淺析信息系統(tǒng)中設(shè)備數(shù)據(jù)采集方法

何玉紅

(廣西金川有色金屬有限公司，廣西 防城港 538000)

0 前言

隨著科研和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)量檢測(cè)管理信息系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在計(jì)量、采樣以及各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室管理等方面,而在計(jì)量檢測(cè)管理信息系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中儀器數(shù)據(jù)采集是傳統(tǒng)紙面信息管理模式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化信息管理的關(guān)鍵。如何采集儀器數(shù)據(jù)，篩選出有效數(shù)據(jù)并且以一定的規(guī)則提交系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)是計(jì)量檢測(cè)管理信息系統(tǒng)比較困難的環(huán)節(jié)。

1 儀器連接

由于每個(gè)儀器設(shè)備的操作軟件、數(shù)據(jù)輸出格式、圖譜文件格式甚至是硬件接口都不相同，情況極其復(fù)雜，針對(duì)不同品牌，不同型號(hào)，不同的數(shù)據(jù)格式以及不同圖譜文件格式的設(shè)備，都要編寫(xiě)不同的規(guī)則進(jìn)行對(duì)接解析。

1.1 儀器接口的五大分類(lèi)

(1)儀器沒(méi)有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，但是儀器測(cè)試結(jié)果可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議比如通過(guò)RS- 232等接口傳送分析結(jié)果，如化驗(yàn)精密電子天平、紫外分光光度計(jì)等；

(2)文本類(lèi)接口方式，即儀器本身自帶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)測(cè)試結(jié)果能夠在電腦上保存為或者導(dǎo)出文本類(lèi)型(后綴為*.TXT或*.CSV)，如安捷倫、島津的色譜工作站、ICP的工作站文件等，這種接口在傳統(tǒng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中較為常見(jiàn)；

(3)虛擬儀器接口，采用VT技術(shù)(虛擬化)，目前檢測(cè)儀器本身自帶的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常提供了打印分析結(jié)果的功能，計(jì)量檢測(cè)管理信息系統(tǒng)利用虛擬打印機(jī)打印分析結(jié)果，將分析結(jié)果在打印時(shí)解析，然后提交給數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，這個(gè)功能一般自帶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的儀器都適用；

(4)儀器本身自帶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)數(shù)據(jù)文件以Access數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行保存(后綴為*.MDB)，F(xiàn)oxpro數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行保存(后綴為*.DBF)如火花直讀分析儀等；

(5)儀器自身帶有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)RS- 232接口連接方便，儀器結(jié)果既可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議用RS- 232等接口傳送結(jié)果，也可以通過(guò)軟件設(shè)置直接從數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)，這種方式最典型的儀器有金鐘計(jì)量衡器、托利多衡器等。

1.2 常見(jiàn)儀器數(shù)據(jù)采集方法

1.2.1 第一類(lèi)儀器接口

這類(lèi)儀器沒(méi)有配套計(jì)算機(jī)設(shè)備，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在儀器自帶屏幕上，為了獲取數(shù)據(jù)信號(hào)，采用的方式是，采用串口服務(wù)器，將儀器數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，經(jīng)過(guò)服務(wù)器解析再傳輸各個(gè)工作站。

(1)串口服務(wù)器通過(guò)串口轉(zhuǎn)接線連接儀器和網(wǎng)絡(luò)(一般為局域網(wǎng))，如圖1所示。

圖1 串口服務(wù)網(wǎng)絡(luò)連接圖

串口服務(wù)器的配置界面如圖2所示(操作模式采用tcp client)。

圖2 串口服務(wù)器的配置圖

Network界面設(shè)置串口服務(wù)器的地址，子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)關(guān)等信息。設(shè)置串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器IP地址與主機(jī)IP為同一個(gè)網(wǎng)段。

在Operateing Mode界面設(shè)置模式和主機(jī)ip地址等信息。Destination host：目標(biāo)主機(jī)即服務(wù)器的ip地址，tcp client是串口服務(wù)器的工作模式的一種，它通常是成對(duì)使用的，client端設(shè)備的目標(biāo)IP為串口服務(wù)器的地址，一般一個(gè)串口服務(wù)器提供了8個(gè)串口，也就是說(shuō)它可以同時(shí)為近距離放置的8臺(tái)小型儀器提供串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)，默認(rèn)的目標(biāo)IP端口為4001，用本地端口號(hào)來(lái)區(qū)分不同的串口。

