实时系统（共12篇）
实时系统 篇1
实时视频拼接技术在军事监控、生物医学、汽车导航等领域有着广泛的应用需求, 因此它已成为研究热门。普通单摄像头只有有限的视野范围, 广角镜、光学抛物面环形视频展开等此类方法以损失分辨率为代价尝试拓宽视野, 无法得到高清的视频图像。视频拼接是为了获得更广阔的视野范围, 以满足人们对广域场景视野需求, 对于给定有重叠区域的的视频图像序列, 经过配准融合等过程, 缝合成无缝、高分辨率的大型场景视频图像的技术。
视频图像拼接首先取决于图像匹配。图像匹配方法可分为基于灰度、基于频域和基于特征三类, 基于特征点的配准方法更为简便和稳健, 是目前国内外研究的热点。Lowe[1]提出了具有对图像缩放、旋转、仿射变换、光照不变性且对噪声不敏感的SIFT (Scale Invariant Feature Transform) 算法。而SIFT算法的计算量大, 速度慢, 直接影响了拼接时间。Herbert Bay[2]等人在此前提下对SIFT算法进行了改进, 提出基于积分图像的SURF (Speeded Up Robust Features) 算法, 通过基于积分图像的方形滤波器来近似拉普拉斯高斯算子, 构造了一种Fast-Hessian矩阵以加快速度。而相对实现简单的Harris角点[3]特征检测方法拥有较快的速度, 匹配精度较高, 适合实时视频拼接的运算速度要求。
由于在多摄像头的公共区域中有视差角度以及运动物体等此类问题的存在, 为了利用尽量快速高效的算法, 而得到高质量的图像拼接, 对两个摄像头采集到的视频图像。本文先用Harris算子视频图像的特征点, 再结合改进的RANSAC方法对变换矩阵进行优化从而得到较精确的相邻的视频图像之间的单应性矩阵, 最后用渐入渐出方法进行融合, 合成无缝高清的视频图像。该方法通过大量的实验, 证明该系统可以自适应的实时对视频图像进行拼接, 获得高清无缝的大视场视频图像。
1 特征提取
1.1 柱面空间转换
由于多个摄像头获取的图像并不在一个平面, 且摄像头的姿态存在变化, 采集到的原始图像不能直接用于拼接, 需要对图像进行预处理。所以必须对获取的原始图像进行图像空间转换, 变换到柱面空间。
目前最广泛应用的圆柱体模型的全景图, 因为使用它相对简单, 同时又不存在影响拼合图像浏览的真实性。通过对摄像头的标定, 得到摄像头的焦距, 便能将原始视频图像投影到柱面空间坐标中。
图1为柱面空间投影的切面图, W和H分别为原始图像的宽和高, P (x, y) 为源图像上的任一点的坐标, Q (x’, y’) 为P (x, y) 在柱面上的投影坐标。用正投影的投影公式可以得到柱面空间的点Q (x’, y’) 与原始图像空间上的点P (x, y) 的对应关系。
1.2 Harris角点检测
Harris角点检测算子是通过Moravec角点检测算子改进后得到的, 用高斯函数代替二值窗口函数, 对离中心点越近的像素赋于越大的权重, 以减少噪声影响。Harris算子的思路是用一阶偏导描述图像亮度变化。本文通过公式2的Harris角点检测算子来做特征点提取:
若I (x, y) 为图像坐标 (x, y) 的像素点的灰度, 其两个特征值λ1和λ2的大小反映了像素点的凸显程度。如果 (x, y) 是一个特征点, 那么M的两个特征值λ1和λ2在以 (x, y) 为中心的局部区域范围取得极大值。再建立度量函数:
式中:det M=λ1λ2, trace M=λ1+λ2最后根据R的经验阈值判定图像中的点是否为角点, 一般取0.04。
Harris角点检测算子是一种简单有效的特征点提取算子, Harris角点检测算子中只用到灰度的一阶差分以及滤波, 符合视频拼接对运算时间的要求。检测提取的点特征均匀而且合理[4]。Harris角点检测算子对图像中的每个点都计算其兴趣值, 然后在邻域中选择最优点。
1.3 改进的RANSAC算法过滤特征点
在对视频图像通过相似性度量得到潜在匹配点对时, 无可避免会产生一些错误匹配, 因此需要根据几何限制和其他附加约束消除误匹配, 提高算法鲁棒性。对于得到的匹配点对可以用RANSAC (Random Sample Consensus, 随机抽样一致性) 算法进行过滤, 此算法应用广泛, 在失配率高的情况下还能保持有效, 但是缺点是该算法速度慢。本文使用了基于预检验的快速随机抽样一致性算法[5], 此算法计算精度与RANSAC算法保持一致, 计算速度优于RANSAC算法。
2 图像配准
对于已经得到的图像间的特征点对, 要找出它们的单应性矩阵, 才能将视频图像对应拼接融合。目前, 基于特征点的图像匹配算法, 一般采用6参数的仿射变换和8参数的投影变换作为图像间的坐标变换方式。而对于非固定摄像头, 由于在拍摄过程中摄像头的运动复杂, 摄像头之间的角度距离等不确定, 待拼接视频图像之间的单应性矩阵参数可由公式4的8参数投影变换方式求出。其中 (x, y) 和 (x’, y’) 分别为匹配的特征点对, h1～h8为待解出的变换矩阵的8个参数。
理论上只需要从匹配的特征点对集中选取4对特征点, 就可以计算出投影矩阵中的8个未知参数。但是在实际情况中, 在有各种复杂情况下存在一定的精度误差, 造成一些误匹配的特征点对。这就要求通过计算剔除错误匹配点对, 获得最适合的变换矩阵。
3 融合算法
待拼接视频经过匹配后, 必须进行好的图像融合, 以获得高质量的拼接结果。由于摄像头方位角度差, 图像本身有亮度差异, 直接叠加的话会通过对比而放大[6]。另外, 使用普通网络摄像头获取图像的时候有畸变失真, 经过投影可能会放大这种失真, 从而影响结果的质量。获取视频图像时, 摄像头并非完全固定, 所以要对视频图像的每一帧都进行特征提取及配准融合, 尽可能使用简单有效的融合算法。
视频融合中常用的融合方法有加权平均法、多分辨率样条分析法、最佳缝合线法、渐入渐出方法等。为了保证算法的效率, 本文选择渐入渐出方法对配准图像进行融合。
4 实验结果及分析
实验测试平台为VS2008, CPU Intel (R) Core (TM) 2 Duo CPU T6600 2.2GHz, 内存2 GB。图4为本文方法得到的拼接结果。
从结果上看, 图2 (c) 融合过渡非常自然, 图2 (f) 中的图像重叠的杂物电线细节部分也不存在鬼影, 使用本文的方法得到了很好的拼接效果。
本文分别对双摄像头进行多次重复的实时拼接实验, 取平均时间作为视频拼接的实时性分析。对分辨率为640*480的摄像头获取图像进行拼接实时性分析如表1所示, 视频拼接每帧的速度有了明显的提高。
6 结束语
本文使用基于Harris角点检测的特征匹配方法, 结合改进的RANSAC算法对视频的初始帧进行配准, 克服了抖动、光照变化对视频拼接的影响, 获得高效高质、无缝高清的大视场视频图像, 满足系统实时性的要求, 具有良好的图像品质。
参考文献
[1]Lowe, David G. (1999) .“Object recognition from local scale-invariant features”.Proceedings of the International Conference on Computer Vision.2.pp.1150–1157.doi:10.1109/ICCV.1999.790410.http://doi.ieeecs.org/10.1109/ICCV.1999.790410.
[2]Herbert Bay, Andreas Ess, Tinne Tuytelaars, Luc Van Gool “SURF:Speeded Up Robust Features”, Computer Vision and Image Understanding (CVIU) , Vol.110, No.3, pp.346-359, 2008.
[3]Harris C, Stephens M.A combined corner and edge detector[C].Proceedings of the 4th Alvey Vision Conference.Manchester, UK:Springer Verlag, 1988:147-151.
[4]冯宇平, 戴明, 张威, 等.一种用于图像序列拼接的角点检测算法[J].计算机科学2009, 12 (36) :270-271.
[5]Chen Fuxing, Wang Runsheng.Fast RANSAC with Preview ModelParameters Evaluation[J].Journal of Software, 2005, 16 (8) :1431-1437.
