基于组态软件嵌入式数据库的设计.docx

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基于组态软件嵌入式数据库的设计

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本科生毕业论文

基于组态软件嵌入式数据库的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

使用授权说明

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

3）其它

摘要

组态王软件是近些年深受用户欢迎的国产工控组态软件之一。

它为国内外大多数变频器、板卡、仪器仪表等都编写了相应的驱动程序，使用户可以方便快捷的使用。

并且组态王软件用户界面友好，可利用计算机的软件资源进行二次开发，因此在国内受到工程人员和开发者的青睐。

但是组态王软件的数据功能比较薄弱，例如存储数据的文件占用磁盘空间大、数据格式复杂而且不能达到通用的效果。

本文就针对组态王软件的数据功能，进行嵌入式的设计。

在组态王软件中完成实际的案例工程——井供水监测系统，由于组态王软件支持动态数据交换技术，可以将组态王软件的实时数据传输到VisualBasic中，进行数据分析和监测。

组态王软件的SQL访问管理器可以用来建立数据序列和组态王软件变量之间的联系，将组态王软件产生的海量数据传输到了Access数据库中，完成了它们之间的数据交换，并且利用VisualBasic的数据处理功能进行海量数据的管理和处理。

最后组态王软件调用VisualBasic的可执行文件，完成了嵌入式数据库的设计。

关键词：

组态软件；数据交换；嵌入式数据库

ABSTRACT

TheKingviewsoftwareisoneofthedomesticconfigurationsoftwarewhichiswelcomeintherecentyears.TheKingviewsoftwareincludesthecorrespondingdriversforthemostoffrequencychangers,theboardcard,theinstrumentmeasuringapplianceetc.Anditenablestheusertousesthesoftwarequicklyandconveniently.TheuserinterfaceofKingviewsoftwareisfriendly,andtheKingviewsoftwarecanbeimprovedbyusingcomputersoftwareresources.Therefore,theengineersanddevelopersinourcountryshowgreatfavortoKingviewsoftware.ButthedatafunctionofkingviewisaweakpointofKingviewsoftware,forexamplethedocumentofstoringdatatakesthefloppydiskalargespace,thedataformatiscomplex,moreoveritcannotachievethegeneraleffect.

ThispaperaimingatthedatafunctionofKingviewsoftwarekingviewsoftwareintsofewsoftwarefavorscarriesontheembeddeddesign.WeimplementpracticalcaseprojectintheKingviewsoftware——monitoringsystemofwellwatersupply.BecausetheKingviewsoftwaresupportsdynamicdataexchangetechnology,itcantransmititsreal-timedatatoVisualBasic,thenanalyzeandmonitorthedata.SQL’svisitingmanagerofKingviewisappliedtoestablishtherelationshipbetweenthedatasequenceandtheKingviewvariable.IttransmitstheplentifuldatawhichisproducedbythekingviewtotheAccessdatabase,exchangesthedatabetweenthem,managesandprocessesplentifuldatabyusingVisualBasicdataprocessingfunction.Atlast,theembeddeddatabasecanbecomplementedbyexecutingtheexecutableprogramwhichisgeneratedbyVisualBasic.

Keywords:

configurationsoftware;dataexchange;embeddeddatabase

第一章绪论

1.1工业组态软件概述

新型的工业组态软件是伴随着计算机技术的蓬勃发展而兴起的。

目前，组态技术在许多行业得到了广泛的应用，并且发展迅速。

工业组态技术发展迅速的主要原因是PC机以及组态软件的普遍使用。

工业组态软件主要是采用计算机语言进行工业工程的设计，例如：

它将各种硬件设备（工业PC机、控制板卡、PLC、仪器仪表等）有机的组合在一起，从而形成一个能完成实时监控的系统专业软件。

工业组态软件将复杂的工控过程简单化，使得项目开发周期短，并带动着工控技术的快速发展。

工控组态软件是利用其软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，即可构成所需功能的软件。

与以往用计算机语言开发软件相比，组态软件开发实际生产工程的成功率很高，可靠性较强；并且运用组态软件进行开发的周期短，且易于更改、扩充和升级。

因此，工控组态软件发展迅速，得到了开发人员和设计者的充分肯定[1]。

1.1.1工业组态软件的发展过程

20世纪60年代虽然计算机开始进入工业生产控制，但当时的计算机开发人员所具备的工控知识并不完备，导致计算机科学与技术在工业控制行业的发展速度缓慢。

到70年代初期，微处理器的出现使计算机控制得到了快速的发展。

微处理器在数据计算能力、数据处理能力提高的同时，计算机的硬件成本也大副的下降，并得到了广泛的应用。

在这种情况下，一些从事控制仪表和原来一直从事工业控制的公司陆续推出了新型控制系统。

在随后的20年中，DCS（DistributedControlSystem）及其计算机控制控制技术日趋成熟，此时的集散型控制系统已具有较丰富的软件，包括计算机系统软件、工业组态软件、各种控制软件及其它辅助软件。

