基于b%2fs架构的水泥生产监测系统的设计

《基于b%2fs架构的水泥生产监测系统的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

济南大学硕士学位论文目录第一章绪论............................................................11.1水泥行业管理信息化发展概况........................................11.2设计背景及意义....................................................31.3本文主要研究内容..................................................51.4本章小结..........................................................6第二章系统开发需求分析..................................................72.1系统研发方案......................................................72.2系统功能要求......................................................92.2.1用户管理模块.................................................92.2.2生产监测模块.................................................92.2.3数据管理模块................................................112.3系统设计环境需求.................................................112.4系统性能需求.....................................................112.5本章小结.........................................................12第三章水泥生产监测系统设计平台及工具选择...............................133.1网络架构选择.....................................................133.1.1C/S架构特点................................................133.1.2B/S架构特点................................................143.1.3C/S与B/S两种模式的比较....................................143.2系统设计原则.....................................................153.3数据库服务器选择.................................................163.3.1系统数据库服务器简介........................................163.3.2MicrosoftSQLServer数据库组成...............................173.4开发环境选择.....................................................183.4.1开发语言选择................................................183.4.2开发工具选择................................................183.5本文小节.........................................................19第四章系统架构与模块功能设计...........................................21I万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计4.1系统架构模式选择和设计...........................................214.2系统模块设计.....................................................224.2.1系统主要模块设计............................................234.2.3功能树模块设计..............................................254.2.4系统用户管理模块............................................264.3数据库结构设计...................................................294.3.1数据库安全性设计............................................294.3.2数据库表的分类..............................................304.3.3系统用户信息表的设计........................................314.3.4系统变量与DCS标签对照表的设计.............................314.3.5生产过程数据信息表..........................................344.4本章小结.........................................................35第五章水泥生产监测系统的实现...........................................375.1系统模块的功能实现...............................................375.1.1系统登录模块功能实现........................................375.1.2系统信息维护模块设计........................................385.1.3生产监测模块................................................415.1.4数据综合分析模块............................................485.2数据库模块实现...................................................505.3数据整理归档.....................................................515.4测试用例设计.....................................................525.5系统初步发布实施情况.............................................525.6本章小结.........................................................53第六章结论与展望.......................................................55参考文献.................................................................57致谢....................................................................61附录A.................................................................63II万方数据 济南大学硕士学位论文摘要水泥行业作为典型的流程型生产行业，一直比较重视生产过程控制水平的提高，而在综合信息管理平台方面的建设发展较为缓慢。近些年，伴随着计算机和网络技术的发展，加强信息化技术在生产和管理中的实际应用不仅符合当下中国可持续发展、“两化融合”的方针政策，更是我国经济进一步提高发展、加强信息化与工业化深度融合的重要手段。本课题研究的生产监测系统是基于建设流程工业综合自动化实验室的设计要求来实现的。