在Serial界面設(shè)置所使用的串口號(hào)，這個(gè)可以用來(lái)區(qū)分每個(gè)串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。

(2)數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)置串口連接的設(shè)備所對(duì)應(yīng)端口的解析規(guī)則，如圖3所示。

圖3 設(shè)備連接端口解析配置圖

每個(gè)串口根據(jù)串口服務(wù)器的地址和串口端口號(hào)與其他串口區(qū)別，這樣解析程序就清晰的區(qū)分了每臺(tái)設(shè)備上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

此方式將串口采集到的信號(hào)通過(guò)串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，由數(shù)據(jù)服務(wù)器接收，在數(shù)據(jù)服務(wù)器里設(shè)置解析規(guī)則，解析后信號(hào)再傳輸給計(jì)量檢測(cè)信息管理系統(tǒng)，多應(yīng)用于如化學(xué)精密天平這類(lèi)未配置計(jì)算機(jī)的小型儀器。

1.2.2 文本類(lèi)儀器接口

數(shù)據(jù)文件保存成TXT格式，CSV格式或者是XLS格式以供第三方軟件讀取。TXT文件中需要提取的有效信息存在于文本的不同行列中，這是自動(dòng)提取數(shù)據(jù)的技術(shù)難題。因此文本文件的解析是自動(dòng)提取該類(lèi)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

計(jì)量檢測(cè)信息管理系統(tǒng)通過(guò)窗口的可視化定義，無(wú)需通過(guò)專(zhuān)業(yè)的源代碼來(lái)完成這一過(guò)程。

如圖4所示，化學(xué)工作站(儀器為熒光)的文本文件。需要提取的信息有：條件區(qū)和分析結(jié)果區(qū)中的組分名列和分析結(jié)果列。

圖4 文本類(lèi)儀器接口(熒光)原始數(shù)據(jù)截圖

(1)首先設(shè)置與定義所要提取的信息的區(qū)域。第一步：將要提取的信息按組劃分區(qū)域并定義區(qū)域名；第二步：定義所在區(qū)域的起止標(biāo)識(shí)與特征標(biāo)識(shí)、取值方式等。

(2)其次設(shè)置與定義所要提取的字段。第一步：定義要提取的字段。在上面文本文件中，樣品編號(hào)、項(xiàng)目(元素)、做樣時(shí)間、分析結(jié)果都是我們要提取到系統(tǒng)中的字段。第二步：對(duì)每一個(gè)要提取的字段，定義標(biāo)識(shí)，包括：字段類(lèi)型、所在區(qū)域、行列標(biāo)識(shí)等。

圖5 文本類(lèi)儀器接口(熒光)數(shù)據(jù)解析截圖

在原始記錄單模版用公式進(jìn)行進(jìn)一步的篩選、配對(duì)，如圖6所示。

圖6 文本類(lèi)儀器接口原始記錄設(shè)置圖

文本接口采集數(shù)據(jù)方式是通過(guò)儀器軟件導(dǎo)出excel或者文本文檔，然后再由開(kāi)發(fā)人員針對(duì)不同格式編寫(xiě)解析軟件，這種方式存在操作過(guò)程復(fù)雜，解析速度慢的弊端。

1.2.3 虛擬儀器接口

虛擬儀器接口數(shù)據(jù)采集，采用VT技術(shù)(虛擬化)結(jié)合條碼識(shí)別技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集將大幅提高數(shù)據(jù)采集速度，虛擬儀器接口以?xún)x器的分析報(bào)告格式為基礎(chǔ)，建立一定規(guī)則的接口，從采集到的的字符中解析數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目，并完成關(guān)系的匹配，然后進(jìn)入原始記錄單，在原始記錄單中對(duì)解析獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行最后的處理。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境：系統(tǒng)為winxp以上。

軟件環(huán)境：(1)虛擬打印機(jī)Acrobat_8_Pro.iso以上版本。(2)計(jì)量檢測(cè)信息系統(tǒng)的儀器解析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境：Lumix平臺(tái)下搭建Oracle10數(shù)據(jù)庫(kù)