实时系统 篇2
摘要：本文主要探讨了远程教育中实时性远程答疑系统的作用、特点、功能及其实现。它在远程教育中是非常重要的一环，对远程教育效果的提高起着重要的作用。
关键字：远程教育远程答疑系统答疑
一、前言
随着我国科学技术的进步和综合国力的增强，社会对高素质人才的培养，在质量和数量上都提出了新的要求。由于传统的教育模式即校内课堂教育需要投入巨额资金和大量高水平的教师，因此传统的教育模式在短期内难以得到大规模的发展，此外，校内课堂教育也难于满足在职成人继续教育和终身教育的要求。近年来，随着网络技术的发展和网络应用的普及，远程教育被认为是网络时代的新的教育形式，正在迅速发展，远程教育可以利用网络的丰富教学资源，提供各种形式的教学活动。如何处理好远程教育中学生在学习中遇到的问题是衡量远程教育效果的关键，所以说，远程答疑系统是远程教育中的重要一环。
为此，我们开发实时的远程答疑系统，通过网络实现了老师与学生进行远程交互。
二、系统的特点
本系统的一个特点就是能够实时的、准确并详细的解决学生在学习中遇到的问题，解决了基于网络数据库式答疑系统中出现的实时性差、解答不准确、答案不齐全的缺点。本系统运行时脱离网页，使学生在等待老师回答的同时，不影响浏览其它的网页。当老师把答案传递给学生时，系统会发出声音进行提示。有利于激发学生更大的学习兴趣，从而获得更好的学习效果。
三、系统的功能
本系统同时实现了答疑功能和提问功能以及学生自我测验的功能。
1、答疑功能
①学生在客户端输入问题，然后发送给服务器端;②老师在服务器端接收到学生的问题后，把准确的答案发给学生;③学生在客户端浏览老师的解答。
2、提问功能
①老师把要提出的问题发给所有的学生;②各个学生进行回答，然后再发给服务器端;③老师对学生的回答进行检查，然后再把正确答案发给所有学生。
3、学生自我测验模块功能：
当答疑时，学生如果想对自己这段时间内学习的效果做一个检查，可以选择测试选项，客户端会向服务器端发出请求，当服务器收到请求后，随机从习题数据库中抽取习题，然后发送给客户端，在客户端显示，学生对试题进行解答后再把答案发送给服务器端程序，服务器端程序再从数据库中检查答案是否正确，如果不正确，把正确的.答案传给学生。
四、系统组成及解决方案
根据系统功能的要求，本系统由服务器端程序和客户端程序组成，只要客户机和服务器都连上网络就可以进行工作。
五、系统功能的实现
本系统是由VB编写的，主要运用VB中的Winsock控件来实现客户端与服务端的链接，以及相互之间数据的发送和接收。
1、服务器端程序的设计
首先加载Winsock控件，并设置好接收和发送的端口，程序运行时进行监听和响应客户端程序的链接请求。链接成功后，把客户端的IP地址、学生姓名等信息存储起来，并给此客户端分配一个Winsock控件，然后把学生的姓名追加在下拉列表框内，以备老师选中其中一个学生进行回答或提问，也有利于老师了解有多少学生链接到服务器端上。
2、客户端程序设计
客户端运行时，自动把服务器的IP地址及端口号填写在程序中，学生只要输入自己的姓名，点击连接按钮就可以与服务器进行链接。链接成功后，就可以提出及回答问题。
3、习题数据库的设计
习题数据库用Access实现，分章节把一些较典型的习题及答案收集起来，并建立索引，以备学生从习题库中随机地抽取习题。老师可以随时对数据库中的习题进行添加，删除或者修改，以适应不同的需要。这种管理是十分必要的，首先，学习过程中，学生反复练习的一些习题显然应该换以新的内容;其次，随着学习的深入和学生水平的提高，可能会出现诸如习题难度不适应今后的学习，学习内容在一定程度上已经得到发展，导致相应试题失去了它的价值等问题。因此通过老师对习题库的管理，使它能够及时更新内容，日臻完善。
六、结束语
以上介绍了本系统，它的特点是实时性强，能够及时地、正确地处理学生的问题。但实时性的同时，要求答疑时老师和学生必须同时连接在网上，这同时也是本系统的一个弱点。作为传统教育教学的补充，Internet技术的发展，使得远程教育系统技术也在不断的更新。远程教育的明天会更辉煌，它将使任何人在任何时候和任何地方都能接受到所需要的教育，为人类经济繁荣，社会进步做出巨大的贡献。
参考文献
[1]王纯贤，吴焱明。 基于WWW的通用课程自动辅导系统[J].计算机系统应用，2000.8：21―23
[2]扬国才，王建峰，王玉昆。 基于Web的远程自学型教学系统设计及实现[J].计算机应用，2000.20.(4) ：61―63
[3]宋红，李珍香。计算机网络与远程教育[J].计算机与现代化 2000.70 (6) ：56―60
[4]
制氮机实时监控系统 篇3
【关键词】PLC；S7-1200；WINCC V7.0；报警；曲线；制氮
1、引言
制氮机实时监控系统是通過采集制氮系统现场冷却水、氮气、压缩空气的温度、压力、流量、氮气纯度等数据，把这些数据上传到监控画面上，用来监视制氮机的运行情况。制氮机实时监控系统的应用有以下几方面的优势：减少制氮机现场工作人员，降低了成本；制氮机现场噪音大，对操作人员身体有较大影响，改善了操作人员的工作环境；实时监控系统比人员现场巡视更加可靠，能够更加及时的发现制氮机的故障，提高了制氮机的可靠性及稳定性。
2、制氮机实时监控系统控制要求
所用模拟量显示数据都设有4级报警限制及历史归档曲线，所有操作数据都设有操作员行为记录。
3、制氮机实时监控系统构成及控制点
远达纤维制氮控机实时监控系统采用西门子PLC S7-1200系列，CPU、卡件及相关卡件、设备型号、数量为：
4、制氮机实时监控系统的配置要求
4.1CPU及I/O卡件
CPU及I/O卡电源分别由对应的空开控制。空开厂家选用施耐德公司，端子、保险端子选用Weidmuller公司的产品（接线端子：SAK2.5，保险端子：022276 06 ASK1 6.3A），保险配0.5A，需拧螺钉连接导线。
操作站为DELL T3600 1台（DELL T3600，配DELL系统恢复光盘软件，工作站CPU：Intel 至强四核 E5-1603，工作站主频：2.8GHz，CPU核心：四核，主板芯片组：Intel C600系列，内存描述：2x2GB DDR3 RDIMM），液晶显示器1台（DELL P2412H 16：9）
4.2机柜和附件
系统柜一面，系统柜高2200mm，柜宽1200mm，柜深500mm，柜内配置接地和接零排，做好镀锡处理。配线采用线槽布线，柜内配线选用镀锡线，接线端子处要求用镀锡鼻子。不同回路的端子排分界做有明确的分隔端子片，并做好了标记。接线两端标识好线号，线号标注为相反线号。卡件配有M排。系统柜内配置一块电源模块（朝阳电源，型号4NIC-ZL025，导轨安装）。
5、软件设计及技巧
软件编程采用的是西门子编程软件博途V11与人机界面WINCC V7.0来实现的。博途V11是WINDOWS环境下的PLC编程软件，利用它可以进行程序设计，编程实现，编写注视说明文档，语法检查与PLC（S7-1200）进行通讯。
上位机WINCC V7.0与PLC（S7-1200）的通讯是通过OPC服务实现的，如下图：
6、调试及结果
在PLC（s7-1200）与人机界面（WINC V7.0）通讯连接成功后，就能进行系统调试。首先通过多功能仪表在现场模拟信号，使得模拟的信号与上位机WINCC V7.0上显示数据一致，所有信号都成功后，再把现场线接入制氮机系统，进行带载连调。系统调试成功后，运行72小时候交接给工艺使用。
7、结束语
制氮机实时监控系统经工艺使用证明，它具有简单、直观、方便、控制灵活、可靠等优点，由于在设计阶段采用了性价比较高硬件及软件，节省了资金。
参考文献
[1]TIA.博途软件-STEP7.V11.编程指南.西门子（中国）有限公司.
生产指挥系统实时数据采集系统 篇4
天然气分公司实时数据采集系统通过覆盖全公司范围的网络, 提取生产装置的运行数据、安全数据、电数据、水数据、仪表风、原料数据、质量数据等原始信息, 建立一个包含全公司范围内的生产管理信息的采集平台, 对生产过程进行实时监控和有效指挥。采集软件采用紫金桥®Realinfo监控组态软件进行开发, 目前共设置数采前置机43台, 人工录入及32台, 囊括分公司九个油气生产单位、两个储运单位、一个销售中心的43个油气生产站队24套装置, 57套控制系统和26个计量系统, 实现了8922个生产数据自动采集、组态, 969幅流程图和25幅装置区三维鸟瞰图的传输与发布。
数据采集系统逻辑结构图如图1所示。
二、生产指挥系统实时数据采集系统的组建
2.1天然气分公司计算机网络建设。通过对局域网和广域网的改造, 分公司机关及所属大队局域网全部利用光纤接入油田公司主干网。大队下属所有小队包括偏远站队、计量间和变电所接入全部利用光纤接入本大队局域网或油田公司主干网。
2.2架设系统硬件设备
架设中心服务器。在信息中心机房架设故障转移集群服务器。计算机通过网线物理连接并通过集群软件实现程序上的连接, 可以使计算机实现单机无法实现的容错和负载均衡。群集的优点是两台服务器工作时都将历史记录、事件记录、报警记录存储到相同的地方, 两台机器不需要频繁同步。集群服务器双机热备过程如图2所示。
在每个装置设立前置机, 负责采集生产装置中控制系统的数据, 将数据传送给中心服务器。同时设置人工录入机, 负责录入不能自动采集的数据, 并将录入数据传送到前置机。
在前置机的设立中采用了断点续传技术。
断点续传技术用于数据库之间以级联方式进行通讯时, 当前置机与服务器间通讯中断, 前置机每隔一定周期, 向服务器发出传输数据指令, 超过超时时间后仍不应答, 将自动保存数据, 在规定时间内如果通讯故障排除, 那么这段时间内的历史会自动从子数据库中恢复到主数据库上。
2.3实施数据采集。通过在数采前置机和工控机间做数据采集的接口, 以工控机做服务器, 以数采前置机做客户端, 把工控机中数据写入实时数据库。生产装置中前置机和工控机的接口主要有以下几种:OPC (FOXBORO、ME) 、DDE (813、BENTLY、燃机) 、DB PLC (PLC) 、力控, 其中数量最多的是OPC和DDE两种技术。
2.3.1OPC接口技术。OPC (OLE for Process Control——用于过程控制的OLE) 定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法。OPC技术基于COM/DCOM, COM透过一组一组的接口提供服务, 所有COM组件的使用者必须透过这些接口来访问组件提供的功能。
OPC客户和OPC服务器进行数据交互可以采取同步方式或异步方式。
同步方式每一次读数据时读取该组中的所有项, 得到返回的数据后在采集周期内再次发出读取申请, 得不到数据就不结束此进程;异步通讯方式中, 客户端把关心的数据点通知Server, 并且提供一个回调函数, 只有关心的数据发生变化时, OPC服务器才调用其回调函数, 通知客户端做相应的处理。
在前期实时数据采集中, 大部分通讯方式采用异步方式, 在后期的测试中发现几个站队数据采集不上的现象。分析原因后发现, 工控机的OPC Server版本比较低, 同时, 数采通讯的优先级别要远远低于工控机本身数据处理的优先级, 在有大量的系统运算时, 就会出现服务缓慢或中断的现象。南一、一大队杏V-I原稳、杏三浅冷、六大队深冷都出现了这种现象, 如果改成同步通讯方式, 不断地发出读取申请, 又会增加工控机和数采机的负荷, 针对此问题, 研发了单组同步通讯方式, 它是同步通讯方式中的一个特例, 这种方式把原数据组中数据项重新分成若干组, 采取少量多次的方式采集, 以牺牲部分采集效率为前提, 既保证数据采集不中断, 又极大的减小了工控机和前置机的负荷。
2.3.2 D D E接口技术。D D E是一种动态数据交换机制 (Dynamic Data Exchange, DDE) 。使用DDE通讯需要两个Windows应用程序, 其中一个作为服务器处理信息, 另外一个作为客户机从服务器获得信息。客户机应用程序向当前所激活的服务器应用程序发送一条消息请求信息, 服务器应用程序根据该信息作出应答, 使用共享的内存在应用程序之间进行数据交换。
数采前置机将通过以上几种接口方式从工控机 (Server端) 采集到数据写入实时数据库, 形成基础数据, 创建生产信息数据仓库, 再通过数据整合, 形成可供各层面人需要的生产信息。