系统利用先进的计算机和网络技术，以管理信息系统的应用研究为核心，通过对已有水泥行业生产监测系统的研究，结合水泥行业生产和工艺特点对整个系统进行了需求调研，确定系统开发方案，实现对水泥工业各个生产环节的数据的实时监测。本文主要工作如下：(1)首先介绍了国内外水泥行业管理信息系统发展历史以及现状，分析了水泥生产监测系统平台设计的实际需求，确定系统的总体设计方案，对系统的功能树、用户管理模块、系统功能模块进行设计与实现，其中系统功能模块包括用户登录模块、系统管理模块、生产监测模块、历史数据管理模块等。(2)根据系统的整体设计方案，依照数据库设计规范，进行了数据库系统设计。为了提高水泥生产监测系统与DCS系统之间的数据独立性，设计并使用对照表来建立生产过程信息表与DCS点号表之间的联系。(3)系统运行平台选用Windows与.NET平台，系统架构为B/S架构，开发语言为C#语言，开发环境使用了VisualStudio2012，数据库系统采用MSSQLServer2012。系统为用户提供远程实时监测功能，可以使得用户即使不在现场也能够通过系统获得实时的生产数据信息，进行数据分析和生产管理。关键词：水泥行业；管理信息系统；生产监测；B/SIII万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计IV万方数据 济南大学硕士学位论文AbstractAsatypicalprocessmanufacturingindustry,cementindustryhaspaidmoreattentionontheproductionprocesscontrollevel,butthedevelopmentoftheintegratedinformationmanagementplatformisrelativelyslow.Inrecentyears,withthedevelopmentofcomputerandnetworktechnology,tostrengthentheinformationtechnologyinproductionandmanagementinthepracticalapplicationisnotonlyinaccordancewiththecurrentChinesesustainabledevelopment,"twointegration"policy,butalsoisanimportantmeansofChina'seconomicdevelopment,strengthenandfurtherimprovetheintegrationofinformatizationandindustrializationdepth.Productionmonitoringsysteminthisresearchisthedesignofintegratedautomationofprocessindustrywhichisbasedonthelaboratoryconstructiontoachieve.Thissystemusestheadvancedcomputerandnetworktechnology,theapplicationofmanagementinformationsystemasthecore,throughthestudyoftheexistingmanagementinformationsystemofcementindustry,cementindustry,combinedwiththedevelopmentcharacteristicsofthedemandforresearchonthesystem,determinethesystemdevelopmentplan,theproductiondatasetsfordataarchiving,toachievereal-timemonitoringofcementindustrialproductiondata.Inthispaper,themainworkisasfollows:(1)Firstlyintroducesthedevelopmenthistoryandthepresentsituationofinformationmanagementsystemofdomesticandforeignbuildingmaterialsindustry,analysisoftheactualneedsofthedesignofcementproductionmonitoringsystemplatform,makeouttheoveralldesignofthesystem,thefunctiontree,usersofthesystemmanagementmodule,includinguserloginmodule,systemmanagementmodule,monitoringmodulethehistorydatamanagementmodule,.(2)Accordingtotheoveralldesignschemeofthesystem,inaccordancewiththedatabasedesignspecifications,thesystemstoredproductiondatainformationintothedatabase.Inordertomaintaintheseparationbetweendatamonitoringsystemofcementproductionandindustrialcontrolsystem,improvethesystemofstoreddatamoreeasytoread,designandusethetabletobuildtheproductionprocessinformationtable.Atthesametime,thedatabasesecuritydesign,databasetableclassification,andcompletethesystemuserV万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计informationtable,tabledesign.(3)TheoperatingsystemplatformusingWindowsand.NETplatform,B/Ssystemarchitecture,theC#language,VisualStudio2012environment,MSSQLServer2012databasesystem.Thesystemprovidesreal-timeremotemonitoringfunctionfortheuser.Theuserscannotonlybeobtainedtheproductiondatainformationinrealtimethroughthesystemevenifnotinthefield,butalsoanalysisthedataandmanageproduction.KeyWords:cementindustry;informationmanagementsystem;Productionmonitoring;B/SVI万方数据 济南大学硕士学位论文第一章绪论1.1水泥行业管理信息化发展概况随着网络技术在管理信息化领域的不断进步发展，管理信息系统在各领域也逐步得到广泛使用，为取得最大化的经济效益各行业将面临前所未有的挑战和压力。进一步快速发展管理信息技术，也能够在企业的研发、生产、物流以及管理等环节推广使用信息技术，并且深入发展实现企业管理信息化，同时也能够有效促进企业经济转型升级，降低企业生产成本，增强核心竞争力，推进提质增效，增强信息技术产品与工业生产的集[1]成力度，从而以科学建设推动现代市场经济的快速发展。水泥行业作为典型的流程型生产行业，各企业一直比较重视生产过程控制水平的技术改进和控制发展，而忽视了水泥企业管理信息平台的建设和发展。近些年，国际水泥企业尤其是大型水泥集团在信息化领域的发展十分迅速，而我国水泥企业的信息化发展总体依旧处于初始开发阶段，并且主要的应用领域依旧停留在单元系统的应用层面，因此这种迟缓的发展状态严重制约了我国水泥企业的两化融合、经济转型，阻碍了企业竞[2-4]争力的提升。随着信息化理论体系的不断成熟，为行业管理信息化的进步起到推动作用，推进经济可持续发展，促使经济信息化建设的全面提高。在面对生产原材料和燃料的使用价格上调，而生产产品的售卖价格逐步下跌，同时建材行业整体面临着经济全球化发展和工业经济转型升级的多重压力，其各个领域的经济效益都面临着严峻的挑战和整体下滑的危机形势，建材行业只有通过转变生产发展方式、加强生产与科技的融合、依靠管理信息化生产发展趋势加快产业转型升级才能够取得新的进展和进步，只有这样才能更够带[5]动建材行业整体平稳快速发展、推动行业科技水平的整体提升。伴随着“两化融合”在我国工业生产领域的不断推进，企业内部管理信息化建设逐步成为必不可少的重要组成模块。