CN101673100A - 一种工艺过程参数的采集方法及*** - Google Patents

一种工艺过程参数的采集方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工艺过程参数的采集方法，用于获取工艺过程参数随时间变化的情况，所述方法包括：当下位机检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时，通知上位机；所述上位机依据该通知获取所述工艺过程参数及对应的时间信息，并存储至数据库中。本发明可以减少垃圾数据的采集，保证所采集数据的有效性，并有效节省***资源。

Description

一种工艺过程参数的采集方法及***
技术领域
本发明涉及生产线设备监控的技术领域，特别是涉及一种工艺过程参数的采集方法及一种工艺过程参数的采集***。
背景技术
随着单个工艺技术的发展，以及工艺过程的日趋复杂、***化程度越来越高，工艺过程自动化控制技术也应用得更加广泛。
例如，为了全程监控工艺过程中的各项数据，分析出现硬件故障或不合格产品的原因，现有技术提出了数据采集功能。数据采集就是指采集工艺过程中的数据，即随着时间的递增记录下工艺过程中的各个参数值。操作人员通过分析采集到的数据，就可以监控生产线设备的状况，发现工艺过程中出现的问题，对工艺过程或者设备进行准确控制或预警，以及，寻找工艺改进的方向，提高工艺的结果等。
传统的数据采集方案涉及上位机和下位机的交互。具体而言，上位机(通常采用一般的计算机)主要负责在数据库中记录数据；下位机(通常采用专业的工控机，如PMC、EPC等)主要负责从其连接的各个工艺处理设备(如PM)上读取数据和控制设备。现有技术的方案为，每间隔一定的时间(如200ms)，上位机就向下位机发出数据采集请求，下位机据此请求读取相应设备中的数据，如压力，温度，射频电压等参数值，然后反馈给上位机，上位机则将所采集的数据存储到数据库中。
然而，这种现有技术存在以下缺陷：
1)由于采用定时记录的方式，即使某个参数长时间不变，也会在数据库中留下大量的重复记录。这样的数据显然是没有意义的，即会存在垃圾数据过多的问题；
2)这种定时记录的方式还导致上位机频繁地发请求，下位机频繁地从设备上读数据，极大地浪费了上位机和下位机地***资源；
3)难以及时、准确反映生产线设备的状况，即所采集数据的有效性难以保证。例如，A参数的变化更新时间是每300ms变化一次，而数据采集是时间是每间隔200ms采集一次数据，那么假设在2009-7-209:26:27.000开始采集数据，数据在2009-7-209:26:27.300的时候发生了变化，但是现有技术只能在2009-7-209:26:27.400的时候才去采集数据。
因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种工艺过程参数的采集机制，用以减少垃圾数据的采集，保证所采集数据的有效性，并有效节省***资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺过程参数的采集方法及***，用以减少垃圾数据的采集，保证所采集数据的有效性，并有效节省***资源。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种工艺过程参数的采集方法，用于获取工艺过程参数随时间变化的情况，所述方法包括：
当下位机检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时，通知上位机；
所述上位机依据该通知获取所述工艺过程参数及对应的时间信息，并存储至数据库中。
优选的，所述的方法还包括：
提取所述数据库中满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息，生成输出表。
优选的，所述当下位机检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时通知上位机的步骤包括：
建立观察者模型，在该模型中将上位机维护为观察者对象Observer，将其订阅的工艺过程参数维护为被观察者对象Subject；其中，所述观察者对象将自己注册到被观察对象中，被观察对象将观察者对象存放在一个容器Container内；
当被观察对象发生变化时，从所述容器中获得所述注册的观察者对象，并将变化通知观察者对象。
优选的，所述数据库包括参数值记录表，用于针对各个工艺过程参数记录工艺起始时间、变化发生时间，以及，对应时间点的参数值。
优选的，所述提取工艺过程参数生成输出表的步骤包括：
提取满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息存至临时表中；
将所述临时表中的数据导出为excel文件。
优选的，所述数据库还包括工艺记录号表，用于存储所述工艺过程参数的ID、工艺起始时间及工艺结束时间。
本发明实施例还公开了一种工艺过程参数的采集***，用于获取工艺过程参数随时间变化的情况，所述***包括上位机和下位机，其中，下位机包括：