2.4web发布。采集的各种数据被分门别类的存储到数据库中, 通过将各个装置的流程、重要装置、关键参数控制点、重要数据进行合理布局, 做成高仿真的工艺流程图, 并将流程图中的数据与实时数据库中的数据源相关联, 每隔固定周期刷新一次, 使得生产人员可以在网络中的多个终端实时监测生产过程。
目前, 我们公司范围内的任何单位的终端, 为了防止公司的生产数据泄密, 我们给不同单位加了一定的访问权限。
三、存在问题及运行效果
目前, 生产指挥系统的实时数据采集系统还存在一定问题:
工控机对外通讯服务版本低。在前置机和工控机的通讯服务方式中, DDE是微软早期开发支持的一种通讯技术, 由于现在微软转而支持OPC接口技术, 而使DDE处于一个停滞不前的发展状态, 导致目前DDE通讯速度要明显低于OPC。D D E的服务机制也比较脆弱, 在生产指挥系统中8 1 3、BENTLY等系统都使用DDE服务, 导致在这部分的数据采集中更容易出现问题;在实施力控系统数据采集的时候, 由于技术人员很了解力控软件的开发过程, 将力控的系统服务进行了升级改动, 使对外通讯能力达到数采的基本要求, 才保障通讯的正常进行, 所以, 技术相对落后的力控系统对数据采集以及以后的采集能力的升级也是一种制约;目前OPC技术比较成熟, 但我们装置中工控机的控制系统大都是90年代左右的产品, OPC Sever的技术也已经大大落后, 我们不得不采用一些小的技术措施, 在不影响工控机本身的数据处理速度的前提下, 降低它系统资源的需求量, 以满足数采需求。
鉴于以上几种情况, 建议将生产装置中的控制系统进行升级或改造, 保证系统对大量系统运算处理更迅速, 对异常事件反应更及时。
人工录入部分数据量大。系统中有人工录入机32台, 人工数据录入点1202个, 要求每小时录入的数据是854个, 每八小时和二十四小时录入的是348个, 从一定程度上加重了岗位人员的劳动强度, 建议在检修改造中将这些点进行改造, 加装能够远传的二次表, 实现自动采集, 以减少劳动强度, 避免人工录入误差。
从总体上来说, 实时数据采集系统在生产中发挥的作用还是有目共睹的。
电力驱动系统逆变器实时仿真 篇5
摘要：介绍了采用实际控制器输出的PWM开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink实时模型。该模型既可实现电力驱动实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器开关死区时间。还给出了基于dSPACE实时仿真环境的逆变器-异步电机实时仿真系统的实现方法，针对开关频率为1kHz的逆变器，采样周期为11μs的实时仿真与仿真步长为100ns的离线仿真结果无明显差别。关键词：逆变器 开关函数 实时仿真
在交通和某些工业领域中的电力驱动系统的研制过程中，直接使用实际电机系统对新的控制器进行测试，实现起来比较困难，而且费用较高。因此，需要介于离线仿真和实机试验之间的逆变器-交流电机实时仿真器，与实际控制器硬件相连，在闭环条件下对实际控制器进行实时测试。由于这种实时仿真系统回路中有实际控制器硬件介入，因此被称为硬件在回路仿真（Hardware-in-the-Loop Simulation）。
尽管在真实系统上进行试验是必不可少的，但是由于采用实机难以进行极限与失效测试，而采用实时仿真器可以自由地给定各种测试条件，测试被测控制器的性能，因此实时仿真器可作为快速控制原型（Rapid Control Prototyping）的虚拟试验台，在电机、逆变器、电源和控制器需要同时工作的并行工程中必不可少。
图1 电源-滤波-逆变器-交流电机系统
由于目前数字计算机处理速度的限制，不能实现亚微秒级物理模型实时仿真，需要对逆变器开关过程进行理想化处理，因此引入了离散事件系统。离散事件逆变器子系统与连续时间电机子系统耦合，使变流器-电机实时仿真器成为变因果和变结构系统。变因果是指离散开关事件发生前后，描述连续时间电机子系统的动态方程的输入变量与输出变量会变换位置；变结构是指在仿真进程中，离散开关事件引发状态转换，使连续系统结构发生变化。因而需要对动态方程不断地进行调整和初始化[1]。
框图建模工具Simulink是控制工程仿真的工业标准，但Simulink本质上是一种赋值运算，由其方框图描述的系统是因果的。为了能应用Simulink建模工具，应该使变流器-电机实时仿真系统解耦为两个独立子系统，以消除变因果、变结构问题。
作为功能性建模方法之一的开关函数，可用于确定变流器开关器件电压与电流波形计算，以便进行系统优化设计。它在变流器的离线仿真中已得到成功的应用[2～3]。本文应用文献[2]
的开关函数描述法，采用实际控制器输出的PWM开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink模型。该模型既可实现实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器设置的开关死区时间，防止同一桥臂开关管直通。文中还将给出基于dSPACE实时环境的逆变器-异步电机开控制系统实时仿真的实现方法和结果。
图2 逆变器系统Simulink框图
1 逆变器Simulink模型
双电平三相电压源型逆变器由6个开关管和6个与开关管反向并接的续流二极管组成，见图1。采用实际控制器输出的6个PWM开关逻辑信号a+，b+，c+；a-，b-，c-定义逆变器a,b,c三相正半桥开关函数：
Sfap=1・×a+,SFbp=1×b+,SFcp=1×c+
和负半桥开关函数：
SFan=1×a-,SFbn=1×b-，SFcn=1×c-。
则全桥开关函数为：
SFa=Sfap-SFan,SFb=SFbp-SFbn，SFc=SFcp-SFcn。
逆变器输出端a,b,c与直流电流中点o之间的电压为：uao=0.5VDC×Sfab，ubo=0.5VDC×SFb,uco=0.5VDC×SFc，
其中，VDC为直流环路电压。由此得到线电压为：
uab=uao-ubo,ubc=ubo-uco,uca=uco-uao
相电压为：
uan=uao-uno,ubn=ubo-uno,ucn=uco-uno。
式中，uno=(1/3)(uao+ubo+uco)为电机三相绕组中点n与直流电流中点o之间的电压。
正半桥a,b,c相开关器件电流为：
is1=ia×Sfap,is3=ib×SFbp,is5=ic×SFcp
负半桥a,b,c相开关器件电流为：
is4=ia×SFan,is6=ib×SFbn,is2=ic×SFcn
三相电流为：
ia=is1+is4,ib=is3+is6,i
c=is5+is2
另外开关电流为：
is1=is1_s-is1_D,iS4=is4_D-is4_s
直流电流为：
iDC=is1+is3+is5
其中，is1_s,is1_D,is4_s,is4_D分别为a相正、负半桥开关管和续流二极管电流。据此，可建立逆变器的.Simulink框图模型。图2（a）～(d)分别是逆变器模型顶层和底层的Simulink框图。
2 实时仿真系统实现
著名的机电控制系统开发平台较是基于MATLAB/Simulink/Real-Time Workshop[4～5]开发的dSPACE实时系统。本文的相关课题选用单板dSPACE系统DS1103。
图3 宿主计算机/目标计算机结构
DS1103采用32位精简指令集处理器PowerPC 604e进行浮点运算。精简指令集处理器采用小指令集、多寄存器结构，指令执行简单快速；统一用单周期指令，克服了复杂指令集处理器周期指令有长有短，造成运行中偶发不确定性，致使运行失常的弊端。
DS1103板插入PC机主板的ISA扩展槽中，由PC机提供电源，所有的实时计算都是由DS1103独立执行，而dSAPCE的试验工具软件则并行运行于PC主机上。宿主计算机/目标计算机结构如图3所示。
Real-Time Interface(RTI)是dSPACE系统的实时实现软件，它对实时代码生成软件Real-Time Workshop进行扩展，集成了dSPACE系统I/O硬件实时模型，可实现从Simulink模型到dSPACE系统实时C代码的自动生成同，生成的实时代码包括实时内核和应用代码[6]。RTI还根据信号和参数产生一个变量文件，可以用dSPACE的试验工具软件ControlDesk进行访问[7]。
在功能强大的实时代码实现软件RTI与界面友好的试验软件ControlDesk支持下，可以很快地实现电力驱动系统快速控制原型与硬件在回路仿真测试。图4是采上述的逆变器模型与dSPACE系统I/O硬件模型组建的逆变器-交流电机系统Simulink框图。图中下部是逆变器-异步电机系统模型，作为实时任务T1，模型具有实际控制器的硬件接口，可输入6路实际的PWM开关信号，输出电流、电压等模拟信号；上部是PWM控制器模型，作为实时任务T2，模型由DSP控制器F240硬件产生实时PWM信号。T1与T2以异步采样模式工作，构成两定时器任务系统。为减少采样控制器输出引发的可变延时造成抖动的影响，设置T1的采样速率远高于T2的采样速率。
3 实时仿真结果
系统仿真是针对某电动汽车电力驱动系统的，其中逆变器参数为：PWM开关频率fPWM=1kHz，开关死区时间=7μs；直流电源与滤波参数为：电池开路电压Ebo=288V，电源内阻Rb=0.03Ω，滤波电容C=10000μF；异步电机参数为：132V，182A，50Hz，45kW，2900rpm；负载转矩=50Nm；交流电源参数为：相电压幅值=100V,频率=50Hz。实时仿真采用Euler数值积分方法（ODE1），T1采样周期=11μs，T2采样周期=PWM周期=1ms。
图4 逆变器-交流电机Simulink框图
图5是相电压uan、相电流ia、a相上半桥开关电流is1、S1开关管电流is1_s、S1续流二极管电流is1_D、直流环路电压VDC、直流环路电流iDC、任务总执行时间T1/tTT和T2/tTT的实时仿真波形。图中还显示出逆变器的输出电压空间矢量的矢端轨迹为正六边形，并内含从零电压矢量至六边形顶点的连线；而电机的转子磁链空间矢量的矢端轨为圆形。实时仿真系统经长时间连续运行，没有出现数值不稳定问题。
作为比较，对相同系统参数的逆变器-交流电机系统进行步长为100ns的离线仿真，并采用与实时仿真相同的Simulink模型（无硬件接口）和数值积分方法。结果是更小的步长并没有对仿真精度有明显的改进，这表明步长为11μs的实时仿真已经具有较高的仿真精度。
图5 逆变器系统实时仿真界面与波形图
农产品储运环境实时监测系统设计 篇6
摘 要：农产品运输车辆和储存仓库的内部温湿度等环境和位置参数是农产品物流调度管理的重要依据，综合使用物联网、无线传感器网络、GPRS无线通信、GSM短信、GPS、GIS等技术与方法，构建一个一体化的农产品储运环境的远程实时监测系统。
关键词：农产品物流； 物联网；实时监测； 一体化
中图分类号：TP393.0 文献标识码：A
Abstract：The environment and location parameters in the agricultural products transport vehicles and warehouse such as internal temperature and humidy are the important basis of agricultural products logistics scheduling management.By the comprehensive use of the Internet of things，the wireless sensor network，GSM SMS，GPRS wirelesscommunication，GPS，GIS technologies and methods，we built an integrated remote realtime monitoring system of agricultural products storage and transportation environment.