如果缺少信息技术作为技术支撑，企业想获取更高的经济效益、得到更好更快的进步发展就会面临巨大的挑战。随着信息化理论在在建材行业的推广，企业和管理者都对信息化发展的重要性和必要性有了初步认识，并且逐步加强对信息化平台的开发和加深对信息资源的有效利用，在建材行业的多年努利下，行业信息化建设目前已经取得了初步成果和长久有效的发展。在面对国内传统工业经济转型和国际金融危机的严峻形势下，通过推动企业管理信息系统平台建设、加强行业内部的1万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计总体管理经营水平信息化升级，为行业的发展提供了重要的技术手段和数据支持。结合“十二五”规划、实现“两化融合”的政策方针，管理信息化在建材行业的广泛使用能够推进传统工业经济转型，推进实现经济可持续发展，提高我国建材行业总体信息化管[6,7]理水平。在我国建材行业内部中最主要的衡量标准和重要的经济指标行业是行业的经济水平，我国水泥的消费产量居于世界先进行列，预计在2015年我国水泥消费产量约达到[8]近21.5亿吨，约占世界水泥总产量的58%。与此同时随着生产工艺的改进升级，管理信息化理念的不断深入已经开始逐步推进水泥产品质量的提高和行业的发展壮大。水泥是我国经济发展和建筑行业最主要的基础材料之一，其生产行业也就成为了十七大最为关注的急需转型发展的传统工业，在两化融合的评定组织工作中，根据管理信息化理论研究成果，结合水泥行业发展特点，严谨、统筹规划建材行业特别是水泥行业的两化融合发展计划。根据评估结果结合建材行业生产发展的主要特点，明确了以信息科学发展为支撑进一步推动行业发展的理念，促进了行业整体进步。根据现阶段水泥行业“两化融合”的发展现状，可以发现我国水泥行业两化融合已获得较为有效的发展。越来越注重管理信息化的企业正在从最初的单元系统的应用层面段迈向信息系统综合集成阶段，部分大中型水泥企业已经开始逐步将管理信息化理论与[7,8]生产发展和企业管理相融合，并逐步加大资金投入和人力开发。尽管水泥行业两化融合的发展已经比较迅速，但仍然与世界先进水平存在较大的差距，例如缺少专业人员的技术服务支持，以及核心管理和生产环节两化融合程度不高。虽然我国已经在建材行业的“两化融合”的贯彻实施工作上获得了一定程度的进展，而且已经有许多主流的大中型企业逐步开始深入研究管理信息化理论并在水泥生产、销售、人员调动分配的实施工作中实际应用起来，可是依旧存在一些企业不注重企业长远发展使用陈旧的生产管理理念，只是将“两化融合”的工作任务流于表面，却缺乏真正的贯彻实施，而管理信息化理论也并没有真正融合在水泥行业的生产管理中，理论研究与生产实际之间仍然存在着不可逾越的鸿沟。只有深化改革、加大信息化理论在行业生产管理中的推广力度，提高信息技术水平，深入融合信息化技术在生产管理和人员管理方面的应用，特别是为提高管理水平、降低能源消耗、加强信息化管理在行业的应用这[9,10]样才能提供更准确的信息和数据支持等等。2万方数据 济南大学硕士学位论文1.2设计背景及意义我国水泥产量居世界第一位，占全球总量的50%以上，同时，我国水泥行业是建材工业的重点发展行业。经过几代人的理论研究和实践开发，我国水泥工业已经积累了一定的研究成果并取得了傲人的成绩，同时无论是信息技术在生产管理方面的研究还是对水泥质量、产量的技术把控能力，在“十二五”期间我国成为世界级水泥强国也是无可非议的。然而随着经济全球化的发展，建材行业市场竞争压力也与日俱增并逐渐趋于白[11-13]热化阶段，无论是行业发展还是内部改革都将面临着严峻的挑战。逐步加强信息化建设，结合世界领先的信息技术来共同构建稳定性高、安全性强、运行效率高的信息基础设施将必然成为一种行业发展趋势。目前，我国大多数水泥企业的生产管理还处于局域网内控制阶段，因此使用先进的计算机网络通信技术将水泥生产过程中产生的大量的过程参数以及生产数据有效地通过网络进行局部共享，实现企业各部门信息交互和数据共享，已成为水泥产业信息化的[14]面临的重要问题，也是水泥产业结构化调整的迫切需求。党的十七届五中全会提出了“推动信息化和工业化深度融合”的经济要求，在十七大又进一步提出了“大力推进信息化与工业化融合，促进工业由大变强”的战略部署。建材行业必须紧跟信息技术革命的步伐，深入信息化理论研究，重视科学技术发展对工业生产管理的影响，增加研究理论在实际水泥生产管理中的应用实施机会，依靠信息技术强大的科技支撑进一步加大人才培养的资金和技术投入，鼓励行业对相关技术人员的业务培养和技术支持，逐步推进信息科技在水泥行业生产中的推广和应用，尽快突破信息化发展在传统工业行业发展的瓶颈，借鉴国外已经比较成熟的理论和研究成果，结合我国行业需求开发更加适合本行业使用的管理信息系统。目前，随着信息化发展的不断进步，水泥行业作为建材行业的龙头产业，已经有一定数量的大中型企业开始着手研发和使用管理信息系统，重视科技人才培养，并加强企业的信息化建设，其中不乏已经取得一定技术成果的企业，有些企业虽然已经开始进行信息化管理的研究，但由于缺少资金投入和技术人员流失都影响了他们的进一步发展，为信息化管理的实施造成了较大的技术难度，严重阻碍了企业的发展和进步；然而绝大多数建材企业依旧缺少对于企业信息化建设的理论知识储备，只是注重生产效益和经济利益。虽然有些资历雄厚、技术人员配置完善的企业已经独立开发了管理信息系统，但是由于技术水平限制和一些其他原因，系统采集的大量的生产数据和管理信息都不能做3万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计到物尽其用，行业缺乏完整性系统性的有效整合、数据信息分散程度比较大，水泥生产[15-17]和管理信息之间出现“信息孤岛”的隔离现象，没有将生产管理数据进行有效利用，造成人员管理失衡、生产成本升高和技术提升受阻。人类社会经历了工业革命，现在正在进行着信息时代的革命，远程控制技术作为生产监测系统最重要的系统设计和软件开发的理论基础，也是自动控制学科的一项重要研究课题。伴随着管理信息化理论逐步发展成熟，互联网技术应用到我们生产、生活的各个方面，Internet网络越来越受人们的关注。管理信息系统的网络架构选择主要有C/S（Client/Server）结构和B/S（Browser/Server）结构两种，其中C/S架构是一种客户端/[18]服务器结构，这种模式形成时期较早，开发模式也比较成熟，但是浏览器/服务器结构的B/S架构模式能够实现大数据的实时信息交互，实现对传输数据的深层分析利用快速高效的实现实时数据信息传输和数据共享。B/S模式相对与C/S模式增添了一个业务层，系统在客户端之负责页面呈现的功能，将主要的业务逻辑存放在了中间层，用户通过中间层与数据库进行数据交互，真正实现了“瘦客户机-胖中间层-瘦服务器”的逻辑[19]业务分配和模式实现，系统使用更利于数据交互的B/S架构模式，这样才能够满足水泥生产实时监测模块的大量实时数据的传输工作。随着B/S三层架构在信息系统开发过程中的广泛使用，越来越多的软件公司开发出适于B/S架构的网站开发领域的软件，例如微软公司在2000年开发了基于.NET三层架构开发环境的ASP.NET与奥多比公司收购后深入研发的Dreamweaver等主流网页开发工具，为本系统的开发和网页设计提供了[28]更加便捷、方便学习掌握的开发工具。同时OPC(OLEforProcessControl)服务器技术在自动化工控领域中的得到广泛使用，并获得了更多主流硬件供应商和软件开发商的一致认可，并逐渐形成了一种工业标准。因此，将Internet网络技术和OPC技术相结合的远程生产监测技术正逐步成为新一代的生产监测模式，即创建基于OPC的B/S架构的远程生产监测系统，将会开创一种新型的生产监测模式，而这一模式将会使水泥行业的生产管理水平和管理信息化建设达到一个新的高度，实现跨越式的发展，进一步深化改革传统工业的信息化转型升级。用户不需要使用系统特定的客户端，只要通过使用基于OPC的B/S架构的水泥远程生产监测系统，利用Web网络就能够直接查看生产状况，随时随地掌握生产线情况，[20,21]对实时数据进行准确分析和判断。使操作员能够如同位于生产现场操作一样，能够做到准确、及时地对设备运行情况做出判断，获取有效的生产监测数据，为进一步优化生产、降低生产能耗损耗提供充足的数据支持和技术支撑。4万方数据 济南大学硕士学位论文1.3本文主要研究内容本课题研究的生产监测系统是基于建设流程工业综合自动化实验室的设计要求来实现的，以管理信息系统的应用研究为核心，与实际的设计功能需求分析相结合。通过结合水泥行业发展特点对整个系统进行了使用需求调研和软件开发设计，随后对整个水泥生产监测系统进行相应的软件方案研究，由ABB、SIMENS等组成硬件系统，能够用各种系统完成工业过程系统组态，实现各种系统互连实验，例如异构、MUDBUS、PROFIBUS等，以完整的管理信息技术理论为支撑完成系统的软件设计方案，通过使用先进的软件设计模式完成对整个水泥生产监测系统的开发实现。