1、石油大学工程硕士专业学位论文基于多级缓存技术的风力发电数据采集监控系统设计与开发摘 要风电数据采集监控系统是在风电场各种电气设备运行维护、控制和自动化过程中逐步完善和稳定的，是充分发挥通讯、数据处理、数据分析、数据存储和专业性能指标分析等自动化优势的产物。尤其在逐步实现风电场无人值守的目标下，不仅要针对单个风电机组的远程监控，还要整合整个风电场的变电站和测风设备接入以及远程数据中心的建立等多方面的指标。通过提供完善的实时数据报表，数据处理和图形显示，使管理人员方便、快捷的做到对场内各个机组的状态查询和功能控制。在此基础上，系统遵循适应性和开放性原则，在可以适应各个风电场特殊情况的同时，也为各种
2、高级功能模块预留接口。风电数据采集监控系统将各种机组不同的控制系统进行有机的互联，使各种信息和资源有效地协调成一个整体。具备充分的灵活性和扩展性，能够及时适应内外环境的变化，同时考虑风能预测、可靠性维修和应急调度等功能模块的无缝嵌入。近些年来，我国开发了多种的风力发电数据采集监控系统，而这些监控系统中运用较多的则是 SCADA 系统，它主要是对数据采集和监控。在对本课题的研究过程中，就 SCADA 系统的运用翻阅了国内较多的风力发电案例，进而结合德国相应领域中所采取的相应的技术，设计了 SCADA 系统与网络技术相结合的风力发电网络化系统架构。SCADA 系统框架以单独的风力发电监控自动化系统
3、为基础，结合互联网技术以及数据库技术，实现多个风力发电机组之间通信数据信息采集和监控，同时，尽可能的考虑风力发电机在发生错误或者其他故障时能够进行的远程诊断等等，实现风力发电按数据采集监控系统的自动化、远程化实施。面向 SCADA 系统的爆发式数据多级缓存处理系统的设计，使用数据接收模块接收应用程序发送的数据存储请求报文，按缓存队列的状态放入缓存队列中；数据预读模块将文件缓存模块中存储的数据存储请求插入到缓存队列中；数据优化模块读取缓存队列中的数据存储请求，对数据存储请求优化后调用线程池中的空闲线程，执行数据存储操作。本课题能够较好地解决提交海量数据存储请求时，请求数据及 SCADA系统的安全
4、性问题。关键词：风力发电,数据采集,多级缓存技术,数据存储石油大学工程硕士专业学位论文The design and development of data acquisition monitoring system based on the wind power generation technology of the multistage cache ABSTRACTWind power data acquisition monitoring system is all sorts of electric equipment in the process of the wind farm r
5、unning and maintenance, control and automation gradually to be perfect and stable, is an automation advantages of the product of giving full play to the communication, data processing, data analysis, data storage, and professional performance index analysis. Especially in the realization of wind far
6、ms under the unattended goal, not only for the remote monitoring of individual wind turbines, but also integrate the entire wind power substation and wind equipment access and index of the establishment of a remote data center, etc.By providing the report of real-time data, data processing and graph
7、ic display, make management convenient and fast to do on the court state query and function of each unit. On this basis, the system according to the principle of flexibility and openness in special circumstances can adapt to various wind farm at the same time, also set aside for a variety of advance
