基于Modbus/TCP协议自动档案库系统设计与实现
时间：2021-04-06 07:56:56 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要：随着信息化建设的不断深入，如何将电子档案利用与纸质档案管理结合起来，大幅度降低档案维护成本，提高档案管理效率，成为目前迫切需要解决的问题。本文针对以上问题，提出了自动档案库系统的解决方案。该系统分为应用管理层、档案柜管理层和档案柜控制层，档案柜管理层和档案柜控制层采用Modbus/TCP传输控制协议。为了解决人工归还和借阅档案时放错位置的问题，设计档案自动盘库功能；为了解决不同档案柜硬件设备之间的差别，提出了档案管理层接口规范，不同硬件设备按照规范编写组件，实现档案柜管理层程序与底层硬件设备无关性。实际使用表明，基于Modbus/TCP协议自动档案库系统可以方便快捷的实现电子档案系统与纸载档案管理的无缝结合，在大幅度提高档案的管理效率和档案管理自动化水平的同时，降低了档案管理费用和档案管理人员的工作量。
关键词：档案库系统；Modbus/TCP；自动识别；COM
中图分类号：TP31
随着信息化建设的不断深入，各单位已经全面的使用电子档案系统，电子档案具有传递便捷、资源共享、查阅方便等多种好处，不过由于纸质档案的形成必须要经过人工操作，对原文件的任何篡改都会留下痕迹，所以纸质档案在法律上的可信度很高，能够起到原始凭证的作用。因此在实际工作中电子档案并不能完全替代纸质档案，很多情况下还是需要用到纸质档案。如何将电子档案利用与纸质档案管理结合起来，大幅度降低档案维护成本，提搞档案管理效率，成为目前迫切需要解决的问题。
本文针对以上问题，提出了自动档案库系统的解决方案。自动档案库由多层档案柜、通信模块和计算机控制系统等组成，能够实现档案的自动借阅和归还，是综合了信息自动化、存储和自动识别技术于一身的立体集成化系统。设计该系统的目标是为了减少档案管理人员的工作量，对档案管理的业务流程进行调整和优化，进而规范档案业务操作，提升档案管理的自动化水平，大大提高工作效率。
1 系统总体设计
本文所设计的控制系统分为三层：应用管理层、档案柜管理层和档案柜控制层。应用管理层与档案柜管理层通过TCP协议进行通信，档案柜管理层与档案柜控制层通过Modbus/TCP进行通信，如图1所示。
应用管理层为档案管理系统，它构件了完整的档案资源信息共享服务平台，支持档案管理全过程的信息化处理，主要包括以下功能：档案接收、档案移交、档案查询、档案统计、档案借阅、档案归还、档案数据维护、档案借阅记录管理、档案发送记录管理、报表打印输出、数据库管理等。
档案柜管理层对档案柜控制层的集中管理，包括两个方面的内容：把应用管理层发来的指令转化为对档案柜控制层的指令，定时读取档案柜控制层的消息，并转为系统事件通知应用管理层进行相应。
档案柜控制层根据档案柜管理的指令，控制档案柜的走层、档案的存取、档案盘库等操作，实时根据传感器改变状态寄存器的内容。
图1 系统总体框架图
2 基于Modbus/TCP的传输控制协议
Modbus是一种应用层报文传输协议，用于实现不同类型的网络连接的设备之间的客户机服务器之间的通信。Modbus/TCP协议一种的开放的通信协议，用户可以根据需要灵活进行扩展。[1]它支持C/S模式，将应用层的Modbus消息封装成IP包在网络上传输。[2]
Modbus/TCP是采用C/S模式来进行报文传输，此模式基于4种类型报文，即请求（Modbus Request）、指示（Modbus Confirmation）、响应（Modbus Indication）和证实（Modbus Response），如图2所示。请求是客户端发送给服务器用来启动报文，指示是服务端接收的请求报文对客户端的反馈，响应是服务器针对客户端的请求发送的具体响应，证实是在客户端接收的响应信息时给服务器的反馈。[3]
图2 Modbus/TCP报文传输
协议档案柜管理层由运行在PC机上档案柜管理程序构成，档案柜控制层由触摸屏（TPC）和控制电机和传感器的可编程逻辑器件（PLC）构成。协议档案柜管理层通过网络的Modbus/TCP协议，对各个触摸屏（TPC）和可编程逻辑器件PLC的位变量、整型变量等的读写实现对档案柜的远程测控，如图3所示。
图3 协议档案柜管理层构成图
3 档案自动识别
目前成熟的档案识别方法有条码识别法[4]、RF识别法[5]。条码识别法是在把打印好的条形码粘贴到档案盒上，把条形码作为识别档案的唯一标示；RF识别法则是通过粘贴在档案盒上的电子标签来识别档案的。两种识别方法特点不一，接下来对这两种方法进行具体讨论。
使用条码管理档案，做法是为每个档案盒编配唯一的条码，条码中包含特定规则的位置信息，然后将条码贴到档案盒外面的背脊上。一旦档案盒中有档案存入时，条码、档案盒和档案就建立起了唯一的映射关系。将这种对应关系信息录入到计算机上的档案管理系统中，为每一份档案建立一条记录，保存这份档案对应的条码、在档案柜中的位置、是否在柜等信息，这样就打好了档案识别的基础。档案首次入库时，条码与档案的映射关系建立，数据库中产生相关记录。当需要借阅或者归还档案时，档案识别系统就可以通过条码定位档案盒，找到了档案盒就相当于找到了目标档案。
