系统监控软件的设计和实现

对于一个计算机监控系统来说，硬件是基础，软件是灵魂。软件已经成为计算机系统的主体，在很大程度上决定了系统的先进性、可靠性、实用性以及实时性。信息管理及监控软件是一种特殊的软件，它具有如下特点：
1．要求可靠性特别高。可靠性不仅意味着系统工作的正确性，而且要求系统工作的连续性。例如控制过程不允许中断，系统中各种参数不允许丢失；
2．要求监控软件实时性强。实时性要求系统能够实时反映监测量并及时做出控制决策，即具有较快的响应速度。
3．要求软件的使用和维护方便。信息管理及监控软件主要由工程技术人员和操作人员使用，要求系统的使用和维护都很方便。
4．要求支持数据库安全登录，数据库访问权限和程序使用安全。
5．支持数据库备份和基于事务的数据库操作，数据集中管理并且具有很强的综合统计、分析及报表输出功能。
充分利用计算机的强大的处理能力，设计出实时性好、监测控制高效可靠，软件分析功能齐全，并且具有动画效果、操作界面友好的信息管理及监控软件是本系统的主要任务。
Windows 2000是Windows NT 4.0的升级产品，不但集Windows 9x和Windows NT 4.0的众多优良的功能/性能于一身，而且在稳定性、网络功能和安全性能方面，比Windows NT 4.0都有了极大的改善。它不仅可以在一个小的工作组网络中为用户提供文件服务和打印服务，也可以在一个大型企业的网络中为用户提供应用程序、Web浏览与发布、文件传输、电子邮件和通讯等服务，是一个性能更好、工作更稳定、更容易管理的操作系统。因此上位机采用的操作系统是Microsoft公司的Windows 2000 Server。
由Inprise公司（原Borland公司）推出的基于Windows平台的可视化快速应用开发工具Delphi 6.0在数据库编程方面功能十分强大而且有很强的程序界面开发能力。本控制系统的系统监控软件主要采用Delphi 6.0来开发。
系统监控软件总体结构设计
软件总体设计的任务是确定软件的总体结构、子系统和模块的划分，并确定模块间的接口和评价模块划分的质量，以及进行数据分析。按照软件工程学的观点，软件的总体设计在整个软件的开发过程中处于十分重要的地位。在详细编写代码之前进行总体设计，可以站在全局的高度上，用较少的成本，从抽象的层次上来分析对比多种可能的系统实现方案和最合理的软件结构，从而可以用较低的成本开发出质量较高的软件来。总体设计过程通常由两个主要的阶段组成：
1)系统设计，即确定系统的具体实现方案；
2)结构设计，即确定软件的结构。
软件总体设计的具体步骤如下：
1．提出各种可供选择的方案；
2．对各个方案进行论证，选取合理的方案，对于每个合理的方案都应该有系统流程图、组成系统的物理元素清单、成本效益分析和实现这个系统的进度进化；
3．确定最佳方案，在综合分析对比各种合理方案的基础之上选择一个最佳方案；
4．功能分解。通常分为结构设计和过程设计两个阶段。结构设计确定程序由哪些模块组成，以及这些模块之间的关系；过程设计确定每个模块的处理过程。
5．设计软件结构，将各个模块组织成良好的层次系统；
6．数据库设计，即在需求分析阶段对数据要求所做的分析的基础上进一步进行数据库设计、子模式设计、完整性设计和安全性设计并进行优化；
7．制定测试计划：在软件开发的早期考虑测试问题，能促使软件设计人员在设计时注意提高软件的可测试性；
8．书写文档：应该用正式的文档记录总体设计的结果，在这个阶段应该完成的文档有系统总体设计说明、用户手册、测试计划、详细的实现计划和数据库设计说明；
9．审查与复查：对总体设计的结果进行严格的技术审查，在技术审查之后由使用部门的负责人从管理的角度进行复审。