通知模块，用于在检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时，通知上位机；
上位机包括：
订阅模块，用于订阅下位机监控的工艺过程参数；
采集模块，用于依据下位机的通知获取所述工艺过程参数及对应的时间信息，并存储至数据库中。
优选的，所述上位机还包括：
输出模块，用于提取所述数据库中满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息，生成输出表。
优选的，所述下位机的通知模块包括：
观察者模型建立子模块，用于建立观察者模型，在该模型中将上位机维护为观察者对象Observer，将其订阅的工艺过程参数维护为被观察者对象Subject；其中，所述观察者对象将自己注册到被观察对象中，被观察对象将观察者对象存放在一个容器Container内；
变化观察通知子模块，用于在被观察对象发生变化时，从所述容器中获得所述注册的观察者对象，并将变化通知观察者对象。
优选的，所述数据库包括参数值记录表，用于针对各个工艺过程参数记录工艺起始时间、变化发生时间，以及，对应时间点的参数值。
优选的，所述输出模块包括：
提取子模块，用于提取满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息存至临时表中；
导出子模块，用于将所述临时表中的数据导出为excel文件。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一全新的用于工艺过程参数采集的上位机与下位机的交互架构，在本发明中，上位机不再定时、主动地去控制下位机读取工艺过程参数，而是由上位机预先订阅其关心的下位机所监控的工艺过程参数，一旦下位机检测到上位机所订阅的参数发生变化，就会主动通知上位机，上位机则据此通知需要记录的数据记录在数据库中。
可以看出，首先，本发明由于记录的仅仅是下位机检测到变化时的数据，对重复的数据并不会记录，从而减少了垃圾数据的采集，并有效降低了下位机对设备的数据的读取次数，从而提高了下位机的性能，减小了***资源的开销。
更进一步而言，本发明通过将数据库修改为针对单个参数的记录表形式，只记录发生变化时的相关数据，从而更加真实地记录了实际的生产工艺设备状态。此外，本发明还提供了由数据库的存储过程生成excel文件以提供给用户查看与分析的方式，进一步降低了上位机应用程序的性能压力和复杂度。
附图说明
图1是本发明的一种工艺过程参数的采集方法实施例1的步骤流程图；
图2是本发明的一种工艺过程参数的采集方法实施例2的步骤流程图；
图3是本发明的一种工艺过程参数的采集***实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明可用于众多通用或专用的计算***环境或配置中。例如：多处理器***、服务器、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。
本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本发明实施例的核心构思之一在于，提出一种全新的用于工艺过程参数采集的上位机与下位机的交互架构，在本发明实施例中，上位机不再定时、主动地去控制下位机读取工艺过程参数，而是由上位机预先订阅其关心的下位机所监控的工艺过程参数，一旦下位机检测到上位机所订阅的参数发生变化，就会主动通知上位机，上位机则据此通知需要记录的数据记录在数据库中。从而使得工艺过程参数的采集更加合理和高效。
参考图1，示出了本发明的一种工艺过程参数的采集方法实施例1的流程图，本实施例用于获取工艺过程参数随时间变化的情况，具体可以包括以下步骤：
步骤101、上位机订阅下位机中监控的工艺过程参数；
步骤102、当下位机检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时，通知上位机；
步骤103、所述上位机依据该通知获取所述工艺过程参数及对应的时间信息，并存储至数据库中。
在具体实现中，上述步骤101和102可以通过构建观察者模型实现。通常，观察者模型用来定义对象间的一种一对一或一对多的依赖关系，以便当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。它可以将观察者对象和被观察者对象完全分离，在独立的对象(主体)中维护一个对主体感兴趣的依赖项(观察者对象)列表。让所有观察者对象各自实现公共的Observer接口，以取消主体和依赖性对象之间的直接依赖关系。
举个例子，用户界面可以作为一个观察者对象，业务数据是被观察者对象，用户界面观察业务数据的变化，发现数据变化后，就显示在界面上。从根本上说，观察者模型必须包含两个角色：观察者和被观察对象。在本例中，业务数据是被观察对象，用户界面是观察者。观察者和被观察者之间存在“观察”的逻辑关联，当被观察者发生改变的时候，观察者就会观察到这样的变化，并且做出相应的响应。如果在用户界面、业务数据之间使用这样的观察过程，可以确保界面和数据之间划清界限，假定应用程序的需求发生变化，需要修改界面的表现，只需要重新构建一个用户界面，业务数据不需要发生变化。可见，观察者模型可以在模块之间划定了清晰的界限，从而提高了应用程序的可维护性和重用性。