射频识别系统由电子标签和阅读器两部分组成。在档案识别系统中通常的做法是把阅读器安装在档案柜中，把电子标签粘贴到档案盒上。电子标签中保存的数据通过特定的编码存储在电子标签中，阅读器可以非接触的读取电子数据。系统工作过程分为能力供给和信号识别两个部分。其中能力供给指的是电子标签对电子标签阅读器发出的微波查询信号进行转换，把微波信号转换为电流；信号识别指的是微波查询信号经过电子标签内部的电路处理之后，携带了电子标签内部存储的数据信息，利用电子标签自带的微型天线返回到阅读器中。经过能力供给和信号识别两个过程，阅读器就可以拿到电子标签存储的数据信息，实现档案识别。以下针对条码识别法、RF识别法分别比较两者优缺点，如表1所示。
表1 条码识别法、RF识别法优缺点比较
条码识别法RF识别法
扫描速度扫描枪一次只能扫描一个条码RFID阅读器可同时辨识读取多个RFID标签
抗污染能力和耐久性条形码采用纸张打印，抗污染能力和耐久性差RFID一般采用塑料材质封装，具有很强的耐污性和耐久性
穿透性和无屏障阅读在没有阻挡和近距离的情况下，条码才能被识别RFID通信具有一定的穿透性，除金属材质外一般材质都能穿透
成本条码和条码扫描枪成本很低RFID标签和RFID阅读器成本较高
针对条码识别法、RF识别法的特点，各单位可以根据需求选用不同的方案。条码识别法和RF识别法在系统中识别和传输过程中，由于条码被污染和斜放等情况，RF识别法信道中有噪声干扰和标示有重叠的情况，引起数字信号波形的失真导致错误，针对错码的问题，通过两种策略来处理。一种方法是在档案标识上设置冗余的信息位，在一定错误率的情况下可以通过算法推算出错误的信息，常用算法有循环冗余CRC校验；另外一种是设置校验位，通过校验位来验证发送的信息，验证不通过的情况下让接收方请求重传，常用算法有奇偶校验、汉明校验。因为档案柜在扫描枪扫描过程中一般都是一次扫描，所以我们一般采用纠错码的策略来解决误码的问题。
5 档案自动盘库
为了解决人工归还和借阅档案时放错位置的问题，设计档案自动盘库功能，通过该功能可以对整个档案柜的档案进行批量整理并与档案信息系统中存放的档案存放信息进行核对修改。
自动盘库操作流程如下所示：（1）执行档案柜走层操作，准确走到确定层；（2）启动盘库扫描枪从左到右运动扫描整个层中的档案，一层扫描完成后，盘库扫描枪从右到左运动回到起始点再执行走层动作，直到扫描完毕，经过扫描得到的柜号、层号、档案标识通过Modbus/TCP协议传给档案柜控制层，档案柜控制层通知应用层程序，对扫描的数据进行处理；（3）档案柜向上走一层，继续流程2，直到完成所有层的扫描，自动盘库完成。
在进行盘库操作时，档案柜控制层把盘库扫描枪扫描到一个档案标识就会将柜号、层号、档案标识发送给档案柜管理层，档案柜管理层触发应用层程序的事件，应用程序处理相应事件显示差异信息，用户根据差异信息选择进行更新档案存取信息和借阅情况。
5 档案管理层接口规范
不同厂商采用的硬件类型一般是不同的，同一厂商的不同型号的设备通常也有所区别，传统的档案管理软件基本都是针对某一款特定的档案柜设计的，所以不具有通用性。硬件上一些小改动或升级就会导致整个应用程序的大范围改动甚至重写。传统的档案管理程序与设备是一一对应的，每一种设备都需要开发专用的管理程序和相应驱动。传统档案管理层的开发示意图如图4所示。
图4 传统档案管理层的开发示意图
在实际的大型档案管理系统中，档案柜类型往往不止一种，同种类型的档案柜每隔一段时间也会进行硬件升级，在这种情况下，档案管理层的接口如果仍然按照传统的结构进行设计，必然会带来很多问题，在很大程度上增加系统开发和维护的成本。在本文的档案柜系统设计中，档案柜管理层为了实现与底层硬件设备的无关性，需要硬件设备已经统一的基于COM组件，不同硬件设备指需要按照统一COM编写自己组件，就可以实现协议档案柜管理层对档案柜控制层的操作，如图5所示。
图5 基于COM组件的档案层接口规范
6 结束语
通过对自动档案库系统合理设计，将系统分为应用管理层、档案柜管理层和档案柜控制层。应用管理层与档案柜管理层通过TCP/IP协议进行通信，档案柜管理层与档案柜控制层通过Modbus/TCP协议进行通信，针对人工归还和借阅档案时放错位置的问题，专门设计档案自动盘库功能，同时为了实现档案柜管理层与底层硬件设备的无关性，制定了档案管理层接口规范。实际使用表明：基于Modbus/TCP协议自动档案库系统可以方便快捷的实现电子档案系统与纸载档案管理的无缝结合，在大幅度提高档案的管理效率和档案管理自动化水平的同时，降低了档案管理费用和档案管理人员的工作量，充分提高工作效率。
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作者简介：李冰鹏（1983.03-），男，硕士，讲师，主要研究领域为信息科学和软件工程；陈浩（1987.04-），男，硕士，助教，主要研究领域为信息科学和软件工程。
作者单位：南京政治学院 上海分院，上海 200433