Key words：agricultural products logistics； IOT； Realtime monitoring；integration
1 引 言
随着农产品生产的专业化和集中化，农产品运输与仓储环节对农产品的品质和流通成本的影响也越来越大，运输与仓储的环境的参数准确及时获取是提高农产品物流管理水平和降低物流成本的重要依据。
目前，物联网[1]、无线传感器网络[2]、GPRS无线通信、GSM短信、GPS[3]、GIS[4]等技术已经应用于不同的农业环境监测领域[5-7]。本文将这些技术结合起来，建立一个一体化的农产品储运环境的远程实时监测系统，重点讨论了在上位机对采集数据处理、预警信息产生、历史数据查询。
2 系统架构
农产品仓储与运输是农产品物流的关键环节。本文提出，监测仓库环境参数由仓库终端监测，车厢环境由车载终端监测。车载终端和仓库终端将所测环境参数远程传送到监控中心，如图1所示。管理人员通过监控中心的软件掌握农产品储运环境的参数，监控中心的硬件组成如图2所示。
监控中心硬件设备主要包括公网服务器1台，指挥机服务器1台，数据库服务器1台，监控端3台，这些都是挂在局域网络上，其中公网服务器与CDMA/GSM/3G/INTERNET等网络连接，指挥机服务器与GPS指挥机群连接。其他附属设备包括打印设备、投影设备和大屏幕设备。
如图3所示在每个仓库或车辆货箱内部署硬件节点，它包括用于定位的GPS模块，用于采集温湿度信息的RS485模块和温湿度传感器，用于识别货品的RFID模块，以及远程传输相关数据的GPRS模块。RFID模块、GPS模块、温湿度传感器、乙烯传感器与数据采集模块RS485相连，将采集到的货品信息、位置信息、温湿度数据。乙烯含量交给RS485，并最终通过GPRS模块将这些信息经运营商网络传递至远程服务器。
在大型仓库中需要分布多个采集点，以监测仓库中不同区域的环境参数提高数据精度，这些采集点则需要通过Zigbee网络汇聚到GPRS模块。此外由于仓库位置相对固定，可在仓库节点部署时考虑取消GPS模块节约成本。
3 系统功能
如图4所示，运营中心监控系统总体上可划分为车载/仓库终端和监控中心两大模块，车载/仓库终端安装于各目标车辆上随车运行，实现对运输车辆信息的采集及网络通信功能；或是部署在仓库内部，仓库位置相对固定可不安装GPS模块如前面所述；监控中心部署在监控调度办公室，实现数据的可视化，实时监控调度等功能。
车载/仓库终端包括了3个功能模块：
信息采集：该模块利用传感设备采集运输车辆及货物的信息。包括利用GPS定位传感模块采集运输车辆的实时时间、位置信息（经度、纬度、海拔）、速度信息；利用RFID传感模块[8]采集货物标签信息，标签内可存储货物ID标识、名称、类别、备注等；利用乙烯传感器采集乙烯含量信息；利用温度、湿度传感器设备采集货车车厢环境参数等。
信息显示：该模块利用小型触摸屏显示传感设备采集的重要数据。包括车辆的时间、定位信息，RFID采集货物标签数据，传感数据，调度指令等供驾驶员了解当前运输状态，便于及时调整驾驶情况。同时显示常用操作按钮供驾驶员、仓库管理员使用，保证驾驶员、仓库管理员与监控中心的实时沟通；
数据传输：该模块利用GPRS通信模块的透明传输模式[9]，实现车载/仓库终端与监控中心的无障碍网络数据通信。包括将各传感器采集信息传送至监控中心，接收监控中心下达的调度指令，响应调度指令的应答信息传送等；
常用操作：该模块通过触摸屏供驾驶员、仓库管理员使用常用功能操作。包括对监控中心调度指令进行应答，在出现意外情况时进行人工报警。
监控中心功能模块可分为数据管理、监控功能和安全管理。
数据管理：该功能模块处理接收自各目标终端来的各部分数据。对接收数据进行解析、解密、校验和提取后，存储入数据库；根据接收信息的不同种类进行相应的功能调用处理；并对接收信息实现数据维护的功能。
监控功能：该模块实现数据可视化，是中心人员实现监控的主要功能模块。多目标轨迹绘制调用各目标终端发送上来的定位采集信息，实时在GIS平台上同步绘制各目标运输轨迹，便于中心人员查看；各目标管理模块管理GIS平台中显示的跟踪目标，包括目标形式设置、目标标识、目标跟踪信息查看、清除目标；该模块还包括中心人员通过GIS平台对指定目标终端下达调度指令、接收和提示终端人员给予的应答信号；报警处理包括接收参数超标自动报警信号、终端人员主动报警信号、可查验已运输轨迹的路径正确性；另外包括地图的常用操作功能等。
数据安全管理：该模块实现监控系统的数据安全管理。对符合运输协议的各目标终端发送的各组数据进行接收和处理，屏蔽其他非法数据，确保接收数据的安全性；对传送数据加密，进一步保证数据传输的安全性；根据不同权限设定中心人员可进行的不同功能操作，确保已存储数据不会被篡改。
信息管理，该部分是系统管理者对于人员车辆、仓库信息及一些固定信息的管理，其中固定信息包括最短路径的选择方案，配载原则等信息内置到基本信息中，管理者可以根据业务需求进行选择分配。车辆信息主要包括公司自营车辆档案资料信息，其中有车辆类型、牌号、种类等信息，仓库信息包括仓库位置、储存农产品类型、仓库管理员等信息。人员管理，即人员档案信息，包括驾驶员的驾龄，驾照号，姓名，出生日期以及仓库管理员的年龄、身份证号、姓名等信息。用户管理则主要是对系统进行增、删、改等处理，按用户分工的不同赋予相应权限。
4 结 论
本设计先是在实验环境下，进行各系统功能模块的单元测试，对软硬件连接进行调试，在整体系统运行稳定后，进行实际环境的现场安装与部署。在实地环境对整个网络设计和系统做最终测试。本系统是以物联网技术为基础，应用在物流运输领域的运营中心监测系统。综合利用GPRS、GPS、RFID、串口通信等核心技术，多角度、多参数的对物流运输车辆和储存仓库进行一体化监测，同时可实现对物流货物的自动化管理和全方位跟踪监测。
5 进一步研究方向
为更好适应农产品储运监控的发展趋势，在射频识别方面，可将现有的标签升级为有源RFID与无源RFID沟通的节点，集成超高频无源RFID读写芯片以降低标签成本；在适应更大数据量方面，可以将无线数据传输方式从GPRS升级为3G或4G通信；在数据分析方面可加入专业知识库的形成和数据挖掘方面的设计。
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实时动态声像定位系统 篇7
无边时空系统 (Illimitable Space System, ISS) 是由加拿大m Dreams Pictures公司的宋淼教授及其团队, 着重开发的互动媒体技术及其在舞台及纪录片拍摄方面的应用。
现有的ISS系统的系统功能主要是通过实时声像检测技术, 人体体感技术, 把人机互动的数据进行处理, 达到实时的影像, 同时能对人的手势和姿势进行分析及运算, 包括人体的骨骼及关节信息等。ISS也包括互动投影技术, 达到了混合现实的效果, 即人们在操控虚拟影像的同时也把真实环境融入进了影像, 从而增强了视觉及感官性。目前该技术主要应用于舞台效果和其他娱乐业产业上。
ISS技术在舞台效果的应用上, 表现出超出平日舞台效果的视觉感受, 随着舞台背景的即时变幻, 舞蹈也更加的生动, 给观众带来即时的视觉与听觉的享受。2014年4月, 宋淼担任了互动媒体的设计及制作的任务与中央戏剧学院导演系首次合作并尝试把数字互动多媒体技术应用到传统戏剧舞台的科研项目, 实现了无限空间互动多媒体装置应用到中戏导演系毕业大戏《如影随形》。
蒙特利尔的计算机数字多媒体工业在全球享有盛名, 计算机数字互动多媒体行业发展也尤其迅速, 可以联合国外专业团队, 在技术上处于领先位置。互动媒体技术在艺术团体演出与舞台特效运用方面, 在中国是一个新兴产业。实时动态声像定位系统研究与示范应用, 是一个有无限潜力的行业, 尤其是专业团体的演出方面。
此项目有着很大的提升与完善空间和市场价值。m Dreams Pictures公司已经在承接不同的创意项目, 为有些舞台创作量身定做, 以使得无限空间系统更完善。
电网实时线损分析系统 篇8
1 提出背景
1.1 实时线损计算的提出
结合城乡电网的建设和改造工作, 努力降低电能损失和功率损耗、加大降损力度、倡导和实施节能用电, 对有效提高电力资源的综合利用率, 改善我国电力能源日益紧缺的局面, 向全社会提供更多的优质电力资源, 促进社会的经济建设和发展起到了良好的推动作用。因此, 做好线损管理与节能降损工作是电力企业提高供电水平、提升服务质量, 提高社会效益和经济效益, 增强企业实力, 开展优质服务, 建设‘一强三优’的现代公司的重要保障工作。
随着变电站远程抄表系统的建设和用户端远程抄表系统的建设和日趋成熟的现场电能量采集技术, 实时数据已能够准确无误的集中到供电公司后台数据库里, 给开发研制实时线损管理系统提供了坚实的硬件基础。
我们需要将两个系统进行有机的结合, 建立实时线损管理系统, 实现在监测中心集中管理各考核单元的线损率, 实现全公司统一的线损管理由“管理结果”到“管理过程”的根本性转变。
1.2 实时线损计算的目的
实时线损管理系统以SG186系统数据和远程抄表数据为基础, 通过从现有的变电站、负控、高压和公用变台系统中实时提取相关的数据, 实时计算线路线损、分段线损 (峰、谷、平段) 情况以及线路分支线损, 来辅助供电企业进行用电决策, 构建综合线损分析辅助系统, 实现实时线损计算和管理, 达到设备管理数字化、业务管理无纸化、数据分析自动化的目的。
1.3 实时线损计算的作用
(1) 从总体上可以将线损中的技术线损和管理线损区分开来, 并及时发现计量故障和用电异常情况, 以便及时对计量故障和用电异常进行检查和处理。
(2) 将线损按照电压等级, 线路, 变压器和管辖区域进行分类统计为管理考核提供数据支持, 并与现行管理机制相适应。
(3) 能够给出各种线损统计, 指导确定降损方案的制定, 并给出降损措施的效果分析。
2 电力网线损研究的意义
2.1 线损的定义
在输配电过程中, 电能的传送和电磁转换皆是通过电流来实现的, 电流通过导线时要产生损耗。此外, 运行在网络中有大量的输配电变压器、电容器、开关、仪表等设备, 这些设备本身也要消耗一定的能量。因此, 工程上把给定时间内, 电网中所有元件产生的电能损耗称线损电量, 简称线损。
2.2 研究线损的意义
(1) 提供评价电力系统电网结构及运行方式经济性的依据。
(2) 确定电网中损耗过大的元件和设备并找出损耗大的原因。