(1)安裝虛擬打印機(jī)軟件，并將其設(shè)為儀器計(jì)算機(jī)的默認(rèn)打印機(jī)，設(shè)置輸入文件的路徑，并選擇覆蓋上次打印文檔。

在控制面板的打印機(jī)和傳真窗口中將虛擬打印機(jī)設(shè)置成默認(rèn)打印機(jī)，并為打印機(jī)設(shè)置打印文件所在路徑，分別在打印機(jī)屬性窗口和在打印機(jī)參數(shù)窗口設(shè)置路徑，如下圖所示：

圖7 控制面板之打印機(jī)配置圖

圖8 虛擬打印機(jī)配置圖

進(jìn)入解析設(shè)置窗口，設(shè)置工作目錄和備份文件目錄，工作目錄是指虛擬打印機(jī)提取文件的目錄，備份文件目錄是指覆蓋上次打印文件前存儲(chǔ)打印文件的目錄。而條碼掃描后自動(dòng)出現(xiàn)在條碼列，可以刪除或者選擇所識(shí)別的條碼。

(2)路徑確定后進(jìn)入解析設(shè)置窗口，建立解析規(guī)則。

圖9 虛擬儀器接口解析規(guī)則配置圖

(3)建立儀器原始記錄單，某一項(xiàng)目或者樣品解析出來(lái)的結(jié)果因測(cè)量的次數(shù)不同而存在不同的取舍關(guān)系，因此原始記錄單必須提供了選擇數(shù)據(jù)的功能，如果不選則對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)取平均值。

原始記錄單至少應(yīng)由兩頁(yè)組成，第一頁(yè)如圖10所示。

圖10 虛擬儀器接口原始記錄設(shè)置圖

第二頁(yè)如圖11所示：后臺(tái)數(shù)據(jù)選擇、計(jì)算和匹配處理。

圖11 虛擬儀器接口原始記錄的后臺(tái)數(shù)據(jù)設(shè)置圖

數(shù)據(jù)匹配和數(shù)據(jù)休約公式采用spround函數(shù)實(shí)現(xiàn)，格式如下：spround(string(sheet2!E4),2,6,col(),row())。

計(jì)量檢測(cè)信息管理系統(tǒng)的虛擬儀器接口實(shí)現(xiàn)方案是將分析報(bào)告轉(zhuǎn)化為虛擬打印文件格式，再通過(guò)解析規(guī)則實(shí)現(xiàn)有效數(shù)據(jù)采集后導(dǎo)入管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程。采用虛擬儀器接口和條碼解析方式采集儀器數(shù)據(jù)，解析速度快，操作靈活,是目前理想的數(shù)據(jù)采集方式。

1.2.4 MDB類(lèi)與DBF類(lèi)等數(shù)據(jù)庫(kù)儀器接口

數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)接口解析以托利多衡器為例。

(1)這類(lèi)接口由于是數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，信息存放位置規(guī)整，只需要將數(shù)據(jù)庫(kù)文件存放位置定義好，前提條件是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)格式和字段具有清晰的了解。系統(tǒng)設(shè)置如圖12所示。

圖12 數(shù)據(jù)庫(kù)接口基本信息設(shè)置圖

在接口設(shè)置中定義儀器數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄篩選條件和儀器數(shù)據(jù)庫(kù)字段名稱(chēng)和字段數(shù)據(jù)類(lèi)型對(duì)應(yīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)字段的字段名稱(chēng)和字段數(shù)據(jù)類(lèi)型。實(shí)現(xiàn)儀器數(shù)據(jù)快速批量導(dǎo)入計(jì)量檢測(cè)管理信息系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫(kù)字段提取設(shè)置，如圖13所示。

圖13 數(shù)據(jù)庫(kù)接口解析規(guī)則配置圖

(2)這種方式實(shí)現(xiàn)快捷準(zhǔn)確的將數(shù)據(jù)批量提交入庫(kù)，優(yōu)點(diǎn)是速度快，準(zhǔn)確率高，設(shè)置工作量少。

1.2.5 第五類(lèi)接口

儀器接口的第五類(lèi)儀器接口，比如衡器計(jì)量天平，這類(lèi)儀器有配套的計(jì)算機(jī)及配套的小型數(shù)據(jù)庫(kù)處理軟件，所以它既可以用串口采集，也可以用數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入系統(tǒng)，這里介紹通過(guò)串口傳輸?shù)姆绞讲杉馄鲗?shí)時(shí)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)。