8、d features module interface.Wind power data acquisition monitoring system will set a variety of different control systems interconnection, make all kinds of information and resources to effectively coordinate as a whole. Has sufficient flexibility and extensibility, able to adapt to the changes in t
9、he environment inside and outside, at the same time considering wind forecasts, reliability, maintenance and emergency dispatch function modules such as embedded seamlessly.In recent years, our country has carried out a variety of wind power data acquisition monitoring systems, and the SCADA system
10、is used more in monitoring and control systems, it is mainly for data acquisition and monitoring. In the process of research of this topic, we saw a lot of information about domestic case, with the corresponding areas and the corresponding technology in Germany, designed the SCADA system and the net
11、work technology with the combination of wind power system network architecture. SCADA system framework based on the single wind power monitoring automation system, combining with the Internet technology and database technology, data communication between multiple wind turbine information acquisition
12、 and monitoring, at the same time, as far as possible the consideration of wind turbines in the case of errors or other malfunction to remote diagnosis and so on, the implementation of wind power according to the data collection to implement the automation, a remote monitoring system.Explosive the d
13、esignation of the multistage cache data processing system for SCADA system, using the data receiving module receives the request message application sends data storage, according to cache state of the queue in buffer queue; Data to proofread module file cache module the data stored in the storage re
14、quest is inserted into the cache queue; Optimization module reads the data cache in the queue to requests for data storage to the optimized data storage requirements free threads in the calling thread pool, perform data 石油大学工程硕士专业学位论文storage operations. This topic can better solve submitted to mass