工业组态软件的发展历史

这一阶段虽然DCS技术的发展很迅速，但是软件本身还是专用和封闭的，除了在功能上不断的加强外，软件成本却一直没有下降，造成DCS在中小型项目开发上的成本过高，因此，这段时期的DCS普及推广也不尽人意。

20世纪80年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统概念的推广，基于计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大[2]。

工业组态软件作为个人计算机监控系统的重要组成部分，比PC机监控的硬件系统具有更为广阔的空间。

主要原因如下：

原因一：

很多DCS和PLC厂商公开了通信协议，加入了“PC机监控”的队伍。

绝大多数的PLC和DCS都使用PC作为操作站。

原因二：

由于PC监控大大的降低了系统的成本，使得市场空间得到了迅速的扩大，从远程控制、数据采集与计量、数据分析到过程控制，几乎无处不用。

原因三：

各类嵌入式系统和系统总线的飞速发展，把工业组态软件推到了自动化系统的主要位置，工业组态软件在自动化控制领域的地位越来越重要。

原因四：

各类智能仪器仪表、控制板卡和现场总线设备可与工业组态软件构成完整的低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。

应用领域

工业组态软件在工业控制领域发挥着重要的作用；同时，它得到了广大用户和DCS厂商的认可，有以下几点原因：

微型计算机操作系统日趋成熟，实时处理能力强大且价格低廉。

微型计算机的软件及开发工具也非常的丰富，使工业组态软件的功能趋于完善，缩短了开发周期。

所以，新型的工业控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它们具有适应性强、开放性好、易于扩展、开发周期短等鲜明优点。

可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层3个层次结构。

其中，监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，而且常在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。

监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业PC机。

1.1.2工业组态软件的主要特点

组态软件最突出的特点就是实时多任务[3]。

数据的输入输出，数据的处理、显示、存储及管理等多个任务需在同一个系统中同步快速的运行。

组态软件大都由专业软件公司开发，提高了系统的成功率和可靠性，减轻了工程开发人员的工作量。

组态软件通常有以下几方面的特点：

强大的画面显示组态功能

目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完备，界面美观的特点，提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲的绘制出各种工业画面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的画面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使画面生动、直观。

丰富的功能模块

提供丰富的控制功能库，满足用户的测控要求和现场要求。

利用各种功能模块，完成实时监控、产生报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作。

强大的数据库

配有实时数据库，可存储备种数据，如模拟型、离散型、字符型等，实现与外部设备的数据交换。

可编程的命令语言

有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面。

周密的系统安全防范

对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。

仿真功能

提供强大的仿真功能，使系统并行设计，从而缩短开发周期。

1.2课题的设计背景及意义

1.2.1国内外研究现状

目前世界上的组态软件有近百种之多。

国际上知名的工控组态软件有美国商业组态软件公司Wonderware公司的Intouth、Inlution公司的FIX、TAEngineering公司的AIMAX、通用电气公司的Cimplicity、Rock-Well公司的RSView32、德国西门子公司的winCC等。

国外的这些组态软件在中国市场上占有重要地位。

他们的共同特点是系统稳定、功能强大、界面友好[4]。

国内的组态软件起步也比较早，目前实际工业过程中运行可靠的有北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的MCGS、北京三维力控科技有限公司的力控、北京亚控科技发展有限公司的组态王以及台湾研华的GENIEE等。

国内不少单位，如一些高校、研究所、公司正在积极地进行组态软件的开发。

国产化的组态软件具有较强的价格竞争优势，但软件工程组织薄弱，目前主要用于一些小型的非重要性的项目中。

整体上看，国外组态软件发展较为成熟，但价格十分昂贵，而且普遍无中文界面，不易推广使用；相比之下，国内组态软件还处于发展阶段，在全汉化、价格等方面具有较明显的优势，其功能和性能同国外优秀组态软件相比虽有一定差距，但前景美好。

1.2.2组态王软件数据功能分析

在工业组态软件中，组态王软件能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面。

以动态显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线，历史趋势曲线。

并可利用现代计算机丰富的软件资源进行二次开发，便于生成各种报表以及数据的关系和分析[5]。

为应用程序开发者提供了十分方便的软件平台。

在工业控制中组态王软件的运用越来越广泛。

本文中的案例工程就是在组态王中完成的。

基本功能简介

本文主要是对组态王软件的数据库部分进行设计，下面简单的总结组态王kingview6.5的数据库部分功能：

组态王kingview6.5可以通过SQL访问管理器将数据序列与组态王变量进行联系，并将实时数据写入到指定的数据库文件。

可以动态的生成数据表。

在组态王系统中，开发者设计一个或者多个数据表格模板，通过应用表格模板就可以在数据库中创建数据表。

组态王本身提供了大量的数据库函数。

这些函数可以通过用户指定的记录体实现数据的插入、删除、编辑、查询等功能。

组态王支持多种数据源。

通过操作系统下的ODBC访问接口，可以实现多种数据源的访问，如本文将要提到的Access数据库，还有例如SQLServer和Oracle等，以适应不同的需求环境。

