数据库|发展|三维力控-国内实时数据库发展 应用逐步深入空间广阔-工控新闻
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国内实时数据库发展 应用逐步深入空间广阔
访北京三维力控科技有限公司副总经理田晓亮
　 10:43:40　供稿　
近年来，随着国内企业生产基础自动化设备的改进，工业自动化软件及生产信息管理平台的发展在逐步推进，而实时数据库产品是生产调度及信息化的一个重要部分。这一产业的发展，无疑对国内企业信息化的实现具有重要的意义。那么，实时数据库在国内的发展现状如何呢？我们采访到北京三维力控科技有限公司副总经理田晓亮，请他就这一话题发表了自己的看法。　　　　《今日自动化》：实时数据库产品是三维力控的主要产品之一，请您介绍一下实时数据库在企业信息化架构中的位置、作用。　　田晓亮：对于现代工业企业，如何能使决策者随时查看生产过程数据，以便快速地作出更为灵活的商业决策，是企业信息化建设的关键。传统的信息管理系统和生产控制系统之间存在信息鸿沟，管控一体化力图打破这个鸿沟，是企业信息化建设新的发展方向，管控一体化强调在信息管理系统中能够直接使用生产控制系统中的实时和历史数据，它的核心是实时历史数据库。实时历史数据库可用于工厂过程数据的自动采集、存储和监视，可在线存储每个工艺过程点的多年数据，它提供了比生产控制系统更高层次、更长时间的工况信息的描述，在它基础上提供的批次管理、设备运行管理、工艺曲线、事故诊断等多种调度管理功能，可以说，实时历史数据库对于流程工厂来说就如同飞机上的“黑匣子”，是“数字化”工厂的关键。　　　　《今日自动化》：您认为实时数据库在国内的应用与发展处于怎样的阶段？　　田晓亮：目前，国内实时数据库虽然在理论和实践上取得了一定的进展，但作为通用的一个产品开发和应用平台来说，国内可用的杰出的产品的还不是很多，同时由于自动化技术和IT技术发展迅速，导致很多研究单位和企业没有进行持续性的研发和积累，导致一些实时数据库产品功能定位模糊，同时大部分产品都没有在行业进行广泛的实践，行业应用单一，因此从民族化产品角度来说，目前的发展仍然处于初级阶段。　　　　《今日自动化》：您认为实时数据库在国内的应用推广环境如何？目前国内实时数据库厂商技术力量的分布情况是怎样的？　　田晓亮：国内在大型的企业信息化系统已经引进了很多国外的实时数据库产品，这些产品的应用推动了国内企业对实时数据库概念的认知和熟悉，同时，很多企业自身为了提高行业竞争力，进行了企业的改造和重组，基础的综合自动化系统也随之被带动和提高，企业对基于全厂生产信息的应用需求越来越现实和明确，因此实时数据库作为全厂级的实时信息管理平台迎来了难得的发展机遇，同时很多行业标准也促进了实时数据库发展，例如在发电行业国内SIS标准的建立就有力的促进了实时数据库的应用与发展。　　国内有规模的实时数据库应用大部分都是以国外产品的应用集成为主，真正有突破性的民族的实时数据库产品还不多见，国内的一些实时数据库产品只是在单一的windows平台应用，不支持跨平台，产品功能设计不足。从行业发展角度来说，流程行业起步早，应用发展的较快，国产实时数据库在这些领域有了初步应用，但从应用角度和公开的实例看，与国际先进的水平还有一定的差距。　　　　《今日自动化》：您曾提到，关于实时数据库这一概念，业界内仍存在概念模糊与混淆的问题，您能否就这一问题具体阐述一下？　　