本系统的工作主要如下：(1)通过对当今我国管理信息化系统在工业领域的研究水平进行调查研究，总结了建材行业在推进“两化融合”的时代背景下的研究成果，进一步明确了本课题的系统研究设计的背景及课题研究意义，并进一步总结分析了水泥行业在生产监测系统平台的建设和目前行业信息化发展现状。(2)根据建设流程工业综合自动化实验室的设计的实际需求，同时兼顾水泥行业特点，确定水泥生产监测系统的整体研究方案，选取系统运行平台为Windows与.NET平台，系统架构为B/S架构，开发语言为C#语言，开发环境使用了VisualStudio2012，数据库系统采用MSSQLServer2012。(3)依照软件数据库设计规范，提升数据库表结构的稳定性、安全性，根据系统的设计思想和设计方案逐步完成数据库表分类和表结构设计，对采集的数据信息进行归档整理，统一多个模拟量和开关量数据存储表的数据采集时间，将生产数据信息存储到实时数据库，保证生产监测模块数据的完整性和有效性。(4)根据水泥生产监测系统平台设计的实际需求，对系统的功能树、用户管理模块进行设计，并针对主要功能模块进行具体设计与实现，包括用户登录模块、系统管理模块、生产监测模块、历史数据管理模块。(5)本文将遵循系统开发的一般流程，然后结合流程工业自动化实验室的建设要求和行业生产管理的特点对整个水泥生产监测系统进行系统设计和方案统筹，根据具体的实施方案规划软件系统的开发流程和实施进度，建立系统架构，完善系统功能模块的功能，最终进行发布测试。5万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计1.4本章小结本章主要以水泥行业生产管理信息化发展为核心，对水泥行业信息化发展进行了概述，同时根据本系统的整体需求和流程工业自动化实验室的建设需求，阐述了建设水泥生产监测系统的背景及意义，最后总结得出本课题需要进行完成的系统开发方案和功能模块设计。6万方数据 济南大学硕士学位论文第二章系统开发需求分析2.1系统研发方案根据对当前建材行业管理信息化状况的认识和整体调查，并对建设流程工业综合自动化实验室的具体要求进行进一步的综合分析后发现应该设计一套完善的管理信息系统来推动实验室建设的深入发展。在信息化发展的趋势下，不管是水泥企业还是流程工业综合自动化实验室都迫切需要利用信息化管理平台来处理相关业务，而水泥监测平台目前大多是使用的DCS系统，对于通过网络对生产情况实时监测的系统开发还十分不完善，虽然部分大中型水泥企业已经开始逐步将管理信息化理论与生产发展和企业管理相融合，并逐步加大资金投入和[22-25]人力开发，但仍然与世界先进水平存在较大的差距。因此，为缓解水泥行业在经济转型升级过程中的严峻形势，尽快突破信息化发展在传统工业行业发展的瓶颈，我们会借鉴国外已经比较成熟的理论和研究成果，结合我国行业需求开发更加适合本行业使用的管理信息系统，对于改善水泥企业生产管理水平、提升流程工业综合自动化实验室信息化建设发展的水平也起到推动作用。本系统通过OPC技术将现场DCS、PLC等设备中的数据采集到远程服务器端，并分模块、分环节、分功能将数据存放到SQL数据库的相应功能的数据表中，水泥生产监测系统中的各个模块则通过SQL数据库及OPC服务器访问及其设置生产现场的数据及其控制变量，从而实现对熟料、水泥生产线的生产模拟、生产过程的远程实时监测和生产数据的图表分析，如图2.1所示。7万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计图2.1生产监测系统主要功能模块示意图在系统的实现功能方面，本系统为更好的获取建材行业生产经济数据信息，不断加强流程工业自动化实验室的信息化建设，同时为进一步推动水泥企业的生产管理信息化建设发展，就需要精准实时获取水泥行业的经济发展趋势，及时准确掌握相关的运营信息和生产状态，进而有效带动整个行业的经济发展、提升整体的科技水平。在系统的整体功能实现上，根据准确实时获取的熟料、水泥生产数据，实现对水泥生产进行实时监测，通过OPC服务器采集生产数据信息可以对生料预均化、生料预热分解、熟料烧成、水泥粉磨等水泥生产工艺的详细生产数据和能耗管理数据进行存储和显示，确保用户能够实时掌握生产数据和管理信息，同时可以查看历史数据，为进一步优化生产、降低生产能耗损耗提供充足的数据支持和技术支撑。8万方数据 济南大学硕士学位论文2.2系统功能要求根据对系统的业务功能分析，结合水泥行业管理机制设计水泥生产监测系统的管理规范和人员权限配置设计，系统通过对用户身份和职能的设置完成系统人员管理、权限[26,27]配置、身份验证、数据获取机制及相应的数据操作流程管理。2.2.1用户管理模块系统建立管理用户admin拥有系统最大权限，可以根据申请要求添加合适恰当的使用用户，根据用户身份和职能进行权限设置，规范用户使用操作流程，设置一定的系统使用范围，编辑用户系统使用范围，对用户的使用权限进行管理。对不同的用户配置不同的权限才能便于进行系统管理，防止信息泄露，有效降低数据丢失风险，同时根据权限设置也能够达到系统用户各执其能。如图2.2所示。图2.2权限管理用例图同时，在管理信息系统的标准化要求下，为不同的用户初始化了不同的权限范围，用户需要使用正确的已经保存的用户名、对应的密码（大小写区分）以及输入当前的验证码（大小写不区分）就可以登录系统，使用其权限范围内的系统功能。2.2.2生产监测模块根据实时采集得到的生产数据，结合系统已有的水泥生产分环节监测画面，在各个生产监测界面上进行数据监测，这些监测画面上不仅显示实时采集的生产数字量、开关状态、阀门状态等数据，还同时显示报警信息和生产状态提示信息，还会根据现场采集9万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计到的电表信息显示一定数量的水泥生产电耗信息，根据煤使用量和熟料、水泥产量显示煤耗情况。用户可以根据不同的经济指标和生产工艺分别显示需要查询的生产信息，在生产监测界面可以显示所选择的生产线在设定时间段内的生产状况，用户点击跳页查询按钮能够查询一定间隔的时间段的生产情况，当然用户也可以自行设定查询频率根据设定的步长查看相应时间间隔的数据记录。具体的查询流程如图2.3所示。图2.3水泥生产监测流程图10万方数据 济南大学硕士学位论文2.2.3数据管理模块数据管理模块主要用于根据采集到的熟料、水泥生产基础数据进行数据整理和数据归档，进一步完善整理采集到的生产信息和实时数据，同时也可以实现企业的生产管理报表的生成，可以根据用户不同的需求进行数据对比以及生产数据历史趋势呈现。2.3系统设计环境需求结合实际的水泥生产监测信息系统开发的过程需求，为满足流程工业自动化实验室的建设需求，系统设计和测试实施的运行环境要满足以下条件：(1)主机类型：采用具有较高稳定性、安全性的PCServer作为专用服务器，同时使用两台数据库服务器，一个作为实时数据库服务器存储实时生产数据和系统信息，另一[28]个存储历史数据作为历史数据库服务器。(2)网路类型：系统发布后，实验室会开通外网服务，用户无需安装客户端只需使用浏览器可以直接访问生产监测系统。(3)软件技术工具：使用MicrosoftVisualStudio2010作为Windows平台应用程序开发环境，MicrosoftSQLServer2008为本课题使用的数据库，应用面向对象的高级编程语言C#为开发语言。2.4系统性能需求依据软件开发的基本流程，为了确保本课题的水泥生产监测系统中设计的功能模块能够准确实现，并保证数据实时交互，系统在功能保障上做好充分的准备工作，如下图2.4系统性能需求所示。11万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计1)友好的用户界面和良好的可操作性：系统界面布局合理，易于接受接受，考虑不同用户可操作性，使用方便灵活。2)完整性和健壮性：功能完备，能够满足不同用户需求，并具有一定的容错功能，当局部功能出现故障时不会影响其他功能，对用户的误操作，有适当的提示。3)良好的适应性和可靠的稳定性：由于系统用户较多、环境各异，系统必须适合于各种用户环境，并且在使用过程中具有可靠的稳定性，减少系统故障和修复时间，避免不必要的损失。系统4)良好的可扩展性：性系统必须具有良好的可扩展性，能够随着时间、环境、用户需能求的不断变化而进行系统功能且为以后的系统再次升级或开发需留有一定空间。求5)易于维护：系统的可维护性是指在不影响系统其他部分的情况下具有修正现有功能中问题或缺陷的能力。本系统在设计时应采用模块化的设计方法，方便系统的维护和扩展。6)较强的安全性和保密性：系统可以采用身份认证、权限管理、重要数据(如用户的密码)加密保护等措施，防止对系统的非法入侵导致用户信息丢失、泄漏或篡改，使用户对系统能够放心。7)良好的兼容性：充分利用现有的软件模块，可以和外部的软件进行良好的集成，使信息化建设内容完整、统一。