在实际中，构建观察者模型有很多方式，在本发明的一种优选实施例中，示出了如下构建方式，具体可以包括以下子步骤：
子步骤A1、建立观察者模型，在该模型中将上位机维护为观察者对象Observer，将其订阅的工艺过程参数维护为被观察者对象Subject；其中，所述观察者对象将自己注册到被观察对象中，被观察对象将观察者对象存放在一个容器Container内；
子步骤A2、当被观察对象发生变化时，从所述容器中获得所述注册的观察者对象，并将变化通知观察者对象。
观察者对象将自己注册到被观察者对象的容器中时，被观察者对象不过问观察者对象的具体类型，而是使用观察者对象的接口。这样做的优点是：假定程序中还有别的观察者对象，那么只要这个观察者对象也采用相同的接口实现即可。一个被观察者对象可以对应多个观察者对象，当被观察者对象发生变化的时候，它可以将消息一一通知给所有的观察者对象。这一点还可以进一步为程序提供更大的灵活性。
当然，上述观察者模型的构建方式仅仅用作示例，本领域技术人员依据经验或实际情况任意选用即可，本发明对此无需加以限制。
公知的是，在工业控制领域，上位机是控制者，下位机是被控制者，上位机与下位机的交互架构一般是上位机发出指令给下位机，下位机再根据此指令直接控制相应的工艺设备，读取设备的状态数据并反馈给上位机。简而言之，上位机和下位机可以理解为主机和从机的关系。
基于这种公认的上位机与下位机的交互架构，本领域技术人员在完善数据采集功能时，通常是通过在上位机调整从下位机读取数据的时间间隔，或在上位机中设置其它应用程序或增加其它指令来考虑，例如，对于工艺过程中较为稳定的参数，则在上位机中设置较长时间的数据读取间隔(如300ms/次)，对于工艺过程中变化较大的参数，则在上位机中设置较短时间的数据读取间隔(如100ms/次)，即其本质架构依旧为上位机定时通知下位机读取数据，然后下位机再向上位机反馈数据。再者，由于在具体应用中上位机用于与用户直接交互(如接受用户请求、输出文件、展示工艺过程参数等)，下位机分别与各工艺设备相连，用于监控各工艺设备，故这种基本的上位机与下位机的交互架构在工业控制领域是技术人员普遍认同的基本软件架构，而不会去考虑采用其它软件架构来完善数据采集功能的可能性。
然而，本专利发明人注意到了数据采集时大量垃圾数据的存在的根源问题，创造性地提出了一种全新的上位机与下位机的交互架构来解决此问题，即下位机不是被动等待上位机来控制，而是在满足预定义的条件时(即上位机所订阅的工艺过程参数发生变化时)，主动通知上位机，并将相关的数据反馈给上位机，上位机直接保存所需的数据即可。即本发明克服了本领域技术人员必须基于上位机与下位机的基本交互架构作出改进的技术偏见，而直接对上位机与下位机的交互架构进行改变，而无需改变或额外增加硬件，便有效减少了垃圾数据的采集，保证了所采集数据的有效性。
参考图2，示出了本发明的一种工艺过程参数的采集方法实施例2的流程图，本实施例用于获取工艺过程参数随时间变化的情况，具体可以包括以下步骤：
步骤201、当下位机检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时，通知上位机；
步骤202、所述上位机依据该通知获取所述工艺过程参数及对应的时间信息，并存储至数据库中；
步骤203、提取所述数据库中满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息，生成输出表。
本实施例与图1所示实施例的不同之处在于，本实施例增加了便于用户对所采集的工艺过程参数进行查看和分析的步骤203。
在现有的上位机定时通知下位机读取数据的方案中，上位机数据库的设计方式是维护两个表，一个表(工艺记录号表)用于维护工艺的记录号ID、工艺的起始时间starttime及结束时间Endtime，一个表(参数值记录表)用于维护记录的时间点及对应的工艺过程参数值。在现有技术中，需要记录的参数个数从几个到几十个不等。
例如，应用现有技术的数据库存储方式，在当前需要记录参数为5个，分别为ParamA，ParamB，ParamC，ParamD，ParamE时，则相应的记录如下表所示：
其中，在工艺记录号表的记录为：
  ID   starttime   Endtime
  78   2009-7-2 09:26:27.000   2009-7-2 09:26:28.000
在参数值记录表的记录为
  Time   ParamA   ParamB   ParamC   ParamD   ParamE
  2009-7-2 09:26:27.000   100.33   999.35   50   156   500.02
  2009-7-2 09:26:27.200   99.88   999.55   50   156   500.02
  2009-7-2 09:26:27.400   98.45   1000.69   50   156   500.02
  2009-7-2 09:26:27.600   101.87   1000.78   52   156   499.68
