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空壓站遠程監(jiān)控系統(tǒng)的構建研究
空壓機是應該把原動的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，下面是小編搜集整理的一篇空壓站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計研究的論文范文，歡迎前來閱讀參考。
空壓機是將原動的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，是現(xiàn)代工業(yè)化的基礎產品，在各種行業(yè)中它擔負著為所有氣動元件、各種氣動閥門提供氣源的職責，空壓站一般由空氣壓縮機、儲氣罐、空氣處理凈化設備、冷干機組成。目前，對空壓站的監(jiān)控還在采用人工抄表的方式，這樣的監(jiān)控方式浪費了大量人力，同時導致數據量少不連續(xù)、后期處理繁瑣、數據查詢周期不能確保等問題。日常對空壓站的維修和保養(yǎng)也不全面，往往是空壓站出現(xiàn)報警時才對其進行維修和保養(yǎng)。空壓站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)實時采集多個空壓站各點運行狀態(tài)、功率、壓力等信號;能夠對空壓站運行過程中出現(xiàn)的異常給予及時報警和提示;能夠控制空壓站的啟停;能夠通過制定空壓站維修保養(yǎng)計劃和維修保養(yǎng)記錄來保障對空壓站的定期維修保養(yǎng)，從而延長空壓站各設備使用壽命。本文給出了一種基于多線程的空壓站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計。
1 系統(tǒng)功能
空壓站監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下功能部分：數據采集、設備管理、用戶管理、數據管理、電力管理、系統(tǒng)管理。
(1)數據采集，數據采集是空壓站監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，是設備管理和數據管理部分的依據。
(2)設備管理，設備管理包括空壓站維修保養(yǎng)管理、空壓站管理�？諌赫揪S修保養(yǎng)管理是詳細記錄空壓站設備從安裝到現(xiàn)在的維護、保養(yǎng)、維修等信息，便于后期設備的維護和快速維修，同時適時提醒用戶對易損耗部件的及時更換，保證設備隨時處于良好的運行狀態(tài)�？諌赫竟芾硎窃O置空壓站報警設置以及遠程控制空壓站設備的啟停和卸載。
(3)用戶管理，為了系統(tǒng)軟件的操作安全，系統(tǒng)設置了三級的操作員管理模式：系統(tǒng)管理員、普通管理員、操作員。每一級設定不同的密碼進行保護，每一級的用戶都具有不同的操作權限。
(4)數據管理，數據管理包括數據查詢、圖表分析以及報表打印功能。
(5)電力管理，電力管理功能是通過記錄空壓站設備的用電情況，實時監(jiān)控和保存空壓站內空壓機、冷干機、電機等的運行狀態(tài)下的工作電壓、電流及瞬時功率。
(6)系統(tǒng)管理，系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)操作日志、系統(tǒng)錯誤日志以及系統(tǒng)數據庫自動備份功能。
2 系統(tǒng)結構設計
2.1 系統(tǒng)框架
整個系統(tǒng)由微控制器模塊、上位機軟件模塊、數據庫模塊三個模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。
2.2 工作方式
系統(tǒng)采用集散式監(jiān)控系統(tǒng)，若干臺微控制器終端分散到不同地點采集空壓站運行數據，通過串口通信將監(jiān)控數據上傳給微控制器中控，微控制器中控通過 TCP 通訊將數據傳給上位機軟件，上位機軟件具有集中控制管理功能，利用多線程技術對數據進行處理后實時顯示并存儲至數據庫。
