性以及實時性。信息管理及監控軟件是一種特殊的軟件，它具有如下特點：
1．要求可靠性特別高。可靠性不僅意味著系統工作的正確性，而且要求系統工作的連續性。例如控制過程不允許中斷，系統中各種參數不允許丟失；
2．要求監控軟件實時性強。實時性要求系統能夠實時反映監測量并及時做出控制決策，即具有較快的響應速度。
3．要求軟件的使用和維護方便。信息管理及監控軟件主要由工程技術人員和操作人員使用，要求系統的使用和維護都很方便。
4．要求支持數據庫安全登錄，數據庫訪問權限和程序使用安全。
5．支持數據庫備份和基于事務的數據庫操作，數據集中管理并且具有很強的綜合統計、分析及報表輸出功能。
充分利用計算機的強大的處理能力，設計出實時性好、監測控制高效可靠，軟件分析功能齊全，并且具有動畫效果、操作界面友好的信息管理及監控軟件是本系統的主要任務。
Windows 2000是Windows NT 4.0的升級產品，不但集Windows 9x和Windows NT 4.0的眾多優良的功能/性能于一身，而且在穩定性、網絡功能和安全性能方面，比Windows NT 4.0都有了極大的改善。它不僅可以在一個小的工作組網絡中為用戶提供文件服務和打印服務，也可以在一個大型企業的網絡中為用戶提供應用程序、Web瀏覽與發布、文件傳輸、電子郵件和通訊等服務，是一個性能更好、工作更穩定、更容易管理的操作系統。因此上位機采用的操作系統是Microsoft公司的Windows 2000 Server。
由Inprise公司（原Borland公司）推出的基于Windows平臺的可視化快速應用開發工具Delphi 6.0在數據庫編程方面功能十分強大而且有很強的程序界面開發能力。本控制系統的系統監控軟件主要采用Delphi 6.0來開發。
系統監控軟件總體結構設計
軟件總體設計的任務是確定軟件的總體結構、子系統和模塊的劃分，并確定模塊間的接口和評價模塊劃分的質量，以及進行數據分析。按照軟件工程學的觀點，軟件的總體設計在整個軟件的開發過程中處于十分重要的地位。在詳細編寫代碼之前進行總體設計，可以站在全局的高度上，用較少的成本，從抽象的層次上來分析對比多種可能的系統實現方案和最合理的軟件結構，從而可以用較低的成本開發出質量較高的軟件來。總體設計過程通常由兩個主要的階段組成：
1)系統設計，即確定系統的具體實現方案；
2)結構設計，即確定軟件的結構。
軟件總體設計的具體步驟如下：
1．提出各種可供選擇的方案；
2．對各個方案進行論證，選取合理的方案，對于每個合理的方案都應該有系統流程圖、組成系統的物理元素清單、成本效益分析和實現這個系統的進度進化；
3．確定最佳方案，在綜合分析對比各種合理方案的基礎之上選擇一個最佳方案；
4．功能分解。通常分為結構設計和過程設計兩個階段。結構設計確定程序由哪些模塊組成，以及這些模塊之間的關系；過程設計確定每個模塊的處理過程。
5．設計軟件結構，將各個模塊組織成良好的層次系統；
6．數據庫設計，即在需求分析階段對數據要求所做的分析的基礎上進一步進行數據庫設計、子模式設計、完整性設計和安全性設計并進行優化；
7．制定測試計劃：在軟件開發的早期考慮測試問題，能促使軟件設計人員在設計時注意提高軟件的可測試性；
8．書寫文檔：應該用正式的文檔記錄總體設計的結果，在這個階段應該完成的文檔有系統總體設計說明、用戶手冊、測試計劃、詳細的實現計劃和數據庫設計說明；
9．審查與復查：對總體設計的結果進行嚴格的技術審查，在技術審查之后由使用部門的負責人從管理的角度進行復審。