  2009-7-2 09:26:27.800   100.25   1005.82   49   156   499.85
  2009-7-2 09:26:28.000   100.97   1000.58   49   157   499.26
即下位机读取的相关数据是以上面的方式被存储在数据库中。为了方便操作人员查看及分析数据，应用程序会把数据从数据库中读出，然后放在缓存里面，再把数据一行行地写到excel文件中，最后操作人员可以通过excel来查看和分析这些数据。
从上述两个表格可以更直观地发现，采用现有技术不可避免地记录了大量重复、无用的数据(垃圾数据)，如参数ParamC，仅在2009-7-209:26:27.600、2009-7-2 09:26:27.800时发生了变化，可由于上位机是每隔200ms通知下位机读一次数据，所以在数据库中还记录了冗余的2009-7-2 09:26:27.200、2009-7-2 09:26:27.400、2009-7-2 09:26:28.000三个时间点的数据。
在本发明的一种优选实施例中，上位机数据库的设计方式同样可以维护两个表，其中一个表(工艺记录号表)与现有技术相同，用于维护工艺的记录号ID、工艺的起始时间starttime及结束时间Endtime，另一个表(参数值记录表)用于针对各个工艺过程参数记录工艺起始时间、变化发生时间，以及，对应时间点的参数值。即在本发明实施例中，每个参数值记录表只需要一个工艺过程参数的相关数据，工艺起始时间及对应时间点的参数值，是判断参数是否发生变化的基准，故需要记录在此表中，但之后则只记录变化发生的时间点及对应的参数值。
例如，应用本发明的数据库存储方式，在当前需要记录参数为1个，即ParamC时，则相应的记录如下表所示：
其中，在工艺记录号表的记录为：
  ID   starttime   Endtime
  78   2009-7-2 09:26:27.000   2009-7-2 09:26:28.000
在参数值记录表的记录为
  Time   ParamC
  2009-7-2 09:26:27.000   50
  2009-7-2 09:26:27.600   52
  2009-7-2 09:26:27.800   49
或如，应用本发明的数据库存储方式，在当前记录参数为ParamC，下位机还检测到其在2009-7-2 09:26:27.500时发生了一次变化，则相应的记录如下表所示：
  Time   ParamC
  2009-7-2 09:26:27.000   50
  2009-7-2 09:26:27.500   51
  2009-7-2 09:26:27.600   52
  2009-7-2 09:26:27.800   49
从上述例子中可以直观反映本发明所能取得的减少垃圾数据的采集、保证数据采集的有效性，并节省***资源的有益效果。
在本发明实施例中，优选的是，所述步骤203可以进一步包括以下子步骤：
子步骤B1、提取满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息存至临时表中；
子步骤B2、将所述临时表中的数据导出为excel文件。
即在具体实现中，应用程序可以不直接从上位机的数据库中读取数据然后生成excel文件，而是在数据库中编写一个存储过程，通过调用该存储过程来生成excel文件。具体而言，存储过程就是根据用户的需求把数据库中零散的数据，导出在一个临时表中，临时表的结构和用户最终看到的excel表的结构一样，只不过是存在于数据库中的表中。然后再把临时表中的数据，导出生成一个excel文件。例如，生成间隔一段时间的参数记录的excel文件，或者，只要有一个参数发生变化就生成一条记录的excel文件，以更加真实地反应了生产工艺设备的实际情况。
当然，所述输出表也可以为其它形式的数据表文件，本发明对此无需加以限制。需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
参考图3，示出了本发明的一种工艺过程参数的采集***实施例的结构框图，本实施例用于获取工艺过程参数随时间变化的情况，具体可以包括上位机31和下位机32，其中，下位机32中包括通知模块321，用于在检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时，通知上位机；
上位机31中包括以下模块：
订阅模块311，用于订阅下位机监控的工艺过程参数；
采集模块312，用于依据下位机的通知获取所述工艺过程参数及对应的时间信息，并存储至数据库313中。
在本发明的一种优选实施例中，所述下位机的通知模块321可以包括以下子模块：
观察者模型建立子模块，用于建立观察者模型，在该模型中将上位机维护为观察者对象Observer，将其订阅的工艺过程参数维护为被观察者对象Subject；其中，所述观察者对象将自己注册到被观察对象中，被观察对象将观察者对象存放在一个容器Container内；
变化观察通知子模块，用于在被观察对象发生变化时，从所述容器中获得所述注册的观察者对象，并将变化通知观察者对象。