田晓亮：在自动化行业对实时数据库概念的讨论目前仍然有些模糊，是指业内有些观点将实时数据库和工业监控完全混淆在一起了，在工业监控系统中，综合自动化、自动化全集成已经深入人心，同时第四代DCS系统、大规模SCADA调度系统、监控组态软件都将实时数据库的概念引入进来，这一领域的扩展，导致很多用户将装置级的实时数据处理与面向全厂级的实时历史数据处理混为一谈，同时有些用户将实时数据库片面的理解成硬实时系统软件，还有一些用户将实时数据库理解为速度更快的关系数据库，这些都导致了概念的模糊，这里讨论的实时数据库应该确定的说是企业级实时历史数据库及其应用系统，而非其它的数据库，比如力控科技的企业级实时历史数据库Pspace与监控组态软件Forcecontrol的区域实时数据库技术是有本质区别的，是不能混为一谈的。　　　　《今日自动化》：目前国内实时数据库产业中，比较受业界关注的还有哪些热点？今后实时数据库产品将呈现出哪些发展趋势？　　田晓亮：企业的管理模式、机构设置、自动化设备基础与实时数据库系统的应用紧密联系，因为一个实时数据库信息管理平台是各行业信息化都需要的，随着ERP系统应用的深入，生产执行制造系统已经是国内各大企业的发展热点，MES系统在国际上已经推出了相应的技术规范，但目前的MES技术规范从深层次理解仅仅是一个技术评价，各行业及实施厂家对规范的理解也不尽相同，因此不同行业的MES应用不尽相同，但MES规范的标准建立和发展都会加快实时数据库的发展，尤其是对流程行业更是意义深远。　　各大硬件厂商推广自动化全集成概念的深入，制造业信息化的深入发展，基础自动化的深入发展，如第四代DCS系统的发展、综合自动化架构的带动等都会带动实时数据库在此行业深入。生产数据的深入挖掘、企业的先进控制都会带动实时数据库产业的发展。　　企业生产控制自动化程度水平的提高和企业信息化系统的完善，推动实时数据库开始向非传统流程企业延伸；更多做企业信息化系统的厂家，会在非传统实时数据库应用领域发现新的商机；信息安全比较敏感的企业（包括军工）对非Windows操作系统的青睐，对实时数据库也提出了跨平台的需求。从这些发展趋势可以看出，实时数据库将在越来越多的行业和应用领域中发挥重要的作用。 　　　　《今日自动化》：据了解，三维力控也参与了中国机电一体化技术应用协会工业实时数据库分会的筹办，您认为该分会的建立对国内实时数据库产业有何影响？　　田晓亮：虽然企业级实时历史数据库及其管理系统应用的领域很宽，除了传统生产企业的综合自动化和信息化行业外，也可以用在航天、军工、金融等重要领域，行业跨度比较大，同时涉及到学科专业知识比较多，个人认为，实时数据库不仅仅是机电单一行业的应用，它是整个企业信息化的中枢神经。机电一体化技术应用协会工业实时数据库分会的建立肯定会对自动化行业普及实时数据库产品的深入带来好处，但它的路还很艰难，还有很多事情要做。　　三维力控会广泛的参与到与实时数据库有关的相关团体和活动中，为民族软件出谋献策，共同推动中国的企业信息化的进程
TA的最新馆藏
喜欢该文的人也喜欢力控实时数据库pSpace在某钢厂EMS中应用 -- 工控技术 -- 工控网博客
尊敬的朋友您好：
&&&&&&&& 为了给大家提供一个技术交流平台，先将组态软件按产品说明、行业应用进行分类，关于系统的解决方案、最新技术展示、工控技术我将逐步完善！&&由于上传图片处理比较麻烦，我将文章全文上传到豆丁网和百度文库，需要浏览的朋友按题目搜索即可。&&&&&&&&&&&&&&
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10:06:27 | Author:
1、行业背景
某钢铁企业铁钢材配套生产能力108万吨，主要产品为热轧带钢，冷轧带钢，中高档焊管。该企业公司 原 有 能源网，仅对厂际间约150个能源数据点进行了采集，且存在数据不准确的现象，因此能源计量主要还是依据计量处的人为手工抄表。调度办公室位于原制氧厂的办公楼内，调度通过电话询问了解现场的能源情况，并实施调度指挥。总体 来 说 ，目前的该公司能源管理仍属于粗放型管理模式，其主要工作目标是最大限度地满足各分厂的用能需要.因此，存在多种能源介质没有被充分优化利用的现象，例如:煤气、压缩空气均有放散，且煤气放散量偏高，并由此造成能源浪费和环境污染。粗放型的管理模式严重影响了企业的发展，削弱了企业的竞争力。