15、data storage request, the request data and the security of SCADA system problem.Keywords: wind power generation, data acquisition, multistage cache technology, data storage石油大学工程硕士专业学位论文目 录摘 要 IIABSTRACTIII第一章 绪论 .11.1 研究目的和意义 11.1.1 研究目的 .11.1.2 研究意义 .11.2 国内外研究现状 11.2.1 国外研究现状 .11.2.2 国内研究现状 .21.3
16、 本文的主要研究内容 3第二章 系统需求分析 .42.1 可行性分析 .42.1.1 技术可行性 42.1.2 操作可行性 42.1.3 经济可行性 42.2 功能需求分析 .42.2.1 系统功能 42.2.2 用户角色 72.3 系统流程描述 .82.4 系统开发与运行环境 .102.5 本章小结 10第三章 系统的通信协议与软件架构 .113.1 TCP/IP 协议 113.2 MODBUS 协议 .133.3 客户机/服务器（C/S）模式体系结构 143.4 数据缓存技术 .153.5 SCADA 系统 163.6 本章小结 17第四章 基于多级缓存的 SCADA 设计 .184.1
17、SCADA 的架构设计 .184.1.1 风电数据采集、监控系统架构 184.1.2 SCADA 的数据传输三级架结构 .194.2 SCADA 缓存策略设计 204.2.1 一般的多级缓存策略 20石油大学工程硕士专业学位论文4.2.2 SCADA 的多级缓存优化策略 .214.3 多级缓存优化算法设计 .224.3.1 多级缓存算法及配置 224.3.2 多级缓存算法实现数据存储 234.4 数据系统接口设计 .264.4.1 数据库类接口 264.4.2 上行数据接口 284.4.3 数据系统可靠性设计 284.4.4 数据系统兼容性设计 294.4.5 数据系统扩展性设计 294.5
18、SCADA 系统的爆发式数据多级缓存处理 294.6 本章小结 .31第五章 风力发电数据采集监控系统实现 .325.1 风力发电数据采集监控系统的硬件设备 .325.1.1 风机系统硬件设备 325.1.2 外传感器部分 345.1.3 其他设备 365.2 风力发电数据采集监控系统的软件平台的实现 .365.3 本章小结 42结 论 .44参考文献 .45作者简介、发表文章及研究成果目录 .47致 谢 .48石油大学工程硕士专业学位论文1第一章 绪论1.1 研究目的和意义1.1.1 研究目的风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风力发电数据采集监控系统是风力发电的核心部分
19、。基于多级缓存技术的风力发电数据采集监控系统主要研究的是结合通讯、数据处理、数据分析、数据存储和专业性能指标分析等自动化的技术实现风力发电数据采集监控。尤其在逐步实现风电场无人值守的目标下，不仅要针对单个风电机组的远程监控，还要整合整个风电场的变电站和测风设备接入以及远程数据中心的建立等多方面的数据指标。通过提供完善的实时数据报表，数据处理和图形显示，使管理人员方便、快捷的做到对场内各个机组的状态查询和功能控制。节省了人力和物力的开支。1.1.2 研究意义风力发电数据采集监控系统，通过先进的软、硬件技术和控制理论，提高了工作效率。由于实现了风机的远程监控与控制，使得运维人员能迅速快捷的了解风机
20、的实时运转状况，提高了突发故障的排查速度，从长远角度来看降低了整体运维成本。并为国家电网的宏观调控提供了可靠的基础数据。在电力系统中，监控数据采集系统（SCADA）应用最为广泛，技术发展也最为成熟，对现场运行的设备进行见识和控制，以实现设备控制，数据采集、测量、参数调节及事故报警等功能。针对 SCADA 系统的爆发式数据，使用多级缓存技术可以实现数据的传输收集并且安全性能较高，使得该系统具有更高的可实施性。1.2 国内外研究现状随着 Internet 的不断发展和普及以及风能源得到越来越多的重视，多级缓存技术及C/S 技术得到了广泛应用。进入 Web2.0 时代以来，基于多级缓存的风力发电数据
21、采集监控系统的开发也越来受到重视。1.2.1 国外研究现状世界上第 1 台用于发电的风力机于 1891 年在丹麦建成，但由于技术和经济等方面原因，风力发电一直未成为电网中的电源。直到 1973 年发生石油危机，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，研制现代风力发电机组，80 年代开始建立示范风电场，风电从此成为电网新电源 1。美国和加拿大是北美利用风能最好的国家。在美国的 50 个州中，大约有 30 个州已经开始利用风能资源，德克萨斯州、加利福尼来州、明尼苏达州等州的风力发电居美国风力发电的主导地位。2004 年美国风力发电的总装机容量已经超过 6740MW，可石油大学工