图2.4系统性能需求2.5本章小结本章对水泥生产监测管理信息系统的设计实现进行相应的功能性分析，结合实验室建设需求对网络架构选择、系统平台建设需求、模块功能设计做了充足的调查和分析，为下一章系统平台设计及开发工具选择打下了坚实的基础。12万方数据 济南大学硕士学位论文第三章水泥生产监测系统设计平台及工具选择3.1网络架构选择对于管理信息系统进一步开发设计，系统的架构选择和数据库结构设计都是系统设计过程中最为重要的环节，因此我们一定要选择一种轻量级的系统架构。目前在系统主要有C/S结构和B/S结构两种，其中客户端/服务器的C/S架构模式形成时期较早，开发模式也比较成熟，但是浏览器/服务器结构的B/S架构模式能够实现大数据的实时信息交[29-32]互，实现传输数据的深层分析利用快速高效的实现实时数据信息传输和数据共享。本系统中需要数据信息的及时查看，而且水泥生产线上有至少3000个数据监测点，为了实现大数据量的实时交互、数据分析、便于系统管理，就要尽可能实现系统在Web上的使用。因此，为了完成系统发布实施和将来的推广使用，就要创建基于OPC的B/S架构的远程生产监测系统，将会开创一种新型的生产监测模式，而这一模式将会为水泥行业的生产管理水平和管理信息化建设提供充足的数据保证技术支持。3.1.1C/S架构特点作为开发较早的网络架构模式，C/S架构为两层结构，即用户层直接能够与数据层进行连接，将大量的逻辑运算和数据处理功能放在客户端实现，有效分散了系统的[33,34]功能分配，称为“胖客户端/瘦服务器”的架构模式，如图3.1所示。C/S架构的优势主要体现在为数据存储安全性高、系统专用性强、网络通讯的速度迅速及数据能够实现实时交互等优点。但是这种架构模式也存在一定的缺陷，例如系统使用需要较高的软件支持，并使用专门的客户端软件才能够使用系统，无形中增加了系统维护的[35]成本和后期升级难度，不利于深入推广使用等。客户端数据库服务器协议图3.1C/S网络架构模式13万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计3.1.2B/S架构特点系统从模型结构组成上来说，主要分为客户端层、服务器层以及数据库服务器。系统的客户端层是操作用户与计算机之间的信息沟通的桥梁和纽带，客户端主要功能是实现通过服务器层与数据库进行数据交互，进而能够完成数据查询、数据分析处理和界面显示的功能。服务器层其中包含WEB网络服务器和系统应用服务器两部，WEB网络服务器在功能上主要实现系统使用用户对系统模块的使用和系统数据集中式管理操作；应用服务器部分在功能上主要完成系统管理信息、功能树数据管理、用户权限管理等等。数据服务器作为系统数据存储的核心部分，主要完成存储实时数据、修正历史数据、数据归档整理以及其他系统相应的功能，如对整个数据库的数据归档整理、实时数据转存[36-39]到历史数据库等等。B/S模式将主要的功能操作放在浏览器上、将系统业务逻辑都放在服务器上，而客户端的负载任务相对较轻，这种模式分散了系统整体业务，用户不需要使用系统特定的客户端，只要通过使用基于OPC的B/S架构的水泥远程生产监测系统，利用Web网络就能够直接使用系统查看生产状况，如图3.2所示。图3.2B/S网络架构模式3.1.3C/S与B/S两种模式的比较使用B/S三层结构模式情况下，不需要经过客户端层获取数据信息，访问数据库请求由应用层向数据访问层发出，并进行数据交互和系统访问，用户能够通过浏览器就能够直接使用本系统，完成大量的数据交互，更加方便高效的对水泥生产过程进行监测和14万方数据 济南大学硕士学位论文人员管理。如图3.3所示C/S与B/S模式比较。C/S模式比较方面B/S模式开发成本较低、只需在客户端安装通用的浏开发成本较高。对不同的用户要开发不开发成本览器，在服务器方面，应用可为服务网络任同的应用程序，编程工作量大。何授权用户所使用。客户端具有显示和建立数据的功能，客客户端把事务逻辑部分分给了功能服务器，客户端负载户端负载大。人人减轻了客户端的负载。采用开放的、非专用的标推，保证采用内部标准，通常是专用的。标准性了其应用的通用性和跨平台性。其层与层之间相互独立，任何一层的改变不系统中每一部分的变动都关系到其他模影响其他层的功能，系统改进变得非常容灵活性块的变动，灵活性差。易，而且可以用不同厂家的产品来组成性能更好的系统，灵活性更好。客户端和数据库服务器之间增加应用服务系统的客户机直接和数据库相连，安全层，使两者不再直接连接，客户端无法直接安全性性较差。对数据库操纵，可有效的防止非法用户的入侵，增加了安全性。由于客户端基本安装的是通用浏览器，不存系统为窗体应用系统，可移植性差。移植性在移植问题。由于整体性，必须整体考察，处理出现构件组成方面构件个别的更换，实现系统的的问题以及系统升级难，可能是再做一系统维护无缝升级。系统维护开销减到最小，用户从个全新的系统。网上自己下载安装就可以实现升级。图3.3C/S与B/S网络架构比较在B/S多层结构模式情况下，主要的功能操作放在浏览器上，系统业务逻辑都放在服务器上，而客户端的负载任务相对较轻，用户不需要特别安装客户端软件，只要使用电脑上的浏览器就可以使用系统，减轻了系统维护与升级的成本，为用户的使用带来方[40]便。用户通过应用层向数据访问层发出访问请求，使用浏览器通过WebServer同数据库进行数据交互。因此B/S架构更符合流程工业自动化实验室的设计要求，因此本课题也主要选择B/S模式。3.2系统设计原则管理信息系统软件不仅要根据行业发展特点还要结合流程工业自动化实验室的实际设计需求完成在系统需求分析方面的设计工作，同时在实际的操作环境中对系统的控制、协调计算机内部操作以及关联与其相关的外部设备也起着至关重要的作用。在水泥监测系统进行总体架构选择和功能设计前应对软件设计原则有一定的了解。如图3.4所示为系统设计原则。15万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计图3.4系统设计原则3.3数据库服务器选择3.3.1系统数据库服务器简介作为Microsoft微软公司开发和推广使用的信息管理的龙头产品，MicrosoftSQLServer是一种关系型数据库管理系统（DBMS）实现了真正的客户机/服务器体系结构，自SQLServer2000版本发布以来带来了MicrosoftSQLServer的重大改革，不仅是一种单纯的数据管理系统软件，它继承了以前版本的优点，还增加了许多更加先进的功能，并开始逐渐演变为数据管理系统解决方案的核心部分，这些功能也为系统实现更加有效的数据处理和数据分析提供有效的技术支持和保障，如图3.5所示为SQLServer主要工[41]具。16万方数据 济南大学硕士学位论文1)联机丛书(BooksOnline)联机丛书包含SQLServer中每个特性的详细解释、每个命令相关的语法及多种代码示例，同时把大量的联机资料集成到本地文档中。2)SQLServer配置管理器(SQLConfigurationManager)其功能是负责管理SQLServer的服务和协议。主要任务：启动/停止/暂停/重启服务；修改服务账户和密码；管理服务的启动模式(手/自动)；配置服务启动参数。3)企业管理器(SSMS)其为核心工具，提供所有SQLServer服务的管理功能，管理数据库及其中的表、视图、存储过程、触发器等，而且还能够实现备份和SQL恢复数据，调度任务等功能。SERVER主要工具4)查询分析器可创建和执行Transact-SQL(TSQL)语句，运行存储过程等，从而实现查询、更新、删除等数据库操作。5)数据导入与导出可以解决SQLServer与不同存储方式之间的转换。如可以在Access数据库、文本文件、Excel等和SQLServer之间传递数据。6)性能管理工具包含那些与SQLServer有关的性能指标，如数据库、缓存、日志、锁、复制代理以及处理器、内存、线程、进程等并且提供关于资源用法、吞吐量和内部阻塞等信息。图3.5SQLServer主要工具3.3.2MicrosoftSQLServer数据库组成为了解决系统使用过程中可能出现的大数据传输和数据容灾的情况，建立可靠性高、安全性强、无单点故障的数据库结构也是本课题系统开发过程中需要考虑的问题，同时还要确保系统实施后能够方便维护、易于扩充。本系统在根据不同的数据类型的差别制定了三种数据表：管理信息表、系统变量与工控系统点号名之间的对照表和生产数据表。其中管理信息表包含了用户表、用户权限表以及系统功能树结构表等；对照表是为了保证系统通用性而设计的，主要存储了工控软件系统中的点号名和系统生产监测模块使用的系统名称之间的对应关系；数据库中的生产数据表，包含水泥生产实时数据、历史数据、生产报警信息、能源消耗信息等等。17万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计3.4开发环境选择3.4.1开发语言选择本系统采用MVC框架模式，将业务逻辑、数据交互以及交互界面分离开来，实现层次分隔，系统开发过程中也可以进行分组开发，将开发界面视图、程序数据逻辑、业务逻辑分配给不同的人员开发。