(3) 考核实际线损是否真实、准确、合理, 根据实际线损与理论线损的差值确定管理线损的多少, 以衡量营业管理的水平, 以便采取措施把线损降低在一个比较合理的范围内。
(4) 根据理论线损中导线的损失电量和变压器损失电量所占的比重, 以固定损耗和可变损耗所占的比重, 可找出电网中的某些薄弱环节, 以确定技术降损的目标, 以采取有效措施不断降低线损。
(5) 为制定线损计划指标、采取降损措施、总结节能用电成果提供理论依据。
(6) 为电网的发展规划、改进计划提供科学依据。
3 系统设计方案及功能介绍
3.1 设计目标
电网实时线损分析系统旨在建立一个供电企业内部的实时线损数据在线监测和分析处理平台。该平台利用供电企业内部局域网, 将与线损计算相关的SG186营销业务管理系统、变电站远程抄表系统、用电信息采集系统等相关数据有机的结合起来, 实现实时线损计算分析。
通过信息技术、无线通讯技术、数据仓库技术、JSON数据交换格式等现代技术手段, 实现一个完整的智能化用电检查管理平台, 从而形成一个智能化分析、信息化管理、无纸化办公、实时数据处理的立体化管理平台。
3.2 设计原则
在系统建设上, 系统可按照以下原则进行建设:
(1) 以数据为核心、以业务为支撑、以服务为目的。
(2) 先进性与实用性相结合的原则, 能够进行灵活调整, 适应用电检查工作的实际情况。
(3) 兼容性和可扩展性。
(4) 可操作性、易用性原则。
(5) 可维护性。
(6) 渐进式实施原则。
(7) 系统安全机制。
3系统实现的功能
(1) 自动从SG186系统中提取线损计算所需要的相关档案数据, 并根据SG186系统数据的变化而自动更新, 完全做到自动提取、无需手工操作。
(2) 自动从科林变电站远程抄表系统与南瑞远程电能抄表系统中, 提取计算线损所需要的抄表数据, 形成以小时线损、日线损、月线损的整套线损数据。
(3) 能够计算110KV变电站的主变三侧平衡、母线平衡等母线电量平衡计算。
(4) 实现实时线损的计算, 便于对线损异常情况进行监测, 及时有效地发现计量故障和用户违章窃电行为。同时可以任意调取2个时间段线路供电量和该线路下的所有变压器总表的用电量为售电量, 计算该时段的线损率, 从中发现异常情况, 并可以将线路线损指标与线损进行实时对比分析及处理。
(5) 通过对重点线路的24小时线损实时监测, 提供单条线路日线损统计对比图和24小时线损对比图, 达到线损的精细化管理。
(6) 准确的核对SG186系统中录入的表底与当天抄表时的远传表底是否相符, 给电量计算提供了准确的、快速的核对工具。
(7) 监测预付费装置状态, 分析预付费用户数据是否存在异常。
4 效益分析
4.1 经济效益分析
4.1.1 直接经济效益
此系统最早在一个供电所全面开展, 该供电所月平均售电量1100万kwh, 实行实时线损率监测后, 10KV线损率降低了1个百分点, 即每月节约了10万kwh电量, 每年多收回100万kwh电量, 折合60万元, 可谓效益可观。是一个投资小效益高的项目。
4.1.2 间接经济效益
用电检查人员出动的人/次数减少, 不用再对整条高损线路盲目普查, 只需对电量异常户进行筛查, 减少了人力物力的开支。
4.1.3 社会效益分析
通过本系统的智能监测和科学分析准确诊断用户计量设备的运行状态, 及时发现故障, 最短时间内进行故障处理, 保证了用户和本公司计量设备的安全长期运行。发现电能计量有异常的及时能够与用户进行协商追退电量的问题, 将问题解决在萌芽状态, 杜绝了计量设备故障运行发现滞后, 不仅损失了电量, 还给追加电量的工作造成很大麻烦, 通过此系统, 使用户和供电公司人员心里都有一个明白帐, 用户工作比较容易做通, 增加了社会效益。
5 项目的实施及应用效果
5.1 项目启动
在各级领导的关心和支持下, 无极县供电公司“电网实时线损分析系统”于2011年10月启动建设。为顺利完成此项目, 我们成立了以无极县供电公司营销部人员为基础人员, 聘请其他科研机构为外协的科技开发小组。项目建设初期, 为保证“电网实时线损分析系统”的顺利快速实施, 公司组织了专门的研制小组, 组长由公司经理担任, 主管营销副经理兼副组长, 小组成员有营销部、计量中心、调度通信、计算机网络管理、供电所还有软件公司等部门的人员。分工明确, 任务落实到人, 考核到人。
在项目实施过程中得到北京市供电公司海淀分公司、石家庄供电公司发展策划部、营销部等部门相关专家的大力支持和有力的技术指导。
5.2 电网实时线损分析系统的应用
系统达到了设计规范的要求, 具备良好的人机互动界面, 操作简单易学, 适合于大面积推广。
系统采用的产品和技术符合国际、国家或行业标准。
系统共享变电站和用户端远程抄表数据, 共享SG186数据, 实现了数据的格式统一。
系统提供开放的操作平台, 在局域网上的任何一台电脑都能查询实时线损率数据和曲线、表格。
系统具有严格的安全性:通过权限设置只有1台维护电脑可以进行基本档案的维护, 保护数据不被非法截获或非法修改。
系统的应用是线损管理过程中一个突破性改革, 提高了生产力, 提升了管理水平和管理效率, 把管理人员从数字中解脱出来, 使管理人员有更大的时间侧重于发现问题和解决问题。
摘要：电网实时线损分析系统以国家电网SG186营销业务管理系统为基础, 集成变电站远程抄表管理系统、用电信息采集系统, 形成一个完整的数据综合管理分析平台。它集计算机技术、通讯技术、网络技术、数据库技术为一体, 以实时采集的电网运行数据为计算数据的来源, 对这些分散数据进行分析, 得到配电网接线结构, 实现线损数据的在线监测、自动生成、实时分析, 帮助供电企业及时发现计量故障和违约用电情况, 为供电企业节能降损提供数据来源与技术支撑。而降低线损率等于在企业生产成本不变的前提下提高企业的经济效益, 对于供电企业而言具有重要的意义, 是提高电网经济效益的一个主要途径。
关键词：实时线损计算,在线监测,降损分析
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论实时系统和办公系统的整合 篇9
在公司正式运作后, 公司自主开发了OA系统, 用于实现无纸化办公。领导发现办公信息只能在办公室处理、生产信息要去调度室处理、查看装车数据要去地衡室。如果要在公司任何地点都可以实时查看所有数据, 就要同步信号和数据, 将这些系统进行整合。
这些系统只有OA系统是公司自行开发的, 其它系统都是外购的, 二次开发成本都很高。为了节省成本, 避免长期依赖外部采购, 培养自己的管理人才, 公司决定自己进行系统的整合。第一步先整合雷达信号进入DCS系统, 采集上传的罗斯蒙特的液位状态生成实时的罐量示意图。第二步由DCS系统开发B/S结构的发布系统, 提供支持TCP/IP的网络输出, 上传DCS系统的整合信号给OA系统。第三步将地衡系统的后台数据库系统由ACCESS升级为SQL数据库。第四步在OA系统中建立调用DCS系统的上传信号和输出界面, 设计关键用户 (各级领导、生产和计量主管、调度) 需要的查询界面调用DCS系统信号和地衡的SQL数据库, 根据生产流程设计公司整体的运转流程数据查询、统计和分析图表。
第一步, 罗斯蒙特的专用软件将雷达信号显示为数字信号, 需要专门的RS485转RS232转换器将数据传入PC上位机, 动态的显示在罗斯蒙特的专用软件上, 如果不进行改造, 只能单机使用。我们使用Visual C++设计了一个RS232端口分析软件, 监测RS232的数据, 将信号进行分析, 并实时的显示分析软件中, 将分析的结果和罗斯蒙特软件显示的数据进行对比, 经过一个月的时间, 成功的完成了信号转移的准备。然后在力控DCS系统中建立罐量显示图, 将RS232的信号转移到力控的工控机上, 单机版的罐量示意图显示成功。实现了罗斯蒙特雷达信号和力控系统的初步融合。
第二步, 我们查阅力控的B/S架构发布参考, 在工控机上建立B/S结构的发布系统, 在工程中调用雷达信号、管线压力、阀门状态, 发布整体DCS系统的信息。通过路由器连接实时和办公系统的网段, 设置防火墙只能以特定的端口向办公网段提供信息, 不能写进信息, 以保证实时系统的安全性。OA系统中直接调用路由器转发的信息, 至此大部分实时系统的信息都可以在OA系统中监测了。
第三步, 升级装车系统的数据库。装车系统实时信息的采集通过托利多的LINUX内嵌系统将地衡数据通过RS232的方式传入PC机, 微分装车系统采集RS232的数据, 将过磅数据, 装车数据, 车辆信息都存入后台的ACCESS数据库中, 数据库的连接采用Windows的ODBC方式连接设定好的系统DSN。由于该系统使用的是Delphi编译后的系统, 我们联系开发商更新了数据引擎文件, 可以连接到MS SQL SERVER, 然后修改了系统DSN。将数据库服务器安装在机房, 安装双网卡, 对办公网段仍然只提供读取服务, 避免办公网段影响工控网段的运作。至此地衡系统的数控库升级完成, 原先地衡系统都是独立运行, 如果管理不当、维护不及时会出现数据不同步。升级网络数据库后, 原有的单机版的系统同时也升级成了网络版的系统, 所有的地衡数据库在一个数据库系统中, 维护管理工作减少了75%, 解决了数据不同步的问题。
第四步, 我们使用NET环境开发的OA系统, 使用C#语言, 数据库同样是MS SQL SERVER, 这样整体系统的整合就方便了。为了整合实时系统和OA系统, 我们增加了生产系统模块, 在该模块中实现了公司生产系统流程管理、工艺管理、数据查询、统计分析、报表出图等功能。实现过程中参考了中石油SAP油品流程设计系统, 从中借鉴和我们实际生产相同或近似的环节, 整合分析, 总结出我们自己的管控流程的方法, 设计了入库12步系统、出库16步系统、对油品的检查、化验、扫线、倒灌、加热、控制用电、配额输送、入库车辆管理等, 都纳入了我们的流程设计中。开发测试将近两年的时间, 最后终于实现了预期效果。整体系统交付运作一年以来我们不断的进行网络和数据库的优化, 不断的提高网络运作的可靠性, 系统的问题逐渐的减少。
经过这次实时系统和办公系统的整合, 在低成本的运作下, 公司的网络信息化上了一个层次, 信息部的技术水平和知识积累大幅上升, 公司的管理水平有了质的飞跃。整合费用大都投资在人员培训和学习上, 公司的凝聚力极大的提高。公司的业绩年年创新高, 我们的薪资也不断提高, 在不久的将来我们还要将知识变成力量, 让知识发挥更大的作用, 让知识学习创新带给我们更好的明天!
