淺析信息系統中設備數據采集方法

何玉紅

(廣西金川有色金屬有限公司，廣西 防城港 538000)

0 前言

隨著科研和生產技術的不斷發展,計量檢測管理信息系統廣泛地應用在計量、采樣以及各類實驗室管理等方面,而在計量檢測管理信息系統的實際應用中儀器數據采集是傳統紙面信息管理模式實現自動化信息管理的關鍵。如何采集儀器數據，篩選出有效數據并且以一定的規則提交系統數據庫是計量檢測管理信息系統比較困難的環節。

1 儀器連接

由于每個儀器設備的操作軟件、數據輸出格式、圖譜文件格式甚至是硬件接口都不相同，情況極其復雜，針對不同品牌，不同型號，不同的數據格式以及不同圖譜文件格式的設備，都要編寫不同的規則進行對接解析。

1.1 儀器接口的五大分類

(1)儀器沒有數據處理系統，但是儀器測試結果可以根據標準的通信協議比如通過RS- 232等接口傳送分析結果，如化驗精密電子天平、紫外分光光度計等；

(2)文本類接口方式，即儀器本身自帶數據處理系統，同時測試結果能夠在電腦上保存為或者導出文本類型(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，這種接口在傳統信息系統數據采集中較為常見；

(3)虛擬儀器接口，采用VT技術(虛擬化)，目前檢測儀器本身自帶的數據處理系統通常提供了打印分析結果的功能，計量檢測管理信息系統利用虛擬打印機打印分析結果，將分析結果在打印時解析，然后提交給數據管理系統，這個功能一般自帶數據處理系統的儀器都適用；

(4)儀器本身自帶數據處理系統，同時數據文件以Access數據庫的形式進行保存(后綴為*.MDB)，Foxpro數據庫的形式進行保存(后綴為*.DBF)如火花直讀分析儀等；

(5)儀器自身帶有數據處理系統，同時RS- 232接口連接方便，儀器結果既可以通過標準的通信協議用RS- 232等接口傳送結果，也可以通過軟件設置直接從數據庫提取數據，這種方式最典型的儀器有金鐘計量衡器、托利多衡器等。

1.2 常見儀器數據采集方法

1.2.1 第一類儀器接口

這類儀器沒有配套計算機設備，數據實時顯示在儀器自帶屏幕上，為了獲取數據信號，采用的方式是，采用串口服務器，將儀器數據信號轉換成網絡信號傳輸到數據庫服務器，經過服務器解析再傳輸各個工作站。

(1)串口服務器通過串口轉接線連接儀器和網絡(一般為局域網)，如圖1所示。

圖1 串口服務網絡連接圖

串口服務器的配置界面如圖2所示(操作模式采用tcp client)。

圖2 串口服務器的配置圖

Network界面設置串口服務器的地址，子網掩碼，網關等信息。設置串口聯網服務器IP地址與主機IP為同一個網段。

在Operateing Mode界面設置模式和主機ip地址等信息。Destination host：目標主機即服務器的ip地址，tcp client是串口服務器的工作模式的一種，它通常是成對使用的，client端設備的目標IP為串口服務器的地址，一般一個串口服務器提供了8個串口，也就是說它可以同時為近距離放置的8臺小型儀器提供串口數據轉換服務，默認的目標IP端口為4001，用本地端口號來區分不同的串口。

在Serial界面設置所使用的串口號，這個可以用來區分每個串口傳輸的數據信息。

(2)數據服務器設置串口連接的設備所對應端口的解析規則，如圖3所示。

圖3 設備連接端口解析配置圖

每個串口根據串口服務器的地址和串口端口號與其他串口區別，這樣解析程序就清晰的區分了每臺設備上傳輸的數據。

此方式將串口采集到的信號通過串口服務器轉換成網絡信號，由數據服務器接收，在數據服務器里設置解析規則，解析后信號再傳輸給計量檢測信息管理系統，多應用于如化學精密天平這類未配置計算機的小型儀器。

1.2.2 文本類儀器接口

數據文件保存成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，這是自動提取數據的技術難題。因此文本文件的解析是自動提取該類數據的關鍵。

計量檢測信息管理系統通過窗口的可視化定義，無需通過專業的源代碼來完成這一過程。

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

圖4 文本類儀器接口(熒光)原始數據截圖

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

(2)其次設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、項目(元素)、做樣時間、分析結果都是我們要提取到系統中的字段。第二步：對每一個要提取的字段，定義標識，包括：字段類型、所在區域、行列標識等。

圖5 文本類儀器接口(熒光)數據解析截圖

在原始記錄單模版用公式進行進一步的篩選、配對，如圖6所示。

圖6 文本類儀器接口原始記錄設置圖

文本接口采集數據方式是通過儀器軟件導出excel或者文本文檔，然后再由開發人員針對不同格式編寫解析軟件，這種方式存在操作過程復雜，解析速度慢的弊端。

1.2.3 虛擬儀器接口

虛擬儀器接口數據采集，采用VT技術(虛擬化)結合條碼識別技術來實現數據采集將大幅提高數據采集速度，虛擬儀器接口以儀器的分析報告格式為基礎，建立一定規則的接口，從采集到的的字符中解析數據和對應的項目，并完成關系的匹配，然后進入原始記錄單，在原始記錄單中對解析獲得的數據進行最后的處理。