前台View界面主要采用CSS、HTML标记性语言，后台开发语言主要以C#语言为主，同时也使用了JavaScript、JQuery动态语言等编辑调用的前台方法。本系统采用面向对象语言C#进行开发，其主要特性如图3.6所示。1)语法简单C#用真正的关键字替换活动模板库和伪关键字，如BOOL、VARIANT_BOOL等，C#中各种操作符在.NET类库中被重新命名。同时C#舍弃了在C++中常见的语法冗余问题。2)精心地面向对象设计C#具有封装、继承和多态性，建造广泛组件的绝对选择。具备良好的开发环境，提高生产效率。3)与Web的紧密结合C#主C#组件将能够方便地为Web服务，并允许它们通过Internet被运行在要任何操作系统上的任何语言所调用。突4)完整的安全性与错误处理出C#的先进设计思想可消除软件开发中的许多常见错误，并提供完整特的安全性能。C#同时可利用少而精的程序完成相同的功能。性5)版本处理技术C#提供内置的版本支持来减少开发费用，使用C#将会使开发人员更加轻易地开发和维护各种商业用户。6)灵活性和兼容性C#面向对象编程，提供了各种有效功能，提高灵活性，且可兼容大多数的软件程序及操作系统等。图3.6C#主要突出特性3.4.2开发工具选择整体系统的开发是主要应用了B/S结构的模式，结合流程工业自动化实验室的建设要求，本水泥生产监测系统设计以及开发工具如下：(1)采用.NET做为系统框架，三层架构的模式将业务逻辑、数据访问、用户界面相[42]分离。18万方数据 济南大学硕士学位论文(2)使用MicrosoftVisualStudio2012软件作为开发工具，同时使用了AdobeFlash、Photoshop等完成部分界面设计工作。(3)系统前台界面主要采用CSS、HTML标记性语言，后台开发语言主要以C#语言为主，同时也使用了JavaScript、JQuery动态语言等编辑调用的前台方法。(4)应用设计成熟、功能强大的SQLServer2012作为数据库，将历史数据与实时数据、管理数据分别存放到历史数据库和实时数据库中。3.5本文小节本章主要针对网络架构选择、数据库结构设计、系统设计及开发工具选择等内容做了阐述，完成主要设计方案，为下一章节系统架构与模块设计作了良好的铺垫。19万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计20万方数据 济南大学硕士学位论文第四章系统架构与模块功能设计4.1系统架构模式选择和设计通过前三章的阐述，我们详细的对系统的研究背景和设计需求进行了研究，需要设立实时数据库服务器和历史数据库服务器，采用B/S三层架构模式，用户通过使用计算[43]机访问网络就能够使用系统，实时监测水泥生产状况，其网络架构设计如图4.1所示。图4.1网络架构设计图本文中所讲述的是经水泥生产监测系统及相关的系统功能模块。系统的实现着重在于信息传递与共享，精准实时获取水泥行业的经济发展趋势，及时掌握相关的运营信息，并根据系统目前的需求来设计实现各项相应的模块及功能。根据获取的实时水泥生产数据，结合系统已有的水泥生产分环节监测画面，在各个生产监测界面上进行数据监测，这些监测画面上不仅显示实时采集的生产数字量、开关状态、阀门状态等数据，还同时21万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计显示报警信息和生产状态提示信息，还会根据现场采集到的电表信息显示一定数量的水泥生产电耗信息，根据煤使用量和熟料、水泥产量显示煤耗信息。同时可以查询历史数据，还原过去的水泥生产状况，同时，可以将采集的数据灵活生成报表，进一步进行整合比较等操作。4.2系统模块设计通过对B/S和C/S架构的对比分析，本系统将采用B/S架构，系统的实现着重在于信息传递与共享，精准实时获取水泥行业的经济发展趋势，如图4.2所示，图中显示了根据系统目前的需求来设计实现各项相应的模块及功能。图4.2系统模块结构图根据图4.2显示各个模块，整个系统运行首先是通过用户管理和系统管理模块进行系统管理和用户初始化设置，本系统的系统管理用户admin可以根据实际情况增加相应的系统使用用户同时可以完成对用户的相应权限的配置，否则没有使用权限的用户登录系统后无法进行任何操作。首先要完成对采集的基础数据信息进行统计的工作，完成数22万方数据 济南大学硕士学位论文据库的整合归档，因为生产线存在大量监测点，OPC服务器采集的生产数据由于技术原因在多个表的数据存储时间并不一致，经过系统对采集数据的归档整合，用户就可以对水泥、熟料的生产状况进行检测，对生产过程中的突发状况及时做出改进和调整，利用水泥生产监测系统中的历史数据分析模块，通过对采集的现场生产数据进行数据图表分析、生产工艺对比等业务功能，用户可以根据实际需求和经济指标设计需要的报表格式、对比数据、对比时间段等指标信息，实现生产数据的进一步利用。水泥生产监测系统中的历史数据分析模块根据OPC服务器采集的现场生产数据进行数据分析、图表显示等业务功能，将生产数据实现深入利用和信息分解，用户可根据用户的个人需求实现灵活定制报表的功能，使提供更加全面、详尽的水泥生产信息，直观、多角度展示水泥历史生产状况，进一步提高办事效率，调整生产模式，为进一步优化生产提供有效的数据支撑。该系统对于已经上传的生产数据进行处理，首先应该进行多个表的数据归档处理，保证同一时间点的生产数据能够进行统一显示。由于熟料、水泥生产过程中存在大量需要监测和采集的数据，因此OPC服务器采集数据是可能出现上传数据时间不一致的情况，同时电表接口获取的数据，也可能因为各种各样的因素导致历史数据中存在多个表存储数据存在微小的时间差。进行数据处理之后，生产监测才能够更好、更全面的显示熟料、水泥的生产状况，进一步提高工作效率和办事能力。4.2.1系统主要模块设计系统的主要功能模块可以分为用户登录模块、系统管理模块、生产监测模块、历史数据管理模块。登录模块顾名思义是完成对用户登录系统的验证功能模块，由于用户身份和用户职能的差异使不同用户的权限不同，登录系统能够应用的系统功能也不相同。对于系统管理模块主要是针对用户的管理，对于新建立的初始用户是没有任何权限的，只有系统管理用户（admin）以及拥有建立用户、配置用户权限的用户才能进行用户权限配置，否则没有权限的用户登陆系统后无法进行任何操作。生产监测模块主要是通过对于采集到的数据进行分析整理，多个表的数据归档处理，保证同一时间点的生产数据能够进行统一显示，根据处理好的数据实现对熟料、水泥生产的实时监测，同时也可以根据已有的数据进行水泥生产的历史状况查询，更加直观立体展示水泥生产状况。历史数据管理模块分为数据综合分析模块和数据查询模块。数据综合分析模块主要通过对采集的现场生产数据进行数据图表分析、生产工艺对比等业务功能，用户可以根据实际需23万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计求和经济指标设计需要的报表格式、对比数据、对比时间段等指标信息，实现生产数据的进一步利用。数据查询模块中主要针对了不同生产工艺的数据信息，可以通过历史数显示进行查看，也可以通过数据分析功能模块对历史数据统计成相应的图表进行直观立体的数据查询。(1)用户登录模块用户登录模块作为用户登录系统的入口，系统中存在三种类型的用户：系统管理员、管理用户和普通用户，三种用户的登录方法是相同的，登录系统时需要输入用户名及其对应的用户密码，最后还要输入当前显示的验证码，只有以上信息全部输入正确才能使用本系统。当用户输入存在错误时，网页会显示不同的信息提醒，且登录失败。如图4.3所示为系统用户的登录验证流程图。开始输入“用户名称”“用户密码”“验证码”N“验证码”输入正确？提示相应信息YN“用户名称”输入正确？YN“用户密码”输入正确？YN有用户权限？Y成功登陆系统结束图4.3系统用户的登录验证流程图(2)系统管理模块24万方数据 济南大学硕士学位论文对于系统管理模块的主要工作就是完成对系统内部信息和用户数据的管理，其中包括用户新增、用户权限配置、用户管理三个主要方面。新增用户时，需要填写用户的名称、登录名、邮箱等基本信息，并选择用户角色；对于用户权限配置的实现只有系统管理员可以根据角色需求设置该角色下包含的用户的系统使用权限，从而对用户使用进行管理；当发现系统中存在过期用户、不再使用的用户或者其他冗余数据信息时，拥有管理权限的用户可以进行删除操作，进而保证数据库良好状态，减少垃圾数据。对于系统的管理部分，系统初始会有一个超级用户，通过该用户登录系统可以实现系统用户的增加、修改、删除以及用户权限配置的工作等等。(3)数据维护模块对于用户来说，根据系统采集的生产数据，通过系统对数据库数据的整理归档，形成更加完善、更加高效、更加全面的数据体系，使用这些已经完善的数据，可以更加直观的查询水泥生产环节的生产状况，从而进一步对水泥生产状况有更加深入的了解，为更加合理、更加有效的生产调整和人员管理提供充足的数据支持和合理的技术保证。