22、程硕士专业学位论文2满足 160 万个美国中等家庭的日常用电需求。 在亚洲，利用风能资源最好的国家是印度。2004 年印度新装风力发电容量为875MW，累计装机容量达到 3000MW，位居世界第 4 位。据估计，印度风能资源大约为 45000MW，可利用的风能大约为 13595MW。印度政府正通过一定的财政支持政策，鼓励多种方式开发利用可再生能源。这包括鼓励大型私营企业与上市企业共同在印度本土投资风力发电工业，鼓励以本土为基础开发制造风力发电设备。目前，印度风电设备国产化率已达 80%2，这不仅使风力发电设备生产厂家获得了丰厚的回报，也为本国提供了很多就业机会。据印度政府有关部门预测，到 20
23、12 年印度经济增长将需要新增电力 240000MW，其中 10%将来自于可再生能源，新增可再生能源的 50%将由风力发电提供。目前国外远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有监控系统，而将数据采集后直接送到远程计算机处理。这种远程监控与一般的现场监控没有太大的区别，只是数据传输距离比现场监控更远，其他部分和现场监控系统几乎相同。另一种是现场监控和远程监控相并存，一般采用现场总线技术将分布于各个区域的设备如：传感器、监控器等连接在一起，从分级单元阶段进入了集成单元阶段，各管理站点的服务器运用局域网连接在一起，这样就形成了企业内部网，由于基本网络信息的基础结构、设备监测、维护技术组件成了集成系
24、统，在一个单位内部基本实现了资源和信息的共享。1.2.2 国内研究现状我国幅员辽阔，风能资源丰富。根据气象部门的资料，可开发的陆地风能资源10m 高层大约为 253GW，可利用的海洋风能资源大约为 750GW。东南沿海一带和附近的岛屿以及内蒙古、新疆、甘肃等地区都蕴藏着丰富的风能资源，年平均风速达6ms 以上的内陆地区约占全国总面积的 1%，仅次于美国和俄罗斯，居世界第 3 位 3。目前全国风力发电占总发电量的五分之一，以成为继煤电和水电后的第三大能源。以欧洲、北美和亚洲为主要风能发电市场推动世界风力发电装机容量逐年增长，而中国在 2012 年在新增装机容量上与美国，德国名列，中国风能在世界占
25、有重要地位，拥有多个“第一”，如风电发电量第一，风力发电 GDP 第一等；但也存在不足，须向外国学习技术，吸收长处。前三甲，中国亦是世界上的三大海上风电装机大国之一。我国对风能的重视程度不断加强，国家对风能的财政补贴也不断增多。接着田教授还详细分析了中国各地区、各省风力发电装机容量的增长状况，特别强调我国内蒙古，甘肃以及沿海等地风能发展势头较突出。可以说，随着信息技术的不断发展，我国的风力发电数据采集监控系统的研究也在不断的增强，以理论界为例，通过万方数据库、知网数据库输入关键词“风力发电数据采集监控系统”都可以搜到百余篇的学术论文，单独的搜多“多缓存技术”可以石油大学工程硕士专业学位论文3搜
26、索到上千篇的研究，但是就多级缓存技术的风力发电数据采集监控系统设计与开发，理论界成型的研究很少，可以说，在这方面我国的理论还处于空白，有着很大的发展空间，这也是选择此课题的原因，也是今后风力发电研究的主要方向。1.3 本文的主要研究内容本文针对风力发电数据采集监控系统平台设计、建设工作等的实际情况，进行的主要研究内容如下：第一章主要介绍风电数据采集监控系统的概况，介绍了研究该系统的背景和意义，以及国内外有关风力发电数据采集监控系统的发展状况。第二章按照软件工程开发流程对系统进行可行性分析，分别在技术可行性，操作可行性和经济可行性方面做了展开说明。对系统的功能总体需求和开发环境、开发语言做了详细
27、描述。第三章介绍实现此系统相关技术的理论知识。包括：TCP/IP 协议，MODBUS 数据协议和客户机/服务器（C/S ）模式体系结构，数据缓存技术，SCADA 系统等方面的内容。第四章详细的描述了基于多级缓存技术的 SCADA 系统设计，描述了风电数据采集监控系统 SCADA 总体构架,SCADA 的数据传输三级构架，以及对 SCADA 的缓存策略，设计多级缓存优化算法，对风电系统的数据接口设计进行了分析，介绍了 SCADA系统的爆发式数据多级缓存处理。第五章介绍风力发电数据采集监控系统的实现，从硬件和软件两方面分析，重点阐述软件平台的实现。 最后总结在设计和开发系统过程中有哪些经验和不足。
28、石油大学工程硕士专业学位论文4第二章 系统需求分析2.1 可行性分析2.1.1 技术可行性多级缓存技术的风力发电采用的是较为熟悉的计算机软件协会，并运用其优势特点以数据库系统为基准建立一定的 C/S4结构网络通信应用程序，只需要通过相应的计算机编程语言就能够有效的实现。多级缓存技术作为较为成熟的系统，它的开发和设计在现如今的时代背景下通信和信息管理系统都是便捷的、实效的，因此，在技术上是具有一定的可行性的。2.1.2 操作可行性多级缓存技术下的风力发电数据采集监控系统设计采取的是可视化的界面，其界面较为简洁，便于人们选择和操作，在操作过程中，操作员只需结合需求点击一定的按钮就能够进行操作，不需