组态王kingview6.5还提供历史趋势曲线ODBC显示功能。

组态王软件的“工具箱”中有历史趋势曲线控件，它可以通过ODBC数据源将其它数据库文件中的数据显示在组态王的历史趋势曲线画面中。

组态王kingview6.5提供报警记录的数据库输出功能。

组态王根据监测数据会产生报警事件，而组态王可以通过ODBC将报警事件记录到开放数据库中，信息分别储存在Alarm、Operate、Enter和Station四个数据表中，使用者必需按组态王中的报警配置选项来定义表结构，这样报警事件就自动的写入相应的数据表中，方便了用户的使用。

但是组态王kingview6.5仍然存在薄弱环节。

例如存储时间要求较长时，数据占用的磁盘空间就会很大；数据库格式复杂且不通用；数据统计与查询功能也较弱。

因此并不能很好的满足用户的实际要求。

功能扩充

VisualBasic作为Basic语言的一种扩充，它因可视化强、简单易学，受到广大用户的喜欢。

VisualBasic在数据库的应用程序开发领域中，提供了包含数据管理器、数据控件等功能非常强大的工具，可以方便的协助开发人员轻松地创建、链接数据库文件，并访问其中的数据。

本文通过VisualBasic设计组态王的数据库功能，有很多优点：

如人机界面友好、操作简单、并可以实现海量数据库的在线管理等。

1.3论文结构

本论文共分4章。

第1章为绪论。

介绍了选题背景依据，工业组态软件的发展及国内外的研究现状，并分析了国产组态软件——组态王软件在数据功能的不足，说明了本设计的意义。

第2章介绍了系统开发工具，并简述了组态王软件的组成和使用方法，针对本文做了需求分析及总体的设计思想。

第3章详细介绍案例工程的设计，主要从变量定义、画面设计、动画连接、命令语言编程、实时曲线绘制等几个方面进行介绍。

第4章是本文的重点，主要介绍了本文采用的关键技术，并在此基础上完善了组态王软件的数据库部分功能。

最后对全文进行了总结，分析了设计的不足之处，同时提出了一种设计组态软件功能模块的方法。

第二章软件简介及设计概要

2.1软件工具简介

2.1.1VisualBasic6.0简介

VisualBasic6.0编程是面向对象的编程，这意味着利用VisualBasic6.0编程，只需跟对象打交道即可。

需要完成的工作就是创建对象，设置对象的属性，捕捉来自对象的事件，处理发生的事件，而不必关心对象是如何产生和如何工作[6]。

例如，在窗体上显示一个按钮，只需创建一个按钮对象，不必使用一长串的语句来绘制按钮，这样就大大缩短了程序开发的周期。

本设计之所以使用VisualBasic6.0开发，主要有以下两点原因：

访问数据库

VisualBasic系统具有很强的数据库管理功能。

利用系统提供的控件，用户可以直接连接MicrosoftAccess数据库，并提供了强大的数据存储和检索功能。

同时VisualBasic提供开放式数据链接ODBC（OpenDatabaseConnection）功能，可以通过直接访问或建立链接的方式使用并操作后台大型数据库。

动态数据交换（DDE）技术

利用动态数据交换（DynamicDataExchange）技术，可以把一种应用程序的数据动态地链接到另一种应用程序中去，使两种完全不同的应用程序可以交换数据进行通信，在Windows环境下为多个应用程序之间以ClientServer方式建立了一条动态数据交换通道。

2.1.2Access数据库简介

Access数据库是Microsoft公司在Office中推出的数据库编辑程序。

采用Access作为系统海量数据存储有以下几方面原因[7]：

Access的广泛应用性

Access数据库由Microsoft公司推出，Microsoft公司的产品，比如：

Windows操作系统、Office办公软件集成等等，在全球范围内被广泛的运用；在国内大部分PC机中都是以Windows作为操作平台，且都安装着Office应用软件。