根據軟件總體設計的要求和過程，我們對系統的信息管理及監控程序按不同的功能進行功能分解，劃分為不同的模塊。供水自動化計算機控制系統的信息管理及監控軟件主要包括數據采集和通信、設備狀態控制和數據管理三個部分。數據采集和通信部分采集水位、壓力、流量、電壓和電流等數據，用于記錄、存儲和分析，以及與PLC網絡通信。設備控制部分根據采集到的數據判斷系統當前的運行狀態，并可通過修改運行參數對設備工作狀態進行調整。數據管理部分負責數據的統計、查詢以及打印輸出，還有數據庫的備份和維護。
整個系統具有數據采集、存儲和分析功能，并能夠通過分析和計算制作相應的數據報表，系統主界面如圖3-2所示。下面對各個部分功能和作用進行詳細的介紹。
數據采集和通信
數據采集部分由通信參數設定、數據處理、通信模塊和數據存儲模塊組成。
參數設定模塊包括傳感器參數設定和通信參數設定。傳感器參數設定用于設置傳感器的采樣頻率、閥值等。通信參數設定用于設定PC機與PLC之間的通信參數和協議。
數據處理模塊用于對從PLC讀取的數據按照約定的格式進行分解處理。對于采樣數據，運用濾波方法對其進行必要的處理后存入數組。
通信模塊包括數據通信和通信測試。數據通信用于從PLC讀取各種數據和狀態信息以及下達控制命令和各種參數調整結果。通信測試模塊具有通信測試和診斷功能，確保通信狀態良好。通信測試界面如圖4-5所示。在下一章對其進行了詳細的介紹。
數據存儲模塊將采集到的生產過程中的各種重要運行數據加以處理并存入相應的數據庫。
設備狀態控制
設備狀態控制部分由設備參數設定、報警處理、設備狀態調整和設備狀態顯示模塊組成。
設備參數設定用于設定各種設備的工作狀態參數和運行參數，如變頻器的頻率上限、調整速度、電機的最高轉速等。
報警處理在發生生產故障時立即報警，發出報警聲音同時使報警畫面閃爍，以引起操作人員的注意。記錄報警發生時的有關信息，如報警信息、故障報警時間、確認報警時間等，并對報警信息進行管理。
設備狀態調整包括參數優化和其他設備狀態調整。其他設備狀態調整用于在計算機上對各種生產設備進行運行狀態調整以及開動、停止等操作。參數自優化主要是通過PLC反饋的壓力和水位自動調整PID參數，下傳到PLC中，通過PLC的PID調節功能實現系統的控制；此外還具有重要參數的優化調整功能。只有當系統處于控制狀態時，其他設備狀態調整才有效，否則無效。
設備狀態顯示用于動態顯示生產過程中的重要設備（如水泵、電動閥等）的啟動、停止和故障。水泵電機狀態參數顯示如圖3-4所示。用趨勢圖的形式動態顯示清水池水位、管網壓力、取水和供水流量、電壓、電流等。操作人員通過狀態顯示流程圖就可以很方便的了解生產中各種設備的工作狀況。
數據管理
數據管理部分包括數據查詢、數據備份和數據輸出三個方面。
數據查詢模塊主要包括歷史數據查詢，查詢選擇畫面如圖3-5所示。歷史數據查詢包括管網壓力歷史數據、水位歷史數據、取水和供水流量歷史數據、電耗表等，還可查詢重要設備的運行參數、狀態、操作記錄以及報警的歷史記錄。
數據備份模塊負責各種數據庫的備份以及維護。信息管理及監控軟件會定期將數據庫備份到另外的目錄下保存，并將當前使用的數據庫清空。該操作可由管理員手工執行和設定。
數據輸出模塊負責各種數據及指標的分析和匯總，并生成報表和打印輸出。軟件能夠根據選定的日期和數據類型生成日生產報表、月生產報表、年生產報表、電耗表等，同時還能以直觀的圖的形式和報表的形式打印。
此外，本系統還具有操作權限控制功能，采用分級密碼控制訪問者的訪問權限。
數據庫設計
供水系統的信息管理及監控軟件是以數據庫為基礎建立的信息系統。數據庫管理系統既要具有較高的性能，又要具有兼容性和適應性。根據需要解決的的企業管理問題和生成報表的格式，并考慮當前企業所使用的數據記錄表格，本系統采用關系型數據庫結構。