参考文献
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实时系统 篇10
目前数据安全对企业以及个人用户越来越重要, 因此容灾和远程备份技术正成为目前研究的热点。当前linux下较成熟的文件同步软件rsync等提供了文件同步功能, 但他们的问题也很明显:首先, 不能实时监控文件系统来判断文件的更新变化, 而只能通过守护进程或者手动的方式进行指定文件的同步;其次, 未能考虑到企业中的一些特别的需求, 对主机两端实时数据文件的同步没有实现;再次, 传统的软件都是利用定点备份的方法, 设置一个时间段, 每隔一个时间段备份一次, 数据实时性较低。
本文提出了一种基于文件操作时间的差异备份方法, 利用linux下的inotify机制对文件进行实时监控, 当用户对所监控文件进行修改后, 捕获文件的变化信息, 转化为程序可识别时间, 对文件操作进行记录, 然后利用rsync经典算法计算出差异数据, 通过网路进行传输。
2. inotify机制介绍
inotify的API都使用文件描述符, 这样可以将监控粒度控制到单个文件, 而dnotify机制的控制粒度则为单个目录。使用文件描述符更大的优势在于对inotify的操作也可以使用read () 、close () 、select () 等这些传统的文件操作函数。
2.1 int inotify_init (void)
创建并初始化一个inotify实例, 该函数返回一个文件描述符。可以认为这个函数是打开一个inotify类型的文件并返回该类型文件的描述符。
2.2 int inotify_add_watch (int__fd, const char*__name, uint32_t__mask)
增加监视文件 (监视器) , fd用于指明该文件被添加于哪个inotify实例, name用于指名该文件的路径, mask则指明了该文件所有的监控事件。该函数调用成功后返回一个监视器的描述符。
2.3 int inotify_rm_watch (int__fd, int__wd)
从fd中删除一个监视器, wd指名具体的监视器。
3. Rsync算法介绍
rsync是unix/linux下同步文件的一个高效算法, 它能同步更新两处计算机的文件与目录, 并适当利用查找文件中的不同块以减少数据传输。rsync中一项与其他大部分类似程序或协定中所未见的重要特性是镜像只对有变更的部分进行传送。rsync可拷贝/显示目录属性, 以及拷贝文件, 并可选择性地压缩以及递归拷贝。rsync利用由Andrew Tridgell发明的算法。rsync的算法如下: (假设我们同步源文件名为file Src, 同步目的文件叫file Dst)
(1) 分块Checksum算法。首先, 我们会把file Dst的文件平均切分成若干个小块, 比如每块512个字节 (最后一块会小于这个数) , 然后对每块计算两个checksum, 一个叫rolling checksum, 是弱checksum, 32位的checksum, 其使用的是Mark Adler发明的adler-32算法, 另一个是强checksum, 128位的, 用md5 hash算法, checksum算法定义如下:
a (k, l) = (∑Xi) mod M
b (k, l) = ( (l-i+1) Xi) mod M
s (k, l) =a (k, l) +216b (k, l)
上面公式中, s (k, l) 表示数据块Xk, ..., Xl的滚动校验值, 为了简化计算, M取值为216。这种校验计算公式具有一个非常关键的特性, 就是后续校验值可以通过递推关系高效地计算获得。
a (k+1, l+1) = (a (k, l) -Xk+Xl+1) ) mod M
b (k+1, l+1) = (b (k, l) - (l-k+1) Xk+a (k+1, l+1) ) mod M
s (k+1, l+1) =a (k+1, l+1) +216b (k+1, l+1)
因此, 给定X1, ..., Xn的校验值, X1以及Xn+1, 我们就可以快速地计算出X2, ..., Xn+1校验值。这样, 利用这种性质我们就可以高效地计算数据块连续校验值, 大幅减少checksum计算量。
(2) 传输算法。同步目标端会把file Dst的一个checksum列表传给同步源, 这个列表里包括了三个东西, rolling checksum (32bits) , md5 checksume (128bits) , 文件块编号。
(3) checksum查找算法。同步源端拿到file Dst的checksum数组后, 会把这个数据存到一个hash table中, 用rolling checksum做hash, 以便获得O (1) 时间复杂度的查找性能。这个hash table是16bits的, 所以, hash table的尺寸是2的16次方, 对rolling checksum的hash会被散列到0到2^16–1中的某个整数值。
(4) 比对算法。这是最关键的算法, 细节如下:
a.取file Src的第一个文件块 (我们假设的是512个长度) , 也就是从file Src的第1个字节到第512个字节, 取出来后进行rolling checksum计算。计算好的值再到hash表中进行查找。
b.如果查到了, 说明发现在file Dst中有潜在相同的文件块, 于是就再比较md5的checksum, 因为rolling checksume太弱了, 可能发生碰撞。于是还要算md5的128bits的checksum, 这样一来, 我们就有2^- (32+128) =2^-160的概率发生碰撞, 这个值太小了可以忽略。如果rolling checksum和md5 checksum都相同, 这说明在file Dst中有相同的块, 我们需要记下这一块在file Dst下的文件编号。
c.如果file Src的rolling checksum没有在hash table中找到, 那就不用算md5 checksum了。表示这一块中有不同的信息。总之, 只要rolling checksum或md5 checksum其中有一个在file Dst的checksum hash表中找不到匹配项, 那么就会触发算法对file Src的rolling动作。于是, 算法会住后step 1个字节, 取file Src中字节2-513的文件块要做checksum, go to (a) .
