基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統的製作方法

2024-02-13 09:59:15

專利名稱：基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種網關應用系統，尤其涉及一種網關應用系統的嵌入式 實時資料庫。
背景技術：
目前，隨著計算機、通信、網絡等信息技術的發展，信息交換技術已經廣泛 應用於工廠、企業，在現代化的工業生產現場，產生了大量的生產數據和控制數 據，使得嵌入式環境下的數據管理成為工業控制系統中的重要部分，這就要求監 控軟體必須具備強大的數據處理能力，為人們提供實時、可靠的數據，以反映現 場運行的狀況，以便進行相應的控制操作。
嵌入式環境中數據的正確性不僅依賴於數據的邏輯結果，而且依賴於邏輯結 果產生的時間。如何有效管理這些大量的、時效性強且有嚴格時序的數據，以及 如何使之以高可靠性、高實時性和大呑吐量的方式進行處理是開發嵌入式系統必 須解決的首要問題。現有技術的嵌入式資料庫技術相對較複雜，且配套設備成本 較高，對實際的應用與維護有較高的要求。
實用新型內容
本實用新型的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種基於嵌入式實時資料庫 的網關應用系統，其能夠對嵌入式環境中的數據進行實時、可靠地處理。
為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案其包括上位機、網關、 採集系統，上位機與網關之間通過485總線或LAN或GPRS方式通信；網關通過 485總線與採集系統連接，採集系統將現場採集的數據經過解析存儲到網關內置 的嵌入式資料庫中。
在監控系統中，需要對大量的實時數據進行處理，處理過程包括現場數 據的實時採集；對實時數據進行處理和存儲；對結果進行分析、判斷和報警； 對歷史數據的處理等。
嵌入式資料庫包括相互之間通信的實時數據處理模塊與歷史數據處理模塊。實時數據處理模塊包括實時資源管理單元、實時參:據管理單元、實時數據
存儲單元、PID參數管理單元。實時數據處理模塊與報警模塊、實時數據顯示模
塊連接。實時數據處理模塊通過控制電路控制採集系統，採集系統通過傳感器
和A/D轉換器將採集的數據傳送給實時數據處理模塊。
將所有的實時數據集中進行處理，建立實時資料庫，是嵌入式系統的一個 中心環節。實時資料庫中的很大一部分數據是從生產和測量現場實時採集到的 數據，因此及時準確地採集數據是整個控制系統正常工作的基本前提。另外還 有一些計算數據、控制數據和管理數據。
實時數據處理是在監控系統中對實時資料庫中變量的值進行的操作。包括 對數據的顯示、存儲、報警、管理、提供控制參數等，同時它還可以根據需要 把有關信息以事件的方式發送給系統的其它部分，以便觸發相關事件，進行實 時處理。
歷史數據處理模塊包括歷史數據管理單元、歷史數據維護單元、日誌管理 單元。歷史數據處理模塊與歷史數據顯示模塊連接。歷史數據處理模塊通過通 信接口與上位機的資料庫通信。
歷史數據處理是對定時存儲到歷史資料庫中的數據進行處理，主要操作包括 對原始數據的匯總、查詢，可以以曲線、報表等形式將數據形象地顯示出來。嵌 入式設備存儲容量有限，系統中的大量數據將通過通信接口定期送入遠程關係的 上位機的資料庫中保存。
在嵌入式系統中，實時資料庫從本質上i兌不是一個真正意義上的資料庫系統， 只是一個由應用程式管理的內存緩沖區，有時又稱為"內存資料庫"，是一個供 多個實時任務共同使用的共享數據區，是嵌入在監控軟體中、與應用程式不可分 割的部分，主要完成數據的存、取操作，不具有獨立性。 一個完整的嵌入式實時 資料庫系統除了內存資料庫外，還應包括歷史資料庫、資料庫管理等。因此在構 建嵌入式實時資料庫時，應考慮系統的實時性、開銷大小、系統性能、可靠性， 以及如何高效地利用嵌入式系統的有限資源、提高數據的存取速度、進行數據保 護、數據交換、算法的優化、事務的優先級分派、事務調度等。