在本发明实施例中，优选的是，所述数据库可以包括参数值记录表，用于针对各个工艺过程参数记录工艺起始时间、变化发生时间，以及，对应时间点的参数值。
作为另一实施例，所述上位机还可以包括输出模块314，用于提取所述数据库中满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息，生成输出表。
优选的是，所述输出模块可以包括以下子模块：
提取子模块，用于提取满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息存至临时表中；
导出子模块，用于将所述临时表中的数据导出为excel文件。
由于本实施例基本相应于前述方法实施例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此就不赘述了。本说明书中的各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的一种工艺过程参数的采集方法及一种工艺过程参数的采集***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1、一种工艺过程参数的采集方法，其特征在于，用于获取工艺过程参数随时间变化的情况，所述方法包括：
当下位机检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时，通知上位机；
所述上位机依据该通知获取所述工艺过程参数及对应的时间信息，并存储至数据库中。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
提取所述数据库中满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息，生成输出表。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当下位机检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时通知上位机的步骤包括：
建立观察者模型，在该模型中将上位机维护为观察者对象Observer，将其订阅的工艺过程参数维护为被观察者对象Subject；其中，所述观察者对象将自己注册到被观察对象中，被观察对象将观察者对象存放在一个容器Container内；
当被观察对象发生变化时，从所述容器中获得所述注册的观察者对象，并将变化通知观察者对象。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库包括参数值记录表，用于针对各个工艺过程参数记录工艺起始时间、变化发生时间，以及，对应时间点的参数值。
5、如权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述提取工艺过程参数生成输出表的步骤包括：
提取满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息存至临时表中；
将所述临时表中的数据导出为excel文件。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库还包括工艺记录号表，用于存储所述工艺过程参数的ID、工艺起始时间及工艺结束时间。
7、一种工艺过程参数的采集***，其特征在于，用于获取工艺过程参数随时间变化的情况，所述***包括上位机和下位机，其中，下位机包括：
通知模块，用于在检测到上位机预先订阅的工艺过程参数发生变化时，通知上位机；
上位机包括：
订阅模块，用于订阅下位机监控的工艺过程参数；
采集模块，用于依据下位机的通知获取所述工艺过程参数及对应的时间信息，并存储至数据库中。
8、如权利要求7所述的***，其特征在于，所述上位机还包括：
输出模块，用于提取所述数据库中满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息，生成输出表。
9、如权利要求7所述的***，其特征在于，所述下位机的通知模块包括：
观察者模型建立子模块，用于建立观察者模型，在该模型中将上位机维护为观察者对象Observer，将其订阅的工艺过程参数维护为被观察者对象Subject；其中，所述观察者对象将自己注册到被观察对象中，被观察对象将观察者对象存放在一个容器Container内；
变化观察通知子模块，用于在被观察对象发生变化时，从所述容器中获得所述注册的观察者对象，并将变化通知观察者对象。
10、如权利要求7所述的***，其特征在于，所述数据库包括参数值记录表，用于针对各个工艺过程参数记录工艺起始时间、变化发生时间，以及，对应时间点的参数值。
11、如权利要求8或10所述的***，其特征在于，所述输出模块包括：
提取子模块，用于提取满足用户需求的工艺过程参数及对应的时间信息存至临时表中；
导出子模块，用于将所述临时表中的数据导出为excel文件。
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