Access的实用性

本设计主要是利用数据库存储工业组态软件的海量数据，故数据的结构比较简单，采用Access数据库进行数据存储简单、方便。

Access的通用性

Access数据库的数据源驱动程序就在Windows操作系统中自带，不用去寻找数据源驱动程序，就可在Windows操作系统中实现数据调用。

2.2组态王软件的介绍

我国的组态软件的开发虽起步较晚，但经过科技工作者的努力，在许多方面现己赶上或接近国外的先进工控组态软件的水平。

其中，由北京亚控科技发展有限公司开发的“组态王”是优秀国产组态软件的代表[8]。

2.2.1组态王软件的组成

组态王软件可以在Windows98、WindowsNT和Windows2000操作系统下运行。

目前常用的版本是组态王kingview6.5版。

组态王软件包由工程管理器、工程浏览器、画面运行系统三大部分组成。

其中，工程管理器用于新建工程以及工程管理等。

工程浏览器内嵌画面开发系统，即组态王开发系统。

工程浏览器和画面运行系统是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行环境中才能运行。

工程管理器主要用于组态王工程的管理，可以新建工程、搜索工程、工程的备份、工程恢复、变量的导入导出、定义工程的属性等。

工程浏览器是组态王软件包的核心部分，它具有管理开发系统的功能，它将画面制作系统中已设计的图形画面、命令语言、设备管理、变量管理、配方管理、数据库访问配置等工程资源进行集中管理，并在一个窗口中以树形结构排列，窗口界面与Windows操作系统中的资源管理器的非常相似。

组态王工程浏览器的结构如图2.1所示。

图2.1组态王工程浏览器的结构图

工程浏览器内嵌画面开发系统，在工程浏览器界面进入画面开发系统的操作方法有以下三种：

方法一：

在工程浏览器的右上方图标快捷菜单中单击“MAKE”图标。

方法二：

在工程浏览器窗口中选择“文件”下的“画面”，则在工程浏览器显示出“新建”图标，双击“新建”图标就可以进入组态王开发系统。

方法三：

在工程浏览器的空白区，点击右键并选择“切换到Make”也可以进入到组态王开发系统。

画面运行系统是组态王软件的实时运行环境，它用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与IO服务程序的数据交换，将各种数据采集到组态王系统中，并把数据的变化用动画的方式形象地展示给用户，同时组态王自身可以完成报警窗口、历史数据记录、实时和历史趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据库文件。

2.2.2组态王开发工程项目的一般过程

下面简单的介绍一下组态王KingView6.5进行实际项目开发过程时必要的几个步骤[9]：

步骤一：

启动组态王工程管理器，单击“新建”按钮，在随后出现的“新建工程向导”中单击“下一步”按钮，输入工程项目所在的目录，再单击“下一步”按钮，输入工程名称和工程描述（可以省略），再单击“完成”按钮，此时在工程管理器中显示出所建的工程项目名。

步骤二：

双击新建立的工程项目或者单击菜单“MAKE”，都可以进入工程浏览器。

步骤三：

进行设备配置。

在组态王工程浏览器的工程目录显示区，单击“设备”大纲项下相应设备成员名，然后在工程浏览器目录显示区双击“新建”图标，出现“设备配置向导”窗口，在此窗口中完成与组态王软件进行数据通信的设备的配置工作。

步骤四：

构造数据库。

数据库是组态软件的核心部分。

建立在数据库中的各种变量负责与各种外部设备进行数据交换，以及完成相关数据的存储。

在工程浏览器中单击“数据库”大纲项下的“数据词典”成员名，然后在右边的目录内容显示区中双击“新建”图标，则弹出“定义变量”对话框，在此对话框中输入变量名，选择变量类型、数据范围、连接设备等，完成配置后，单击“确定”按钮就完成了一个变量的配置。

步骤五：

启动画面开发系统。

在组态王工程浏览器的目录显示区中，单击“文件”大纲下的“画面”成员名，再在工程浏览器目录内容显示区中单击右键，在弹出菜单中单击“新建画面”菜单，此时程序会切换到组态王开发系统，并且弹出“新画面”对话框，在此对话框中输入要建立的画面的名称以及画面的大小，也可以选择背景颜色等，然后单击“确定”按钮，则出现了一个空白的新画面。

用户可以在这个画面上利用各种绘图工具进行显示画面的设计开发。

步骤六：

定义动画连接。

动画连接建立了数据库中变量与图形画面中的图素之间的关系。

只有建立了动画连接，才能将数据库中的变量信息反映到图形画面中来。

在建立好的画面上双击图形对象，则会弹出“动画连接”对话框，用户可以对一个图形对象同时定义若干个动画连接，构成比较复杂的显示效果。

步骤七：

运行与调试。

启动组态王运行系统，通过对画面的观察和操作验证设计是否正确与完善，根据出现的问题可以重新进行上述的步骤，直到系统的功能正常。

2.3需求分析

2.3.1案例工程的设计需求分析

井供水监测系统可应用于实际的工程生产中，在本系统中，需要实现井供水的实际输入与输出。

并且监测实时数据——蓄水池水位、池水温度、池中压力和池底压力。

根据系统的具体要求，可实现蓄水池水位的自动和