嵌入式應用系統的運行要處理大量的實時數據，這就要求開發嵌入式應用系統的組態軟體具有處理大量實時數據的功能。實時凝:據庫模塊分為開發環境和運 行環境分別設計，在組態開發環境中完成實時數椐庫結構、數據來源、數據連接、 數據類型及相關的各種參數的定義，生成目標實時資料庫，然後在系統運行環境 中，將從外部設備採集來的實時數據送入實時資料庫，讀取目標實時資料庫中的 數據進行解析，自動完成顯示、報警、存檔等操作，同時把有關信息發送給系統 的其它部分，以便觸發相關事件，進行實時處理。
本系統能夠實時、可靠地處理現場的數據，高校利用嵌入式系統的有限資源， 提高數據的存儲速度，並對數據進行保護。

圖1為本實用新型的結構框圖2為本實用新型的嵌入式資料庫結構框圖。
具伴、實施方式
本系統包括上位機、網關、採集系統，上位機與網關之間通過485總線或 UN或GPRS方式通信；網關通過485總線與釆集系統連接，採集系統將現場採 集的數據經過解析存儲到網關內置的嵌入式資料庫中。
嵌入式資料庫包括相互之間通信的實時數據處理模塊與歷史數據處理模 塊。實時數據處理模塊包括實時資源管理單元、實時數據管理單元、實時數據 存儲單元、PID參數管理單元。實時數據處理模塊與報警模塊、實時數據顯示模 塊連接。實時數據處理模塊通過控制電路控制採集系統，採集系統通過傳感器 和AZD轉換器將採集的數據傳送給實時數據處理模塊。歷史數據處理模塊包括 歷史數據管理單元、歷史數據維護單元、日誌管理單元。歷史數據處理模塊與 歷史數據顯示模塊連接。歷史數據處理模塊通過通信接口與上位機的資料庫通 信。
嵌入式組態軟體中的實時資料庫的開發
隨著I)CS的發展，利用組態軟體來支持工業應用軟體的開發，隨著Li皿x在 嵌入式技術領域應用的不斷推廣和深入，許多工控軟體都基於Linux開發。從結 構上看，基於Linux的嵌入式圖形化組態l欠件(LEGCS: Linux-based EmbeddedGraphic Configuration Software )由系統開發環境和系統運行環境兩部分組成。 系統開發境是作為一個平臺開發工具運行在PC機上，主要完成畫面繪製、指定組 態的具體對象和內容、完成設備屬性設定、設定控制策略、I/O管理等操作來對 控制現場進行全面的描述與設置，所有設定的結果保存到實時資料庫中，供系統 運行時使用。保存到實時資料庫中的信息主要包括現場數據、開關量、儀表值、 實時時鐘、設備屬性等。運行環境實際就是工業控制應用軟體，運行在嵌入式設 備上，實時採集現場數據存入實時資料庫，讀取其中的數據並進行解析，在目標 機上顯示組態內容，實現設備的組態控制和仿真。維繫組態環境與運行環境的紐 帶是實時資料庫。
資料庫生成模塊運行在開發環境，主要完成如全局變量、內存變量的數據定 義，設置變量處理方式等，全局變量直接與工業現場設備狀態(如反應容器壓力、 閥門開關狀態等)相關，這些數據在運行環境中由I/O驅動模塊按組態要求實時 採集；內存變量是組態軟體中用到的中間變量。實時數據生成模塊將組態信息存 放到實時資料庫中。在運行環境，由實時資料庫運行模塊執行數據採集，響應用 戶控制請求，維護圖形界面與實時資料庫、被控對象之間的數據流動。運行環境 中的實時曲線顯示和趨勢模塊定時從實時資料庫中獲取數據，數據存儲模塊將實 時資料庫中的數據存儲在磁碟上作為歷史數據。
實時數據按其性質可分為模擬量、開關量、數字量、字符串等多種，根據現 場數據類型和系統所用到的系統常量和中間變量，在LEGCS中定義了八種變量類 型內存離散型、1/0離散型、內存整數型、1/0整數型、內存實數型、1/0實數 型、內存字符串型、I/O字符串型，其中內存變量類型用於創建系統常量和中間 變量，I/O變量類型用於處理現場採集的數據。對各種類型的變量來說，均有其 取值範圍離散型變量只能取0和1,整型變量與一4殳程序設計語言中的有符號 長整型變量類似，用於表示帶符號的整型數據。實型變量用於表示浮點數據。字 符串變量用於記錄一些特定含義的字符串。每類變量一一對應於一類實時數據， 它以結構的形式來管理。