(4)生产监测模块实时监测模块主要实现与实时数据库的数据交换，响应系统的实时监测请求。实时数据库存放的是OPC服务器在生产现场采集的实时数据，以及生产设备的运行状况的数据。这些数据会根据一定的数据结构存储在实时数据库之中，同时所有的数据记录还会包含监测点信息、监测数据、监测时间、生产工艺等等。这些数据在实时数据库保存一段时间之后会存储到历史数据库中，成为历史数据后就能够在数据分析模块对生产数据进行进一步的利用。当实时数据超过系统预设的边界值时，系统的监测画面上会显示相应的报警提示信息，例如当皮带跑偏时，系统会提示“皮带一级跑偏”、“皮带二级跑偏”、“皮带故障”，这些提示会在监测画面上闪烁显示，以达到提示操作人员的目的，可以及时调整生产，减少损失。4.2.3功能树模块设计与其他的管理信息系统类似，整个水泥生产监测系统使用左侧框架下的功能树作为导航，根据实验室建设需求结合水泥行业特点分析设计了系统功能层次，将功能树层次深度主要设计为3层，于此同时在系统数据库上建立了相应的数据库表，用于设计相应25万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计的功能树结构，将用户权限与功能树ID绑定，直接限定了用户的使用范围。系统功能树的数据库表结构设计如表4.1所示。表4.1功能树表结构中文名称英文名称类型长度备注IDtreeidguid4GUID()功能名称namevarchar50V功能层次lavelint6网址ipvarchar50父层次fatheridbit1NotNull表名dtnamevarchar50权限powerbit11-可以使用，0-不可使用备注remarkvarchar500如上表所示，数据表中的treeID表示的是功能树中导航的ID是以GUID的方式有系统自动产生的一组无重复序列，功能名称是指功能树中导航的中文名称，功能层次是指导航在功能树中的位置，父层次表示高一节点的ID，例如“水泥生产监测系统”作为最高层次的节点，其功能层次为“01”，下一层“生产监测模块”的功能层次为“0102”，其父层次就是指“水泥生产监测系统”的功能层次，即为“01”，同理可知，再下一层“实时生产监测”的功能层次为“010202”，其父层次即为“0102”。数据表的权限列表示用户是否具有使用权限，无使用权限时为“0”，同时默认其子节点权限为“0”，则不能使用该节点以及其子节点的所有功能，因此当父节点没有具备真功能而子节点有时，用户仍然无法使用。数据库表的网址字段是指系统对应的跳转网页的IP地址，将功能树与用户权限的绑定只是初步限定了用户的访问系统的范围，实现功能树导航对用户权限的直接限制。依据权限表的数据结合用户的权限配置规范就可以省时高效的规范用户的权限和用户在水泥生产监测系统的使用范围。4.2.4系统用户管理模块在水泥生产监测系统中，用户管理模块主要是针对用户添加和权限配置的功能是设置，系统管理用户和具有添加用户权限的系统用户具有添加新用户使用功能节点、删除用户使用功能节点、密码修改以及权限配置的职能。增加新用户是根据用户本身的身份和职能来设置其用户权限，从方便管理、数据存储和系统的安全性的角度出发来考虑，我们要求系统中的用户名不能重复，在对系统添加新用户时，系统会遍历查询数据库的用户表，确保用户名是唯一不重复的，否则会在页面提示相应的信息，提交保存失败，不能进行新增用户的操作，也不会在用户表和权限表插入和更新用户信息。26万方数据 济南大学硕士学位论文如图4.4所示为增加系统新用户流程图。开始增加新用户界面填写用户名称、用户密码、邮箱提示相应信息Y内容为空或密码不一致或邮箱格式不正确N点击“确定”按钮Y用户名称存在？NY邮箱已注册？N增添新用户成功结束图4.4增加系统新用户流程图当系统中出现过期的用户、不合规范的用户或者是已经停止使用的用户时，就需要系统管理员或者具有删除用户这种较高权限的系统用户将删除系统中出现的以上几种类型的用户，同时根据数据库表结构，也将删除数据库中用户表和权限表的相应信息，这样能够清楚数据库中得冗余数据，保证数据库的实时有效和内容及时更新。系统添加的用户初始密码为“123456”，用户登录系统后可以根据需要更改密码，系统采用安全哈希算法对密码加密，使用这种不可逆的加密算法保证用户信息的安全性和系统的稳定[44,45]性。如图4.5所示为用户更改密码流程图。27万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计开始密码修改界面输入原密码输入新密码提示信息再次输入新密码原始密码输入错误！提示信息新密码不一致N原密码是否正确？Y两次新密码N输入一致？Y密码修改成功结束图4.5用户更改密码流程图功能树与用户权限的绑定只是初步限定了用户的访问系统的范围，对于系统使用还要进一步细化权限管理。数据库架构设计和权限管理是整个系统的研发核心部分，系统管理员和最高权限用户可以根据用户身份和职能来分配用户权限，保证系统数据安全，降低数据泄露风险。查询权即是对系统的使用和信息查看功能拥有权限更新权即是对系统各功能模块实现“增、删、改、查”的数据操作。如图4.6所示用户权限管理流程图。28万方数据 济南大学硕士学位论文开始权限管理界面初始化左侧显示系统用户列表点击用户列表中用户右侧显示相应的权限信息点击“确定”按钮N修改过?提示信息，不需保存Y提示保存成功结束图4.6用户权限管理流程图4.3数据库结构设计在设计水泥生产监测系统时，存在大量生产数据、系统数据的交互和数据库表结构设计的工作，因此数据库设计也就成为了一个管理信息系统中不可或缺的重要模块，数据库的设计就要与系统设计的业务需求息息相关，于此同时数据库也成为了整个系统的关键支撑要素。数据库模块的设计主要是在于数据库安全性方面的设计和数据库结构的设计，其中数据库结构包括数据库内部数据的表结构的设计、数据库视图以及数据库关系图的设计，因此设计一个性能较高、同时具有较高安全性的数据库是系统设计初始阶段必不可少的重要组成部分，否则一旦出现信息泄露、用户信息篡改等技术漏洞，将会为生产管理造成无法弥补的经济损失和数据损失。4.3.1数据库安全性设计系统管理员的用户名为admin，可以根据新增用户的身份和用户角色来配置相应的用户权限。用户登录系统时，系统还采用正则表达式验证和js验证方法验证用户登录信息的合法性，防止使用违规输入恶意篡改后台查询数据信息，同时程序也将用户的登录名及其密码信息加入到系统设计中，以上多项信息查询参数传入后台与数据库连接验证[46]用户权限，进一步提高了连接数据库服务器的安全性。29万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计所谓的SQL注入是一种攻击系统数据库方式，它利用现有的系统程序将恶意的SQL命令注入到后台数据库服务器，根据返回结果来获取非法数据，这种方式会给数据库安全带来隐患，威胁数据安全，特别是在用户查询系统信息时，会在文本框输入查询条件，这些输入内容一旦被违规插入恶意代码并嵌入到SQL查询字符串中，系统只要执行了这些被篡改的查询语句，这就有很大可能被劫取一些用户信息和使用操作权限，利用数据库服务器对整个系统进行跨权限操作、未授权的访问或者系统破坏。SQL注入攻击主要有以下几种方式：重言式攻击；逻辑错误的查询攻击；UNOIN查询攻击；利用存储过程攻击；附带查询攻击；SQL盲注；替换编码攻击。近年来，这样的攻击主要是由于两大原因：一是有暴力性的恶意攻击工具自动化进行此类操作；二是一个或多个恶意代码正在进行SQL注入攻击，用以广泛传播这种恶意代码。防止SQL注入有三种策略，分别为简单来说可分为：一是使用SQL参数替换查询防止注入；二是使用存储过程来[47,48]防止注入；三是使用SQL仅执行许可防止注入。本系统中主要采用用PreparedStatement进行SQL拼装和使用正则验证对参数进行过滤的方式防范SQL注入。首先，在系统后台与数据库进行交互过程中，不要拼接SQL语句，即防止传入参数问题，举例：select*fromawherepassword='+变量+'；假如传入的变量是：'or1=1or1='，那么最后这个语句就是：select*fromawherepassword='''or1=1or1=''；则尽量使用parameter方式传入参数，一定要采用拼接方式也要确保传入参数不是可以破坏原SQL语句的变量，这样才能提高代码的可读性和可维护性，确[49]保数据库的安全性。同时，系统还使用正则表达式过滤传入的参数。4.3.2数据库表的分类水泥生产监测系统在根据不同的数据类型的差别制定了三种数据表：一是管理信息表，二是系统变量与工控系统点号名之间的对照表，三是生产数据表。其中管理信息表包含了用户表、用户权限表以及系统导航树结构表等，这类表存储了使用本系统用户的用户名称、用户身份、密码、用户权限、用户邮箱等等。