29、要特别专业的计算机专业人才，一般的只要能够对计算机进行基本的操作，那么稍微提点和练习就能够操作这个系统，简单、便捷。2.1.3 经济可行性多级缓存技术下的风力发电数据采集监控系统的设计与开发属于是网络通讯系统范畴，在硬件的要求方面也较为简单，可以采取自动化过程来进行数据采集，进而对风电运行情况进行及时的查看等等，能够代替人工对风力发电数据采集监控的相关运行参数进行检测，从这方面来说，大大的提升了工作效率；在软件运行方面，运用的是 C/S 结构软件，能够很好的对外网的攻击进行抵御，防止外界不良因素对此系统的影响，这样一来，对于信息安全管理则可以针性的进行降低投入 5。风力发电数据采集监控系统采取
30、的风机管理，是全自动化的，人们需要一定的参数设置即可以完成对数据采集的监控任务，而当系统达到一定的负载时，则通过服务器可以实现缓存、调整，对设备来说也是一种特殊的保护措施。从这几个角度来说，在经济上是具有可行性的 6。2.2 功能需求分析随着风力发电技术的推广和应用，针对风能本身的不稳定性，风力发电数据采集系统对各种实时数据（如天气，机组设备运行参数等）的准确性要求严格，因此基于多级缓存技术的风力发电数据采集监控系统主要研究的是结合通讯、数据处理、数据分析、数据存储和专业性能指标分析等自动化的技术实现风力发电数据采集监控 7。2.2.1 系统功能 从整体布局上来说，系统可以分为四个模块内容，即
31、：数据采集模块、数据存储石油大学工程硕士专业学位论文5模块、指令系统模块、WEB 应用模块。第一，数据采集模块。接收风电场实时数据进行解析，并存储到内存数据库中，数据采集模块可以根据实际数据量情况进行分布式部署。对于系统运行参数的设置以及查看功能；风力发电数据采集监控系统运行过程中的实时参数数据；数据传输到中央服务器的功能，同时在特殊情况下，诸如：失去互联网，网络不流畅等能够确保数据的本地存储及再发送的功能；对于开启系统时风力发电数据采集的监控命令监听等。第二，数据存储模块 8。对服务端相关参数值的设置；开启系统时服务端数据采集的连接监听、中央监控连接监听以及风力发电数据采集监控命令的监听；对
32、于数据采集端的实时数据的接收功能以及接收中央监控端风力发电数据采集监控的命令；对风力发电数据采集监控系统运行过程中实时数据的存储以及实时的将相关数据传送或者转发给中央监控端功能；对风力发电数据采集监控系统监控命令的转发到对应的数据采集端功能。内存数据库主要存储各种实时数据切面。第三，指令系统模块。中央监控端的相关系统参数设置功能需求；中央服务端相关的连接以及对系统运行实时数据的接收功能 9；传送风力发电控制命令；对普通监控数据的管理、历史数据的管理、监控数据的管理、风力发电数据采集监控本身的信息管理等。第四，WEB 应用模块。各种监控业务的处理。接收 WEB 应用的各种操作指令，并把指令下达到
33、对应的风电场数据通讯平台，对现场设备进行控制。计算平台主要根据 WEB 应用情况，对实时数据进行计算，计算结果根据应用不同分布存储到内存数据库、实时数据库和关系数据库中；实时数据库存储各种实时数据，存储频率为 1s;关系数据库存储 web 应用的各种关系数据 10。具体如下图的系统功能需求模块：石油大学工程硕士专业学位论文6图 2.1 系统功能模块为了上述这些内容以及系统流程的顺利使用，系统还需要完成系列的其他功能。一、实时数据采集系统1风机数据采集,从不同通信协议的风机采集数据.2升压站数据采集,采集升压站的遥测、遥控、遥信和遥脉数据3电能数据采集,采集风电场内风机、线路和关口表电量4测风塔
34、数据采集5风电场数据采集6数据格式标准化,存储成统一的数据格式7数据加密,纵向加密、IP 认证8数据远程传送,按照统一的格式发送数据二、远程监测系统1省级（区域）信息显示，全省实时数据汇总显示2风电场信息显示，风电场实时数据显示，至少包括矩阵图、道路图和地形图显示3风机信息显示，风机实时数据显示4风机部件信息显示，风机关键部件，如齿轮箱、发电机系统数据显示5升压站信息，升压站实时数据6测风塔信息，测风塔实时数据7图形化显示，各种曲线、列表显示实时状态和数据8网络通讯状态三、远程控制系统石油大学工程硕士专业学位论文71风机远程控制，远程控制风机启动、停止和复位，功率控制2风机批量控制，对单个或者
35、批量风机控制3升压站一次设备控制4风电场有功/无功控制，风电场有功/无功控制系统的接口、四、报警系统1报警分级，按照严重、一般和信息分类2报警分类，按照风电场区域和部件分类3数据分析预警，重要参数的异常提示4报警确认5重要报警短信通知6报警记录7报警处理状态8报警统计与查询五、生产报表系统1日报表类，与风电场的日报内容一致2月报表类3年报表类4报表的记录5其他各类订制报表，按各省或者风电场的要求订制各类报表六、数据统计分析系统1历史数据查询和统计2风能性能分析类，统计风电场发电量、风速数据3生产运行类，统计风电场、风机发电量、关口表电量、上网电量、购网电量、等效小时满发数、理论发电量、预算发电