4. 系统框架图
本系统的服务端运行在linux系统下, 随系统启动。主要功能模块包括inotify监控模块, 控制模块, 文件数据处理模块, 网络通信模块, 日志记录模块和异常处理模块。
控制模块:监控管理备份系统的各个模块, 协调各个模块的运行。并统一管理备份系统中的日志信息和异常信息。
静态文件数据备份模块:静态文件数据备份模块主要完成对文件的完全备份。
实时文件数据备份模块:实现文件的差异备份, 采用经典的Rsync算法计算出更新文件的差量数据, 并通过网络传输模块完成对数据的传输。
网络传输模块:主要任务是完成服务器端与客户端的链接, 并且完成对数据的传输。
日志记录模块:以特定的格式记录每个模块中的状态信息, 在备份任务创建和完成以及由于某种原因中断时, 记录下状态信息。
异常处理模块:负责对备份系统异常信息的处理方法。
5. 静态文件备份模块流程图
静态文件备份流程详细描述:
(1) 程序开始接受客户端数据;
(2) 分析接受到的客户端数据对进行备份初始化;
(3) 分析接受到的客户端数据, 取得客户端发送来的需要备份的路径列表记录;
(4) 在路径记录列表中读取到一条记录以后获取路径信息, 并且将路径信息返回给客户端;
(5) 若路径为文件路径, 则按行读取文件的内容, 将其送往发送缓冲区, 之后数据通过网络发往客户端, 遇到EOF后返回;
(6) 判断源列表记录是否还有记录, 若有则返回步骤4, 若无则将结束标志发往客户端, 结束数据传输;
(7) 若路径为目录, 则递归的读取此目录下的所有文件, 将文件数据发往数据缓冲区, 通过网络将数据发往客户端, 若目录中没有未处理文件或者目录, 则返回6。
静态文件的备份主要是在客户端设置备份的周期, 若备份周期为一周, 则在第一次备份完一周以后再执行一次静态文件的备份。
6. 实时文件备份模块
6.1 实时监控模块流程图 (如图3)
6.2 实时文件备份模块中文件数据处理流程图 (如图4)
实时文件备份模块中文件数据处理详细流程:
(1) 等待文件更新变化的发生, 从事件队列中读取事件, 判断事件的类型;
(2) 有新建的文件或者有复制过来的文件, 则对文件内容划分数据块, 放入缓冲区, 并进行数据传输;
(3) 读取更新文件, 按照RSYNC算法计算两种校验码, 并与校验码附加文件中的校验码进行对比后计算出差量数据, 构建好完整的数据包后放入缓冲区, 通过网络传输到客户端。基于RSYNC算法的文件内容更新步骤如下:
a.在服务器端, 当为指定的文件进行监控初始化时, 建立一个校验码附加文件, 将原始文件filesrc平均分成大小为b字节的若干个小块Bi, 针对每个数据块bi, 计算出两个校验码ri和mi, 即滚动校验码和MD5哈希函数, 在实际的对比过程中, 滚动校验码用来区别不同, 而MD5哈希函数是用来确认相同。将这两个校验码和文件相关信息存储为附加校验码文件checksum.txt。
b.在有更新事件发生后, 读取旧文件的checksum.txt文件中的校验列表, 并为该校验列表建立哈希表, 针对校验码序列, 遍历新文件, 按照同样的方式对新文件进行分块, 从第一块开始, 先计算出滚动校验码, 在哈希表中查找, 若有匹配, 且之后计算出的MD5校验码也匹配, 则将索引号组织为更新包放到缓冲区, 然后后移一块, 对比下一块;如果在哈希表中找不到相应的滚动校验码或者找到滚动校验码之后对应的MD5码不匹配, 则表示这一块中有不同的信息, 后移一个字节后分块, 再计算滚动校验码, 重复这样的过程直到比较完整个文件。
c.通过网络传输数据更新包。
d.在客户端, 通过服务器传输过来的更新同步数据包和旧文件来构建新文件。
7. 系统实现
本系统服务器端采用Cent OS6.2系统, 功能实现主要采用c语言和shell脚本来完成, 分别实现了静态文件备份和实时文件备份。为了简化用户操作步骤, 缩短用户熟练使用软件的周期, 客户端采用MS windows server2003系统, 用c语言集合面向对象语言c++完成了人机交互界面和相应代码程序。客户端和服务器采用soket方式连接。
8. 结语
本文介绍了一种新的linux下远程文件同步模型——基于Rsunc算法的远程文件同步系统。该远程文件同步系统提高了系统运行效率和提供较高的可扩展性, 弥补了当前linux下远程同步软件所存在的特殊要求不可达、带宽占用多等问题。
参考文献
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[3]李夷苒, 李涛, 胡晓勤, 马晓旭.《基于事件的文件备份方法研究与实现》[J].计算机工程与设计, 2010, (21) .
实时系统 篇11
一、食品安全实时监控系统的基本内涵
所谓食品安全实时监控，即以计算机网络为依托，通过食品质量信息、安全监管信息、消费公示信息等各种信息的快速传递。达到即时知晓食品信息、即时采取相应行动的目的，实现监管人力最佳配置，监管效能最大提升。食品实时监控系统以农贸市场、超市(信息采集平台)、工商分局(汇总上传信息平台)、区局(管理控制平台)三大平台为运行基础，实现监控、发布、预警、分析四大信息功能，
在整个系统中，信息采集平台设置在各市场、超市，由市场、超市作为网络运行的信息起始端。履行数据采集职能，每天对场内食品进行快速检测，并将食品检测的有关情况通过电脑详细录入到食品安全实时监控系统中。数据采集完成后，系统会自动对市场、超市上传的食品检测数据进行收集、汇总及统计分析。通过数据整理，分局作为信息初步分析处理平台，能够立即浏览到辖区所有市场、超市当日的食品检测情况，并根据食品检测的具体情况迅速作出判断处理。对于有毒含量超标轻微、尚未销售出去的情况，分局直接对问题市场、食品经销户进行处理，监督经营者立即停止销售，按照食品准入制度要求做退市处理；对于检测出有毒含量超标严重且超标食品库存量大的情况，分局立即通过实时监控系统上报区局，同时派出执法人员赶赴现场控制局势，区局作为管理控制平台可根据分局反映的情况，通过实时监控系统对各分局下达指令，部署处置行动，对各市场、超市发出监测通知，密切关注同类食品的进货及销售，同时通过实时监控系统在红盾信息网上向社会公众发出消费警示，向政府其他职能部门通报有关情况，开展联合执法，及时处理突发事件。事件处置完毕后，各分局将具体处置情况通过实时监控系统向区局进行详细汇报。通过整个网络系统的循环运转，完成市场(超市)、分局、区局间的三级联动，实现对辖区食品安全及时、有效的监控。
通过数据采集、汇总上传和管理控制三大平台的有效运行，食品安全实时监控系统实现四大信息功能。一是信息监控功能。市场(超市)将每天的食品检测情况输入电脑，通过实时监控网络传输至管辖分局和区工商局，一旦出现不合格食品。工商部门可根据市场录入的信息，迅速查找到不合格食品的销售市场(超市)、经营档主，追查到不合格食品的供货来源，及时采取控制措施，同时监控系统还将屡次违法违规的经营者列入黑名单，实施重点监管。二是信息发布功能。当市场出现食品安全突发事件时，市场(超市)可通过实时监控网络将有关情况上报至辖区分局，分局立即核实，并将有关情况通过实时监控网络报告区工商局，区工商局通过实时监控网络下达排查指令，并发布信息指导市场采取处理措施，实现三级联动。三是信息预警功能。在食品检测中，一旦检测出不合格食品或出现食品突发事件，实时监控网络会自动弹出对话框，提示出现不合格食品。需要采取应对措施。四是信息分析功能。实时监控网络设置有统计报表功能，定期对食品检测情况进行分析，定期统计出每种食品的检测合格率，并将有关情况转换成图表形式形象地展示出来，通过定期的分析比较，可以确定需要重点监控的食品和地区，有效地利用有限的人力资源，发挥更大范围的监管作用。
二、食品安全实时监控系统的建立
为进一步完善目前的食品安全监管体制，有效配置监管人力，实现监管信息及时反馈，处置行动快速反应，2006年以来，顺德区工商局以手段创新为依托，走信息化监管道路，积极探索市场食品实时监控系统建设工作。
(一)领导高度重视是建立食品安全实时监控系统的前提。把好食品质量准入关是食品安全监管体系的一项重要内容。顺德区工商局党组从落实科学发展观和构建和谐社会的高度，提出了以建立市场食品实时监控系统加强食品质量准人、交易和退市监管的设想，并专门成立了调研小组，对建立市场食品实时监控系统的可行性进行了深入的调查研究。通过调研，局领导认识到通过和当地政府相关职能部门进行资源整合与共享，由政府部门负责，工商部门牵头，其他职能部门密切配合，完全有条件建立市场食品实时监控系统。随后，区局组织制定了实施方案，确定了市场食品实时监控系统的主要内容、实施步骤和具体要求，做到有计划有步骤地开展工作，切实保证市场食品实时监控系统建设工作顺利进行，落到实处。
(二)完善软硬设施是建立食品安全实时监控系统的基础。面对食品安全监管人力、反应时效的瓶颈，区工商局积极谋划，明确信息化监管的工作思路，以技术创新，促效能提升，突破监管手段的局限，联系软件公司开发了实时监控软件，确定了试点分局、试点市场(超市)，进行实时监控系统的模拟操作，并针对试运行中存在的问题，对软件不断进行修正完善，于2006年11月初完成软件的开发工作，为监管效能的提升提供一个有力的技术支持。
要建立食品安全实时监控系统，硬件设施的支撑是必不可少的条件，区局积极开展了宣传动员工作，要求各市场、超市克服眼前利益的局限，切实承担起食品质量管理责任，配合政府做好实时监控工作。在区局的推动下，全区已有41个市场，29个超市配置了快速检测仪器进行检测，同时经过动员，市场开办单位、超市经营者还将检测操作规程、检测员职责贴上墙面，使检测工作制度化、规范化。目前，有39个市场、24个超市开始正式运行实时监控系统。
(三)加强组织培训是推行食品安全实时监控系统的关键。软件开发完成后。应用推广就摆上了日程。食品实时监控系统的推广实施，每个市场、超市必须要有一名懂使用监控软件的电脑操作人员。为了提高操作人员的业务能力，顺德IX_T_商局积极组织操作培训，聘请软件公司技术人员讲解食品实时监控网络的具体操作及基本功能。一是组织内部培训，顺德区工商局组织相关科室及各分局实时监控管理人员进行培训，学习实时监控系统的具体操作及监控软件的安装；二是
组织对外培训，各分局掌握基本操作后。召集辖区市场、超市电脑操作人员进行集中培训。操作人员素质的提高为食品安全实时监控系统的运作提供了重要保障。
(四)资源整合是推行食品安全实时监控系统的必由之路。食品安全监管工作环节多，涉及面广，是一项综合性的监管工程，部门间的沟通衔接对于食品安全监管工作至关重要。区局一方面积极向政府汇报工作，争取支持。明确了农业部门在食品安全监管中应提供技术支持，并划拨专项资金为全区市场(超市)配置食品快速检测仪器，由农业部门负责检测的具体指导及培训工作。另一方面，积极发动市场开办单位、超市经营者展开食品日常检测。