1.2、需求分析
为了节能降耗降低成本，提高企业在行业的竞争力，该钢厂结合企业实际情况，在原有能源管理系统的基础上进行升级改造。采用先进科学技术建立企业级数据库，通过企业内部的网络，将分布在现场的能源数据采集站、检测站、现场控制站、操作管理控制中心的操作站以及管理控制站等联系起来，共同完成能源的分散控制和集中管理的综合管理与控制系统。利用系统的观点，站在全局的角度，更加合理的调配能源，从整体上有效地节能降耗。
2、某钢厂能源管理系统网络图
典型能源系统架构包括能源调度管理中心、通讯网络、远程数据采集单元等三级物理结构（如图示）。
1）以力控ForceControl 6.1 SCADA软件为监控中心，以力控实时历史数据库pSpace为核心，建立I/O Server实时数据服务器，实现在线的数据监视、工艺操作和实时的能源管理功能；基于数据库技术开发具有模型背景的能源管理功能并对外提供接口。
2）采用工业级以太网交换机，建立分区域的冗余环网，环与环之间采用耦合拓扑结构进行连接，从而建立高可靠专有的能源数据采集通讯网络。
3）以力控通信网管服务器pFieldComm产品为核心，通过数据采集、通讯、协议转换等技术手段，将能源介质参数的采集与生产控制系统隔离，提供连续、真实、可靠的数据依据。
3、能源管理系统的设计及开发
&3.1、方案设计简介 &
该钢厂能源管理对象包括了公司内部所有涉及厂际间结算的各种能源介质，主要是煤气、氧气、氮气、氩气、蒸汽、压缩空气、深井水、净化水、工业水和深度处理的废水等11套计量系统。根据现场实际情况，实现能源系统分散的数据采集和控制、集中的管理、调度和能源供需平衡，以及生产管理过程中的能源预测，为在生产全过程中实现节能、降耗和环保目标创造条件。
& 采用先进的自动化、信息化技术建立能源管理调度中心，对供配电系统、水系统、燃气系统及压空系统等的数据实行集中监控和管理。通过对能源系统实行集中监测和控制，实现从能源数据采集—过程监控—能源介质消耗分析—能耗管理等全过程自动化、高效化、科学化管理，使能源管理与能源生产、使用的全过程有机结合起来，使之能够运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，包括能源生产管理统计报表、平衡分析、实绩管理、预测分析等。实现全厂能源系统的统一调度、优化能源介质平衡、最大限度地高效利用能源，提高环保质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。
3.2.1能源管理调度中心的主体系统架构
能源管控中心的系统构架采用客户机/服务器（C/S）架构与浏览器/服务器（B/S）架构结合形式，分为工业控制系统网络（内网）和管理系统网络（外网），由采集节点交换机、调度中心核心交换机、能源控制环网（利用现有网络）、数据采集/实时数据库服务器、历史数据库服务器、Web服务器和HMI终端等组成。能源管理调度系统采用三层网络架构，即现场数据采集网络，中间传输与数据交换层网络，能源调度管理中心。配置1台核心交换机实现能源调度中心各服务器的网络连接，并与中间级网络连接，完成实时数据服务器与现场各节点上的所有采集站点的通讯，处理所采集的数据，并将处理后的数据送到各服务器和HMI终端。
3.2.2主要作用和基本功能
、水系统操作、动力系统操作和Web管理站等。
4、数据现场采集
现场数据采集采用RS485网络、1000M光纤工业网络以及核心以太网络等几部分组成。现场RS485网络通过串口服务器或RTU接入1000M光纤网络。现场各采集系统分别连接到工业网络的各点，形成星型网络结构。