根据软件总体设计的要求和过程，我们对系统的信息管理及监控程序按不同的功能进行功能分解，划分为不同的模块。供水自动化计算机控制系统的信息管理及监控软件主要包括数据采集和通信、设备状态控制和数据管理三个部分。数据采集和通信部分采集水位、压力、流量、电压和电流等数据，用于记录、存储和分析，以及与PLC网络通信。设备控制部分根据采集到的数据判断系统当前的运行状态，并可通过修改运行参数对设备工作状态进行调整。数据管理部分负责数据的统计、查询以及打印输出，还有数据库的备份和维护。
整个系统具有数据采集、存储和分析功能，并能够通过分析和计算制作相应的数据报表，系统主界面如图3-2所示。下面对各个部分功能和作用进行详细的介绍。
数据采集和通信
数据采集部分由通信参数设定、数据处理、通信模块和数据存储模块组成。
参数设定模块包括传感器参数设定和通信参数设定。传感器参数设定用于设置传感器的采样频率、阀值等。通信参数设定用于设定PC机与PLC之间的通信参数和协议。
数据处理模块用于对从PLC读取的数据按照约定的格式进行分解处理。对于采样数据，运用滤波方法对其进行必要的处理后存入数组。
通信模块包括数据通信和通信测试。数据通信用于从PLC读取各种数据和状态信息以及下达控制命令和各种参数调整结果。通信测试模块具有通信测试和诊断功能，确保通信状态良好。通信测试界面如图4-5所示。在下一章对其进行了详细的介绍。
数据存储模块将采集到的生产过程中的各种重要运行数据加以处理并存入相应的数据库。
设备状态控制
设备状态控制部分由设备参数设定、报警处理、设备状态调整和设备状态显示模块组成。
设备参数设定用于设定各种设备的工作状态参数和运行参数，如变频器的频率上限、调整速度、电机的最高转速等。
报警处理在发生生产故障时立即报警，发出报警声音同时使报警画面闪烁，以引起操作人员的注意。记录报警发生时的有关信息，如报警信息、故障报警时间、确认报警时间等，并对报警信息进行管理。
设备状态调整包括参数优化和其他设备状态调整。其他设备状态调整用于在计算机上对各种生产设备进行运行状态调整以及开动、停止等操作。参数自优化主要是通过PLC反馈的压力和水位自动调整PID参数，下传到PLC中，通过PLC的PID调节功能实现系统的控制；此外还具有重要参数的优化调整功能。只有当系统处于控制状态时，其他设备状态调整才有效，否则无效。
设备状态显示用于动态显示生产过程中的重要设备（如水泵、电动阀等）的启动、停止和故障。水泵电机状态参数显示如图3-4所示。用趋势图的形式动态显示清水池水位、管网压力、取水和供水流量、电压、电流等。操作人员通过状态显示流程图就可以很方便的了解生产中各种设备的工作状况。
数据管理
数据管理部分包括数据查询、数据备份和数据输出三个方面。
数据查询模块主要包括历史数据查询，查询选择画面如图3-5所示。历史数据查询包括管网压力历史数据、水位历史数据、取水和供水流量历史数据、电耗表等，还可查询重要设备的运行参数、状态、操作记录以及报警的历史记录。
数据备份模块负责各种数据库的备份以及维护。信息管理及监控软件会定期将数据库备份到另外的目录下保存，并将当前使用的数据库清空。该操作可由管理员手工执行和设定。
数据输出模块负责各种数据及指标的分析和汇总，并生成报表和打印输出。软件能够根据选定的日期和数据类型生成日生产报表、月生产报表、年生产报表、电耗表等，同时还能以直观的图的形式和报表的形式打印。
此外，本系统还具有操作权限控制功能，采用分级密码控制访问者的访问权限。
数据库设计
供水系统的信息管理及监控软件是以数据库为基础建立的信息系统。数据库管理系统既要具有较高的性能，又要具有兼容性和适应性。根据需要解决的的企业管理问题和生成报表的格式，并考虑当前企业所使用的数据记录表格，本系统采用关系型数据库结构。