36、量、分项停机时间、分项损失电量、场用电量、场损电量等数据 114故障统计类，统计常见故障、故障停机时间、严重故障停机时间、故障损失发电量，分风电场、风机机型做报警、故障、故障类型统计5可利用率和性能类，统计风电场、风机类型、单个风机一段时间的可利用率、升压站电压合格率、功率曲线、标准空气密度下折算功率曲线、风机功率特性一致性曲线并排序6数据自由对比 1）统计当日与上日、当月与上月、当年与上年同期发电量对比；2）同风速下，单台平均风速，理论发电量，实际发电量，损失电量（包括计划停运损失电量，非计划停运损失电量，损失电量）对比；3）实际、理论、设计发电量对比（曲线/列表形式） 七、信息接收和发送1
37、接收数据，包括场级监控系统和其他系统石油大学工程硕士专业学位论文82对外发送数据，包括集团监控中心、OA 系统、电网调度 12等3信息远程发布八、用户管理1权限管理2用户信息管理3操作权限及安全强化，对控制类操作，一定要仅限于监控中心，并有值班员操作和值长审批两级联动4短信平台5防病毒软件九、预留接口预留其他系统2.2.2 用户角色在系统内容是实施过程中会涉及到两方面的人员，即：普通监控员：普通监控员的工作相对来说较为简单，主要是对中央监控端的数据进行查看，监督，分析历史的监控数据等。特级监控员：这里的特级监控员相对于普通监控员在工作内容有着一定的质的区别，主要是对普通监控员的系列数据以及风电
38、监控采集数据、历史的采集数据等等进行导出来，以报表的形式进行分析，同时还需要对系统的使用情况以及使用权限管理等系统运行的相关内容进行监管和维护 13。2.3 系统流程描述风机控制过程功能概述，开机风机监控系统，根据中央监控发送的风机监控命令，对风机进行实时控制。下图是风电系统控制流程图。石油大学工程硕士专业学位论文9图 2.2 风电系统控制流程图一、数据采集端功能开启数据采集端，并开始采集实时数据，开启系统监听，根据中央监控端发送的风机控制命令，对风机实行控制命令。流程描述：1系统管理员点击开始监控2系统连接到 TCPserver，初始化连接并建立连接3连接 TCPserver 失败，提示信息
39、4连接 TCPserver 成功5开始读取数据，并把数据放到缓存区中6分析缓存区数据，封装成可发送的数据格式7发送缓存区的数据到中央处理器8发送失败，保存到本地数据库中9发送成功10开始监听，接收风机控制命令并存入缓存区11根据配置信息分析缓存区的数据12命令分析完成，把命令写入 TCPserver14中。二、中央服务器端功能开启中央服务器功能，开启数据采集监控连接监听、实时数据采集连接监听、风机控制命令监听，实时数据接受监听。配置系统运行参数的设置，包括数据服务器的连接，数据采集监听与本机 IP。流程如下： 1开启所有服务监听2成功开启服务器，开启接收数据采集端、显示端连接和风机控制命令监听
40、3接收实时数据并保存到缓存区中石油大学工程硕士专业学位论文104分析缓存区实时数据5分析完成，发送到中央监控端6把数据保存到数据库管理系统中3、风机信息管理功能 风机信息管理，可以添加、删除、修改风机信息，风机信息包括监控数据参数，管理系统监控的停止与开启。历史数据分析，并生产报表，系统参数的配置修改。流程如下：1启动应用程序，登录页面输入用户名和密码2系统检测用户名和密码，正确则登录到系统3点击风机控制，出现风机监控界面4修改、添加、删除风机信息5提交信息6信息写入数据库7点击风机监控管理8开启监控成功9显示风机实时数据监控界面10点击历史数据11查询分析数据12返回实时数据查询结果13查询
41、阶段数据，生成报表4、系统用户管理功能管理用户信息，添加、修改、删除用户信息，管理系统用户权限。1点击系统用户管理2添加、删除、修改用户3修改系统用户权限4更新数据2.4 系统开发与运行环境一、开发环境本系统使用 VisualStudio2012 作为开发工具，Microsoft Visual Studio(简称 VS)是美国微软公司的开发工具包系列产品。VS 是一个基本完整的开发工具集，它包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具 15，如 UML 工具、代码管控工具、集成开发环境(IDE) 等等。所写的目标代码适用于微软支持的所有平台，包括 Microsoft Windows、 Windo
42、ws Mobile、Windows CE、.NET Framework、 .NET Compact Framework 和 Microsoft Silverlight 及 Windows Phone，因此具有较高的跨平台能力。石油大学工程硕士专业学位论文11编程语言使用 C#,编程技术以 JAVA 技术为主，Java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性，广泛应用于 PC、数据中心、游戏控制台、科学超级计算机、移动电话和互联网，同时拥有全球最大的开发者专业社群，在本系统中可以发其完美的程序控制能力16。二、数据库数据库