通过与农业部门的紧密合作，实现了检测环节与流通环节的有效衔接，改变了以往市场(超市)检测信息只报送至农业部门的做法，实现了信息互通和执法联动，流通领域的食品监管得到检测手段的有力保障。在2006年12月初全市工商系统开展的市场突发事件模拟演练中，该局通过实时监控系统实现了信息的有效传递，取得了良好效果，得到有关领导的充分肯定和高度评价。
三、建立市场食品安全实时监控系统的成效及思考
自2006年11月15日区局市场食品实时监控系统试运行以来，共检测农副产品4682批次，其中不合格31批次，不合格率为0.66％，下柜退市不合格食品600余公斤，有效遏制了食品安全方面违法违规行为的发生，工商部门市场监管能力有所增强，食品市场安全消费的环境得到了显著改善。具有较强的现实意义。
(一)调整了市场食品安全的监管思路，完善了市场食品安全监管体系。通过建立数据网络平台，改变了以往工商部门“眼睛看、鼻子闻、手工摸”的传统食品安全监管方式，配合食品准入制度，进一步完善了市场食品安全监管体系。一是为建立食品安全信息公示制度提供了依据。系统由政府搭建统一的信息发布平台。通过工商部门网站和食品市场显著位置设立的质量信息公示栏。有针对性地向社会及时发布监控网络提供的信息和数据，发布消费警示。二是为实行不合格食品退市制度提供了依据。不合格食品退出市场是食品质量监管的重要环节，凡经检测不合格的食品。顺德区工商局都及时采取暂停销售、发布退市指令等措施，要求经营者及时对不合格食品予以退市，同时加强跟踪检查，适时回访，把不合格食品拒绝在流通领域之外。三是为推进食品企业分类监管提供了参考。顺德区工商局将食品检测的结果作为食品企业分类监管的重要内容。将数次销售检测不合格食品的经营者列入重点监管的类别，提高了食品质量监管的针对性和有效性。
(二)规范了市场食品监管执法行为。为工商部门科学管理食品市场打下坚实基础。一是促使市场食品安全监管由“事后查处”转变为“事前警示”，“事中监管”和“事后查处”相结合。系统投入使用后，工商部门可以通过系统反馈的检测信息了解市场食品的质量情况，从而有针对性地进行检查处理，将违法违章行为消灭在萌芽状态。二是改变工商部门无预警处置食品安全突发事件的现状，通过建立市场食品实时监控系统，工商部门快速预警，快速反应。市场一旦发生突发性事件、及时启动相应的应急预案，依法稳妥、有序、高效地处理突发事件。增强了监管工作的主动性、针对性和实效性，最大限度地减少突发事件带来的危害，更好地维护了市场秩序和社会稳定。
(三)解决了执法力量短缺的难题，有效地配置了人力资源。以往工商部门对市场食品安全的监管主要是以市场巡查方式进行的，投入了大量的人力资源，效果却不明显。系统运行后，执法人员可以根据系统反馈的信息进行市场食品的重点监管，解决了工商执法人员人力不足的难题。同时，系统的运行有利于各部门形成监管合力。通过对监控系统收集的信息进行汇总和分析，政府各职能部门都可以了解热点问题及原因，掌握市场动态，并依此评估市场风险和预测市场走势，确定食品市场监管重点，联合开展专项整治，使食品安全监管格局在应对食品突发事件中发挥出巨大的整合能力。
实时系统 篇12
为了解决上述问题,将实时数据库引入管道监控系统,实时数据库系统能够提供高速、及时的实时数据服务,能够有效的集成异构监控系统,在管道监控系统运行过程中,实时记录监控数据的运行情况,通过对输油管道监控过程的关键数据(温度,压力,流量)进行实时监控分析,随时随地掌握输油管道的运行情况,及时处理输油管道中出现的问题,使管道平稳进行输油。
1 实时数据库
实时数据库是连接底层控制网络和上层管理信息系统网络连接的桥梁,是工控系统运行的核心部分,具有海量的存储数据,丰富完整的信息量等特点,其最大的优点是实时性强,可以实现最新的数据库状态、时间一致的数据值和及时处理事务,企业可以通过在工控组态软件中的实时数据库系统,进行质量监控、先进过程控制、计划调度、经营决策等,在工控组态软件中的实时数据库的结构如图1所示,可以看出,在结构上,实时数据库与传统数据库类似,最大区别在于调度和事务管理方面。
2 管道实时监控系统分析
实时数据库是管理和维护实时数据及与其相关的信息,通常包含以下功能特点:良好的数据模型,数据库组态,现场数据采集,数据检索机制,访问调度和并发控制机制,供基于优先级的数据访问,滚动存储机制,预处理机制,自动更新机制,支持不同类型的事务,补偿机制,动态汇总机制和人机界面等功能,为了能在管道实时监控系统中更好支持高速数据访问和实时应用要求,文中选用了PI(Plant Information)实时数据系统,它是由美国OSI软件公司开发的实时数据系统,在系统中,可以对集成到系统中的所有现场运行数据进行监控、挖掘、分析和存储,并能实时动态显示输油管道实时运行情况,这有利于企业管理人员及时准确地掌握输油管道运行状况和各种信息,为他们做准确的决策提供帮助,此外,其还是连接上层企业信息管理系统和输油管道数据采集设备的桥梁,基于此,根据输油管道的需求情况和PI实时数据库特点,设计的系统架构如图2所示。
3 实时数据库在管道实时监控系统中的应用
PI实时数据库提供实时数据、海量历史数据和报警服务,并通过完善的人机界面软件以及管理配置软件,完成对数据的采集、存储、查询、显示和分析的功能。
3.1 数据库的功能模块
系统中,对于经常变化的实时数据(如DO、DI、D/A、A/D值),这些数据每个采样周期都更新,采用内存缓冲区存取加快了存取速度;对于非共享型数据(如组态软件的组态参数),这些数据不需要经常更新,可以采用文件管理系统存取,减轻了系统负担;对于输油管道状态的历史数据,由于其数据量非常巨大,采用关系数据库SQL Server存取。
采用面向对象编程(OOP)技术对实时数据库进行设计,采用平衡二叉树的数据结构来组织内存实时数据,提高对实时数据库的查询、插入、删除和更新的效率,此外,将管理程序的所有功能封装成一个专用的实时数据库类,通过对这些接口函数实现对各种功能操作,如:读写数据函数,事故处理函数,报警函数,计算函数,显示链接函数,初始化函数,基本操作函数和数据采集函数,具体实时数据库类如图3所示。
3.2 实时数据库的事务调度系统
管道实时监控系统运行后,要同时进行多个事务调度处理,如DCS数据采集、越限报警、紧急事件报警、事故处理、图形刷新显示、数据传输、现场监控、数据计算处理、历史数据存取等事务活动,这些事务需要并行处理,必须对实时数据库进行事务调度,使得其同时满足各种约束条件事务请求,实现各个部分协调动作,当前常用的事务调度策略可分为三类:优先级调度算法,时间片轮算法和多级反馈队列调度算法,系统采用优先级调度算法,基于优先级的调度算法主要有如下几种:先来先服务,截止期最早最优先,可达截止期最早最优先,可达截止期最早最优先,价值密度最大最优先和价值最高最优先(HVF,highest value first),在系统中,采用价值最高最优先算法,价值最高最优先函数为V(T)=c(w1(t-ts)-w2d+w3p-w4s),其中,s为空余时间,d为事务的截止期,p为已执行时间,c为T的危险度,t为当前时间,ts为T的开始时间,w1,w2,w3,w4为加权因子。在上位机,将CPU时间按照价值最高最优先准则分配给各个事件,根据多任务调度设计的思想,把实时数据库系统中的事务划分为不同的线程,同时对每个线程设定不同的优先级,定期处理某一事件而不会在某一事件上处理时间过长,此外还设定定时策略,以完善事务调度,如图4所示。
3.3 I/O接口
I/O接口是实现上层应用软件,客户端,智能终端,实时数据库之间进行通信的关键部件,由于在现场采集设备可能是来自不同厂商的不同时期的产品,其所采用的接口种类不统一,其系统结构和通讯方式也可能不一样,为了使本实时数据库达到具有开放性接口功能,在通用接口软件框架下对IO接口进行了简化,I/O接口体系结构图如图5所示。
实时数据库共提供了两个接口模块:下层接口模块和上层接口模块,下层接口模块用于与各种智能终端设备(如智能控制设备PLC与DCS,智能总线备Profi Bus、Can Bus与Mod Bus等,PC总线PCI/ISA/USB等)通讯和交换数据;而上层接口模块用于与企业信息管理系统软件的数据通信,如:数据查询,Internet的通信等应用程序。
为了提高系统的实时性能和统一数据接口,利用Windows的DLL技术和全局内存共享技术来建立系统运行时的实时数据库,针对不同的接口方式开发不同的动态库链接的策略,通过调用动态连接库中的函数,实现不同任务间的快速通信及数据处理。
3.4 数据压缩处理技术
在管道监控系统中,从管道现场采集到的实时数据量非常大,若不对这些数据进行压缩,会浪费系统大量的存储空间,因此,有写实时必要采取数据压缩技术对这些实时数据进行压缩处理,常用数据压缩算法有杜邦矩形向后斜率法、例外报告算法和旋转门压缩算法,PI实时数据库采用的就是旋转门压缩算法,若系统接收到一个新数值,只有当上次记录数值以来的任一数值都不在阀值范围之内,才会记录前一数值。旋转门压缩算法压缩流程为:
1)记x(1)=X(1),y(1)=Y(1),初始化j=1,m=1,k1=-M,k2=+M
2)m=m+1;
3)假如m>N那么转到⑻;
4)j=j+1,x(j)=X(m),
5)假如k1
6)假如j-1≧TLM,那么转到⑺,否则转到⑻;
7)m=m-1,TL=j-2,x(1)=X(m),y(m)=Y(m),初始化j=1,k1=-M,k2=+M,记录TL,
转到(2);
8)m=m-1,TL=j-2,x(1)=X(m),y(m)=Y(m),初始化j=1,k1=-M,k2=+M,记录TL;
9)返回。
上述算法中,k1,k2分别表示上扇门及下扇门的斜率,,TLM为每段压缩的最大长度,TL为该段压缩数据的采样长度,M为数值较大的整数x(j)为每段的第i个数据点,Y(i)存放压缩后的过程变量,数组X(i)存放压缩前的过程变量,E为记录限,表示偏差的阈值参数。
4 结束语
管道实时监控系统中存在着大量的实时数据处理、存储和集成问题,仅依靠分散控制系统(DCS)和关系数据库技术并不能满足数据实时性和数据有效共享要求,实时数据库是实时技术与数据库技术相结合的产物,是DCS组态软件体系结构的关键部分,能够提供高速、及时的实时数据服务。将PI系统应用到管道实时监控系统中,其能够提供高速、及时的实时数据服务,其完善的人机界面软件以及管理配置软件完成对数据的采集、存储、查询、显示和分析的功能,使得系统在工控监控中具有着广阔的应用前景。
摘要：针对输油管道的打孔盗油现象,借助VC 6.0软件工具研究并开发了基于PI实时数据库的管道实时监控系统,首先介绍了组态软件中实时数据库的结构,接着分析了管道实时监控系统架构,最后探索了实时数据库在管道实时监控系统中应用的关键技术。
关键词：实时数据库,工业组态软件,实时监控,输油管道
参考文献
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