2.3 數據格式
由于采集的數據種類繁多，包括空壓站運行狀態(tài)、系統(tǒng)管網壓力、環(huán)境溫度、空壓機運行狀態(tài)、空壓機運行方式、空濾運行狀態(tài)、油濾運行狀態(tài)、油分運行狀態(tài)、風機運行狀態(tài)、變頻器電壓、變頻器電流、空壓機排氣壓力、主電機電流、壓縮機頭溫度、冷干機運行狀態(tài)、壓縮機電流、輸出空氣露點值、輸入水壓、輸出水壓以及控制指令和上位機與微控制器內部交互指令，故通過自定義數據格式來承載所采集的數據信息和控制命令。數據幀格式如圖 2 所示。
用空壓站地址來表示數據的來源和命令的去向，數據幀中若空壓機的數量大于 9 則用大寫字母A 代表 10,B 代表 11 依次類推;設備運行狀態(tài)用“0”代表停止，“1”代表運行，“2”代表故障;空壓機運行方式用“1”代表變頻運行，“2”代表工頻運行;數字量如溫度、壓力、電流等使用 16 進制，其中溫度高位代表其正負。數據幀和命令幀均采用兩位和校驗來驗證數據的正確性。
3 軟件設計
3.1 軟件界面設計
由于使用WindowsAPI 編程非常繁瑣且不易調試，本軟件采用 C#作為編程語言在 Visual Studio2010 下編程。NET 平臺集成了大量的庫類，使得程序員可以快速的編寫各種基于 Windows 的應用程序。由于空壓站總體參數較多，因此軟件主界面由空壓站主要參數監(jiān)控界面、微控制器的通信狀態(tài)、功能菜單欄及狀態(tài)欄組成。軟件主界面如圖 4 所示。
3.2 數據庫模塊
SQLServer 數據庫中建立了多張表，包括空壓站信息表、空壓機信息表、空壓機耗能記錄表、空壓站參數記錄表、空壓機參數記錄表、操作記錄表、統(tǒng)計數據表及用戶信息表。其中主要的空壓站信息表包括空壓站地址、名稱、空壓機數量、備注等字段;空壓機信息表包括空壓機名稱、所屬空壓站、備注等字段;空壓機耗能表包括空壓機地址、名稱、保存時間、空壓機運行狀態(tài)、空壓機已運行時間、運行方式、該運行方式用電量、總用電量等字段;空壓站參數記錄表包括空壓站名稱、保存時間、運行狀態(tài)、管網壓力、溫度等字段;空壓機參數記錄表包括空壓機名稱、保存時間、運行狀態(tài)、排氣壓力、輸入水壓、輸出水壓等字段。利用微軟提供的OLEDB 應用程序接口來讀寫、查詢數據庫，實現(xiàn)對原始數據的讀寫、修改、查詢以及輸出功能;利用外鍵來保證數據的一致性和完整性;通過觸發(fā)器來計算各類模擬量的統(tǒng)計值，如數據的最大值、最小值、平均值等，并將其存入統(tǒng)計數據表中，實現(xiàn)初略的數據統(tǒng)計功能。
3.3 數據采集模塊
軟件啟動后從數據庫中的空壓站信息表和空壓機信息表中讀取信息，初始化空壓站類的對象實例。接著創(chuàng)建 TCPListener對象，開啟監(jiān)聽，當接收到微控制器連接請求時接受其請求并創(chuàng)建一個通信線程以接收數據。
本系統(tǒng)利用多線程技術，實例化了多個 Thread類對象，分別為數據接收線程、數據處理線程以及數據保存線程。數據接收線程讀取網絡數據流的數據，并將其添加到數據接收隊列中;數據處理線程將數據接收隊列中的數據提取出來，數據通過完整性校驗以及和校驗后調用空壓站處理函數，實現(xiàn)對數據的顯示;數據保存線程負責將數據存入數據庫。使用多線程技術將數據的接收、處理、保存分開，實現(xiàn)了數據的流水線操作。在有效利用處理器的多線程技術的同時，極大的提高了數據的處理能力和程序運行速度。
4 結語
本文介紹了空壓站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的功能，并在此基礎上詳細介紹了系統(tǒng)結構設計及軟件設計。系統(tǒng)投入現(xiàn)場使用以來，運行安全可靠、故障率低，有效提高了空壓站工作效率和自動化程度。
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