43、使用 Mysql 数据库平台， Mysql 是一个关系型数据库，是瑞典 Mysql AB 公司开发，Oracle 旗下子公司。MySQL 最流行的关系型数据库管理系统，在 WEB 应用方面 MySQL 是最好的关系数据库管理系统应用软件之一。Mysql 是一种关联数据库管理系统，关联数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就增加了速度并提高了灵活性。MySQL 所使用的 SQL 语言是用于访问数据库的最常用标准化数据库语言。而且由于 MySQL 是开放源码软件，因此大大降低软件开发的总体成本，跨平台能力和扩展性极强。三、运行环境主控制器要求：处理能力：主频 400M
44、实时多任务操作系统开放性、可扩展能力：支持分布式远程 I/O嵌入式 Web Server,FTP Server,Email Client 等多通讯接口支持：RS485 、Profibus,Canopen,Ethernet存储能力：日志（访问、故障、实践）、实时数据高可靠性及恶劣环境的适应能力 172.5 本章小结本章主要是对项目的可行性分析和系统需求做了详细的描述，分别阐述了项目的技术可行性，操作可行性和经济可行性的分析。通过分析客户的需求，划分出不同的功能模块和功能点，并介绍了系统开发与运行环境。石油大学工程硕士专业学位论文12第三章 系统的通信协议与软件架构3.1 TCP/IP 协议TCP
45、/IP 是英文 TRANSMISSION CONTROL PRTOCL/INTERNET PROTOCOL 的简写，翻译成中文的意思是：传输控制协议/国际协议，也被人们称作是：网络通讯协议。这个协议是因特网中基础性的协议，网络国际互联网连接的基础性内容，也就是说，一般的它主要是由网络层的 IP 协议和传输层的 TCP 协议组合成的 18。TCP/IP 协议没有完全依照 OSI 的参考模型执行。所谓的 OSI 参考模式指的是传统的开放式系统互连的参考模型，它是有 7 层抽象的参考模型的通信协议，且每层都有着每层的任务，这种参考模型的优势在于能够使各种硬件在同层次上进行通信互通。具体如下图：图 3
46、.1 OSI 参考模型TCP/IP 协议只选用了 4 个层次结构 19，且它的执行方式是每层的呼叫是由它的下一层提供的网络来完成的，换句话说，每层的任务都是由上一层次的需求来决定的。TCP/IP 协议的四个层次分别是：应用层、传输层、互连网层、网络接口层。具体如下图：石油大学工程硕士专业学位论文13图 3.2 TCP/IP 协议参考模型TCP/CP 协议不是简单的 TCP 协议与 IP 协议的合成，而是一种协议族 20，即：因特网 TCP/CP 协议族。具体如下图：图 3.3 因特网 TCP/CP 协议族TCP/IP 协议的主要特点是：第一，它属于是开放性的协议标准，使用不收取费用，对于特定的
47、计算机硬件和操作系统来说是独立的。第二，正是由于其独立与特定的计算机硬件，使得其能够在局域网、广域网中运行，相对来说，更为适合互联网。第三，石油大学工程硕士专业学位论文14对于网络地址使用的是统一分配方式，可以说，TCP/IP 设备是整个网中的唯一的地址。第四，属于高层次的标准化协议，能够提供多元化的、可靠性高的服务。3.2 MODBUS 协议Modbus 是 1979 年 Modicon 发明的，现如今它属于施耐德电气公司的著名品牌，这个协议是国际上最早运用于工业现场的总线协议。Modbus 协议 21属于是工业性质较强的通信系统范畴，主要是终端的智能的可编程序控制器以及计算机线路连接而成的
48、，其中，计算机连接主要有两种，即：公用线路和局部专用线路。这个协议的系统结构主要是硬件和软件组成的，适用于多个数据采集和过程监控 22。Modbus 协议主要是网络形式出现的，它的核心内容是主机，而所有的通信也都是通过主机传送的。它能够支持 200 多个远程从属控制器，其决定支持远程从属控制器与否的关键在于主机数所用的通信设备情况。这个协议中的各个 PC 都能够和核心主机进行信息的交换且不影响其本身所执行的控制任务。Modbus 网络传输具体如下：石油大学工程硕士专业学位论文15图 3.4 Modbus 网络传输Modbus 协议 22的主要特点是：第一，它具有一定的标准性和开放性，对于用户是
49、免费的，大众都可以放心的使用该协议，且不需要缴任何的费用，诸如：许可证费等都是不需要的，同时也不存在侵犯知识产权这一问题。就目前来说，对于 Modbus 协议使用和支持的较多。第二，Modbus 它对于电气接口没有硬性的要求，可以支持多品种，如：RS-232、 RS-485 等等种类的电气结构都支持，同时对于各种介质都能够进行传送，诸如：光纤、无线等等，是具有多元化特性的。第三，Modbus 的帧格式相对来说比较简单，且适合大众，能够让人们一目了然，便于用户的使用。3.3 客户机/服务器（ C/S）模式体系结构C/S 结构英文全程是：Client/Server 的简称 23，中文翻译成为客户机/ 服务器。它本身属于软件系统体系范畴，透过 C/S 结构能够将两端的硬件环境优势进行利用，即：对 Client 端以及 Server 端进行合理的任务分配，从而节省了系统通讯方面的费用情况。现如今，使用的软件系统大都是 Client/Server 形式的结构。随着时代的进步和信息化的迅猛发展，不可避免的是现在的软件应用系统正在向分