串口連接的關(guān)鍵在于通訊協(xié)議的定義，超級(jí)終端是通用的串口解析工具，只要有串口的儀器都可以使用它來(lái)采集串口數(shù)據(jù)信息。

計(jì)量檢測(cè)管理信息系統(tǒng)串口解析主要針對(duì)RS- 232接口類(lèi)型，我們可以通過(guò)RS- 485/RS- 232轉(zhuǎn)換器，將接口轉(zhuǎn)換為RS- 232進(jìn)行處理,這樣幾乎所有的串口都可以通過(guò)計(jì)量檢測(cè)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行解析了。串口管腳定義如表1所示。

表1 串口管腳定義表

采集時(shí)首先確定設(shè)備的波特率和數(shù)據(jù)位等信息，將其輸入超級(jí)終端等連接測(cè)試工具，建立通訊連接，采集串口數(shù)據(jù)信號(hào)(例如：托利多衡器采集信號(hào)為ZT000.000t)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)格式，再進(jìn)入系統(tǒng)的串口通訊定義模塊，定義通訊協(xié)議，如圖14所示。

圖14 串口連接定義配置圖

完成通訊協(xié)議定義后，還需要對(duì)串口發(fā)送的字符串進(jìn)行順序解析設(shè)置，包括字符串長(zhǎng)度、分隔符等,如圖15所示。

圖15 串口采集數(shù)據(jù)解析規(guī)則配置圖

以上設(shè)置，使連續(xù)的儀器數(shù)據(jù)信號(hào),例如“T000.000t”，以“000.000t”傳輸，并且以不斷覆蓋上一條信號(hào)的方式出現(xiàn)在計(jì)量單中，如圖16所示。

圖16 實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)采集原始記錄截圖

計(jì)量單中顯示了實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的樣品信息。點(diǎn)擊按鈕，動(dòng)態(tài)毛重?cái)?shù)據(jù)固定，并在輸入車(chē)號(hào)時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取最新皮重?cái)?shù)據(jù)，減除皮重，獲取凈重。

通過(guò)這些設(shè)置實(shí)現(xiàn)在計(jì)量時(shí)，采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在稱(chēng)重計(jì)量單上，并且在點(diǎn)擊稱(chēng)重按鈕后將稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)直接提交入數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，而無(wú)需經(jīng)過(guò)計(jì)量程序再入庫(kù)，但是采集過(guò)程受到網(wǎng)速的制約。

1.3 各類(lèi)接口的應(yīng)用

目前在化驗(yàn)和衡器計(jì)量領(lǐng)域，由于設(shè)備和儀器種類(lèi)的繁多，同類(lèi)設(shè)備自帶的程序也是各種各樣，這就造成沒(méi)有哪種連接方式可以實(shí)現(xiàn)所有儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，所以根據(jù)各種儀器設(shè)備以及它們所帶軟件的特點(diǎn)，選擇適合的連接方式，并且各種連接方式綜合利用是目前最現(xiàn)實(shí)而又可靠的數(shù)據(jù)采集方式。目前在企業(yè)實(shí)際作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)車(chē)輛密集程度選擇使用數(shù)據(jù)庫(kù)接口采集式或者串口采集衡器稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)方式，減少了每日出具的計(jì)量單量，既提高工作效率又節(jié)約成本；虛擬儀器接口采集方式和串口采集方式在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用廣泛，尤其是條碼技術(shù)的應(yīng)用對(duì)分析元素量大的儀器更是大大提高了數(shù)據(jù)提交的速度，但是隨著儀器采集數(shù)據(jù)領(lǐng)域技術(shù)也不斷進(jìn)步，很多地方還需要不斷努力改善，還有很多工作要做。

2 結(jié)論

目前儀器數(shù)據(jù)采集在企業(yè)的計(jì)量檢測(cè)信息管理系統(tǒng)中運(yùn)行狀況穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)反映良好；數(shù)據(jù)通過(guò)接口采集連接入庫(kù)后，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析處理和分享，企業(yè)各層級(jí)管理和生產(chǎn)崗位可以通過(guò)報(bào)表等方式使用生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更好地為管理和生產(chǎn)服務(wù)。