对照表是为了保证系统通用性而设计的，主要存储了工控软件系统中的点号名和系统生产监测模块使用的系统名称之间的对应关系，通过使用对照表能够保持水泥生产监测系统与工控系统之间的信息分离性，提高数据存储的可阅读性，例如点号名为“zc_qtx_efc_clinker02”的字段对应的变量名就是“2#熟料磨台时产量”。数据库中的生产数据表，包含水泥生产实时数据、历史数据、生产报警信息、能源消耗信息等等，其中水泥生产实时数据是通过OPC服务30万方数据 济南大学硕士学位论文器采集到生产信息，生产报警信息包含各个生产工艺的变量限制范围以及报警提示信息、生产报警处理日志，能源消耗表主要包含水泥生产煤耗、台式产量、一部分电耗数据。4.3.3系统用户信息表的设计系统管理员根据不同的用户身份对不同的用户设定了不同的系统使用权限并保存了他们相应的用户信息，并将这些信息和数据都存储在数据库的系统用户信息表里。用户信息表字段信息和用户权限表的结构如表4.2所示。表4.2用户信息表中文名称英文名称数据类型长度备注用户IDIDvarchar20主键姓名Namevarchar10用户密码Passwordvarchar20身份Descriptionvarchar500备注Remarkvarchar500系统对用户设计了两种使用权限即查询权和更新权，这也就是对应着数据库中用户权限表的查询和编辑这两种系统功能，如若用户EnableRead（数据查询字段）字段内容为‘1’（即为真），则用户更够查询该模块的系统数据，否则不具有查询权限。同理，如若用户EnableEdit（数据编辑字段）字段内容为‘1’，则用户可以对系统的实验数据进编辑和删除。这样结合功能树主表就能够规范用户使用范围，保证系统数据的安全性，降低数据泄露风险，提高系统安全性。4.3.4系统变量与DCS标签对照表的设计在开发系统之初就发现大多数的管理信息系统软件都结合了行业特征和企业需求进行开发，在功能和结构设计上都有一定的相似性，设计模式上上具有一致性、固定性、[53]相容性。因此对于水泥生产监测系统的设计和开发，就要结合水泥行业的行业特点，依次解决开发系统过程中出现的技术难题：一是“两化融合”将推动水泥行业逐步向信息化迈进，逐步推进我国水泥行业深化改革和创新发展，这就需要设计的系统保持适应性和灵活性，进而能够根据生产线的不断改进做出相应的系统调整；二是为了保持水泥31万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计生产监测系统与工控系统之间的数据分离，水泥厂的主要工控系统的内部监测点使用的点号名，要与水泥生产监测系统的参数的命名加以区分，提高系统存储数据的可阅读性，提高程序的可读性和可维护性；三是由于水泥生产规模和熟料、水泥生产线所使用设备上存在差异，这在系统中会存在计量点数量和种类上的差别，如果我们采用人工根据点号表来对数据库表的结构和内容进行设定工作的方式不仅会产生较大的工作量，不能保证系统的灵活性和可维护性，同时也会提高后期的维护成本。因此在设计开发生产监测模块时就要准确选取系统需要的主要数据信息，提高系统的可维护性，提高工作效率，减少时间投入。为解决以上的技术问题，同时也要结合流程工业自动化实验室的建设需求，保持水泥生产监测系统与工控系统之间的数据分离，水泥厂的主要工控系统的内部监测点使用的点号名，要与水泥生产监测系统的参数的命名加以区分，提高系统存储数据的可阅读性，提高程序的可读性和可维护性，使用对照表来建立生产过程信息表。如表4.3所示对照表的表结构。表4.3对照表的表结构中文名称英文名称字段类型长度备注IDIDUniqueidentifier主键生产工艺Processchar30变量名VariableNamechar30变量描述VariableDescriptionvarcharmaxOPC名OPCNamevarcharmax项Itemchar30表名TableNamechar30字段名FieldNamechar30数据类型DataTypechar30视图名ViewNamechar30数据库中的对照表有7个字段，分别是本系统使用的变量名、工控系统使用的点号名、备注、采集数据OPC服务器名、监测点位置描述及水泥工艺环节名称。由于数据库表的限制，一个数据表职能存储1024列数据，因此需要将对照表中的数据根据水泥生产工艺分别存储到不同的数据表。32万方数据 济南大学硕士学位论文(1)生产过程信息表建立规范因为系统内部采用变量名来进行数据操作，这样可以保持水泥生产监测系统与工控系统之间的数据分离，提高系统存储数据的可阅读性，提高程序的可读性和可维护性。我们采用工控软件中监测点的名字作为对照表中的点号名字段，而本系统使用相应的变量名作为字段，并添加了字段描述便于系统操作人员的理解、使用和后续系统的维护，我们采用这些字段名作为水泥生产监测系统中对生产变量的命名，如变量名“3#水泥磨台时产量”，这种变量名的命名方式包含了变量的命名规则、设备名称、所属生产工艺及设备返回的数据类型。(2)对照表结构水泥生产监测系统通过对照表与DCS系统进行连接，在数据库表的设计是将系统中监测的计量点的变量名与DCS系统中变量的点号名一一对应，对照表包括变量名、点号名、变量所存储的表明、采集数据的OPC信息以及变量所属生产环节信息，这样我们使用对照表就能够确保系统与DCS系统的数据独立性的实现，以水泥粉磨环节为例对照表如图4.7、图4.8所示。图4.7水泥粉磨生产环节对照表截图33万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计图4.8对照表实现4.3.5生产过程数据信息表将通过OPC服务器采集的生产数据进行整理，结合其实际的生产线状况，该水泥厂使用OPC服务器通过工控系统获取了近4000个监测点的数据信息。但因为过去使用的SQLServer2000数据库中单个表的最大列数为256列，我们可以根据数据性质将这些数据信息分别保存在5个模拟量表和10个开关量表中。图4.9和图4.10所示分别是生料制备环节模拟量信息表和开关量信息表。图4.9生料制备环节模拟量信息表截图34万方数据 济南大学硕士学位论文图4.10生料制备环节生料制备环节开关量信息表截图4.4本章小结本章主要针对系统的模块功能设计、数据表结构设计、数据库设计和安全性设计进行整体描述，为完成数据结构设计及模块功能实施提供了充分的准备，为下一章节水泥生产监测系统的实现作了良好的铺垫。35万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计36万方数据 济南大学硕士学位论文第五章水泥生产监测系统的实现5.1系统模块的功能实现5.1.1系统登录模块功能实现在浏览器中输入系统发布的IP地址，能够进入系统登录页面，如图5.1所示为水泥生产监测系统的登录模块。图5.1系统登录模块与一般的管理信息系统类似，登录系统时需要用户输入已经注册存在的用户名、相应的用户密码以及当前页面显示的验证码，之后系统会遍历数据库的用户表，将用户输入的信息与数据库数据进行比对，如果系统检测发现用户的登录信息错误，则会提示相应的错误信息，包括数据库表没有用户登录账户名，用户密码与用户登录账户不匹配、验证码信息输入错误等等。例如出现验证码输入错误时，会提示如下图5.2的登录信息错误提示。图5.2登录信息错误提示37万方数据 基于B/S架构的水泥生产监测系统的设计5.1.2系统信息维护模块设计为保证水泥生产监测系统的可靠性和生产数据安全性，应该把维护系统中相应的用户信息作为一项主要的工作内容。在确定系统用户的基本信息以及相应的用户权限的基础的大前提下，才能使具有不同用户权限和不同职能的用户在操作系统时更加方便、高效，用户才能更好的体验系统，对熟料、水泥生产环节进行实时监测，对比分析历史数据，优化生产，提高生产效率，降低能耗损失，实现经济可持续发展。(1)系统用户信息管理及权限分配首先，系统管理员要对系统用户基础数据和权限信息进行维护，用户基础数据信息维护界面如图5.3所示。图5.3用户基础数据信息维护界面根据图中所示信息，除用户的基本信息之外还包含用户角色，根据用户角色能够便于分配用户的系统使用权限，也方便系统维护，随时根据用户信息变化改变其系统使用权限。(2)系统管理模块在编辑实验室界面，要根据具体的需求填写相应的实验室ID、实验室名称信息，由于身份限制，学生用户已经限定为实验室用户。如图5.5设置实验室界面所示。38万方数据 济南大学硕士学位论文图5.5设置实验室界面当使用系统管理员的身份登录系统时，可以增添新用户需要是根据用户身份增加具有不同权限的系统用户，保证系统信息的安全性。最初我们使用的SmartGrid控件进行用户权限管理，但后期调试发现该控件与IE9以上高版本浏览器以及火狐、Google等主流浏览器都存在兼容性问题，最终采用Gridview进行权限配置，用户权限主要分为查询权和更新权，拥有查询权的用户可以查询相应界面，拥有更新权的用户可以上传更改系统数据，以下为系统权限配置代码。///