計算機系統環境：系統為winxp以上。

軟件環境：(1)虛擬打印機Acrobat_8_Pro.iso以上版本。(2)計量檢測信息系統的儀器解析系統

數據庫環境：Lumix平臺下搭建Oracle10數據庫

(1)安裝虛擬打印機軟件，并將其設為儀器計算機的默認打印機，設置輸入文件的路徑，并選擇覆蓋上次打印文檔。

在控制面板的打印機和傳真窗口中將虛擬打印機設置成默認打印機，并為打印機設置打印文件所在路徑，分別在打印機屬性窗口和在打印機參數窗口設置路徑，如下圖所示：

圖7 控制面板之打印機配置圖

圖8 虛擬打印機配置圖

進入解析設置窗口，設置工作目錄和備份文件目錄，工作目錄是指虛擬打印機提取文件的目錄，備份文件目錄是指覆蓋上次打印文件前存儲打印文件的目錄。而條碼掃描后自動出現在條碼列，可以刪除或者選擇所識別的條碼。

(2)路徑確定后進入解析設置窗口，建立解析規則。

圖9 虛擬儀器接口解析規則配置圖

(3)建立儀器原始記錄單，某一項目或者樣品解析出來的結果因測量的次數不同而存在不同的取舍關系，因此原始記錄單必須提供了選擇數據的功能，如果不選則對多個數據取平均值。

原始記錄單至少應由兩頁組成，第一頁如圖10所示。

圖10 虛擬儀器接口原始記錄設置圖

第二頁如圖11所示：后臺數據選擇、計算和匹配處理。

圖11 虛擬儀器接口原始記錄的后臺數據設置圖

數據匹配和數據休約公式采用spround函數實現，格式如下：spround(string(sheet2!E4),2,6,col(),row())。

計量檢測信息管理系統的虛擬儀器接口實現方案是將分析報告轉化為虛擬打印文件格式，再通過解析規則實現有效數據采集后導入管理信息系統數據庫的過程。采用虛擬儀器接口和條碼解析方式采集儀器數據，解析速度快，操作靈活,是目前理想的數據采集方式。

1.2.4 MDB類與DBF類等數據庫儀器接口

數據庫類接口解析以托利多衡器為例。

(1)這類接口由于是數據庫結構，信息存放位置規整，只需要將數據庫文件存放位置定義好，前提條件是對數據庫格式和字段具有清晰的了解。系統設置如圖12所示。

圖12 數據庫接口基本信息設置圖

在接口設置中定義儀器數據庫的記錄篩選條件和儀器數據庫字段名稱和字段數據類型對應系統數據庫字段的字段名稱和字段數據類型。實現儀器數據快速批量導入計量檢測管理信息系統。

數據庫字段提取設置，如圖13所示。

圖13 數據庫接口解析規則配置圖

(2)這種方式實現快捷準確的將數據批量提交入庫，優點是速度快，準確率高，設置工作量少。

1.2.5 第五類接口

儀器接口的第五類儀器接口，比如衡器計量天平，這類儀器有配套的計算機及配套的小型數據庫處理軟件，所以它既可以用串口采集，也可以用數據庫導入系統，這里介紹通過串口傳輸的方式采集衡器實時稱重數據。

串口連接的關鍵在于通訊協議的定義，超級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采集串口數據信息。

計量檢測管理信息系統串口解析主要針對RS- 232接口類型，我們可以通過RS- 485/RS- 232轉換器，將接口轉換為RS- 232進行處理,這樣幾乎所有的串口都可以通過計量檢測管理信息系統進行解析了。串口管腳定義如表1所示。

表1 串口管腳定義表

采集時首先確定設備的波特率和數據位等信息，將其輸入超級終端等連接測試工具，建立通訊連接，采集串口數據信號(例如：托利多衡器采集信號為ZT000.000t)，根據采集到的數據格式，再進入系統的串口通訊定義模塊，定義通訊協議，如圖14所示。

圖14 串口連接定義配置圖

完成通訊協議定義后，還需要對串口發送的字符串進行順序解析設置，包括字符串長度、分隔符等,如圖15所示。

圖15 串口采集數據解析規則配置圖

以上設置，使連續的儀器數據信號,例如“T000.000t”，以“000.000t”傳輸，并且以不斷覆蓋上一條信號的方式出現在計量單中，如圖16所示。

圖16 實時計量數據采集原始記錄截圖

計量單中顯示了實時采集數據和從數據庫中提取的樣品信息。點擊按鈕，動態毛重數據固定，并在輸入車號時從數據庫中提取最新皮重數據，減除皮重，獲取凈重。

通過這些設置實現在計量時，采集數據實時顯示在稱重計量單上，并且在點擊稱重按鈕后將稱重數據直接提交入數據庫管理系統，而無需經過計量程序再入庫，但是采集過程受到網速的制約。

1.3 各類接口的應用

目前在化驗和衡器計量領域，由于設備和儀器種類的繁多，同類設備自帶的程序也是各種各樣，這就造成沒有哪種連接方式可以實現所有儀器設備的數據采集，所以根據各種儀器設備以及它們所帶軟件的特點，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實而又可靠的數據采集方式。目前在企業實際作業現場，根據車輛密集程度選擇使用數據庫接口采集式或者串口采集衡器稱重數據方式，減少了每日出具的計量單量，既提高工作效率又節約成本；虛擬儀器接口采集方式和串口采集方式在實驗室應用廣泛，尤其是條碼技術的應用對分析元素量大的儀器更是大大提高了數據提交的速度，但是隨著儀器采集數據領域技術也不斷進步，很多地方還需要不斷努力改善，還有很多工作要做。

2 結論

目前儀器數據采集在企業的計量檢測信息管理系統中運行狀況穩定，現場反映良好；數據通過接口采集連接入庫后，經過系統分析處理和分享，企業各層級管理和生產崗位可以通過報表等方式使用生產數據，實現數據更好地為管理和生產服務。