實時資料庫運行模塊運行在仿真環境或者嵌入式設備上，主要完成實時數據 的採集以及實時數據的分析處理，依據功能的不同編寫不同的處理函數。如實時曲線分析(RealCurve )就是用於觀察外部變量或表達式的值隨時間變化的趨勢的 一個模塊。實時曲線的X軸代表時間、Y軸代表變量值，運行時曲線可以自動巻 動，以快速反映變量隨時間的變化。
FltRealValue是一個一維數組，其中存放了實時曲線實際顯示的數值，存 放的數據是自動巻動的，當由外部設備採集到一個當前時刻的數值後，存放在 數組中的採集時間最老的一個數據將被丟棄，而加入當前新採集到的數據，數 組中有效數據的總數保持不變。實時趨勢曲線就是根據這個的數據結構來滾動 顯示的。
權利要求1.一種基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統，其特徵在於包括上位機、網關、採集系統，上位機與網關之間通過485總線或LAN或GPRS方式通信；網關通過485總線與採集系統連接，採集系統將現場採集的數據經過解析存儲到網關內置的嵌入式資料庫中。
2. 根據權利要求1所述的基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統，其特徵在於 嵌入式資料庫包括相互之間通信的實時數據處理模塊與歷史數據處理模塊。
3. 根據權利要求2所述的基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統，其特徵在於 實時數據處理模塊包括實時資源管理單元、實時數據管理單元、實時數據存 儲單元、PID參數管理單元。
4. 根據權利要求3所述的基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統，其特徵在於 實時數據處理模塊與報警模塊、實時數據顯示模塊連接。
5. 根據權利要求3所述的基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統，其特徵在於 實時數據處理模塊通過控制電路控制採集系統，採集系統通過傳感器和A/D 轉換器將採集的數據傳送給實時數據處理模塊。
6. 根據權利要求2所述的基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統，其特徵在於 歷史數據處理模塊包括歷史數據管理單元、歷史數據維護單元、日誌管理單 元。
7. 根據權利要求6所述的基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統，其特徵在於 歷史數據處理模塊與歷史數據顯示模塊連接。
8. 根據權利要求6所述的基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統，其特徵在於 歷史數據處理模塊通過通信接口與上位機的資料庫通信。
專利摘要本實用新型涉及一種網關應用系統，尤其涉及一種網關應用系統的嵌入式實時資料庫。本實用新型的基於嵌入式實時資料庫的網關應用系統包括上位機、網關、採集系統，上位機與網關之間通過485總線或LAN或GPRS方式通信；網關通過485總線與採集系統連接，採集系統將現場採集的數據經過解析存儲到網關內置的嵌入式資料庫中。本系統能夠實時、可靠地處理現場的數據，高校利用嵌入式系統的有限資源，提高數據的存儲速度，並對數據進行保護。
文檔編號H04L12/66GK201425713SQ20092002581
公開日2010年3月17日 申請日期2009年5月22日 優先權日2009年5月22日
發明者宋世芳, 李秀福, 杜長河, 斌 楊, 武利法, 許雲龍, 許健康, 賈勝中, 趙小鵬, 趙文龍, 陳大偉, 陳寶錄, 陳正緒 申請人:青島高校信息產業有限公司