现场的数据采集系统包括：Modicon Quatumm PLC、Siemens S7-200、Siemens S7-300、SiemensS7-400、GE VersaMax、GE 90-30负责现场温度、流量、压力、电参数等数据的采集，采集的数据通过北京三维力控科技的通讯网关服务器pFieldComm将诸多的协议转换成统一标准传送到数据中心—力控企业级实时历史数据库pSpace服务器中。
实时数据库主要用于管理企业生产过程的数据，记录设备运行过程每时每刻的信息，供生产管理人员对生产过程进行监控和过程分析。它要把现场设备发生的变化实时传给用户，还要把各个设备传送过来的数据进行实时处理和保存，同时要对客户端用户查询历史数据的要求作出响应，实时数据库处理的数据是连续性的，因此数据的吞吐量巨大，实时性很高。
5、监控调度中心-力控ForceControl6.1
力控Forcecontrol6.1工业监控组态软件是北京三维力控科技有限公司根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端自动化软件产品，是力控科技全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端HMI/SCADA自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台。
力控Forcecontrol6.1工业监控组态软件负责调度中心对采集到的各种数据，在显示屏上以画面、报表、图像的形式动态显示系统的工艺过程、参数、设备工况。显示屏幕上可以显示当前监测的数据，亦可显示历史数据（趋势曲线），显示时，可以通过颜色变化、百分比、色标填充等手段增强画面的可视性。根据显示的工艺过程、参数、设备工况对现场运行设备进行控制。
6、能源管理系统的核心--力控实时数据库pSpace
实时数据库服务器采取冗余配置，在功能采用负荷均衡技术，完成与现场所有采集站的数据采集，并向操作站、WEB服务器和历史数据库提供数据。为提高系统性能，本设计通过实时数据库服务器与现场采集站进行通讯，并将所有的采集站的通讯协议统一到同一通讯协议上，提高系统的通讯效率和服务器处理性能，实时数据库服务器将完成中间量计算、累积量计算、趋势、报警、数据短时归档、向数据库站传送数据等功能，并保存有信息记录、操作记录等功能。同时实时数据库服务器兼任应用服务器功能，实现基础能源管理，数据查询、报表查询和打印、能源平衡、能源分析预测等应用功能。
6.1实时数据库的设计目标
　 生产系统实时监控：实时数据库系统为各级管理部门提供的远程实时生产过程信息，有效地帮助调度人员及时调整物流方向，减少非计划停车，保持生产的平稳运行。通过实时数据库系统记录的装置运行状态参数的分析和中间产品的质量分析，然后通过实时数据库系统快速返回相关的结果，来及时调整操作参数，确保装置操作的平稳性，从而有效地提高产品的质量。
报警实时监视：通过比较当前的数据和历史趋势数据，特别是结合装置安全运行的经验，通过趋势图和数据的分析可以及早报告事故隐患，并且通过对事故前后实时记录的历史数据的分析，定位事故发生的原因。
　管控一体化：各个分厂实时数据库集群并行运行，上分散，实现分布式实时数据的采集、存贮、管理与查询及归档管理，同时通过总调度室的管理，可实时了解各分厂系统运行情况，实现上了逻辑上的统一，方便调度与决策。
6.2力控实时数据库PSpace技术优势
力控&企业级实时数据库pSpace是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统的开放式实时数据库系统，产品为完全的分布式结构，可任意组建应用模式；支持C/S和B/S应用；它可以提供丰富的企业级信息系统客户端应用和工具；大容量支持企业级应用，内部实现高数据压缩率，可实现历史数据的海量存储，灵活的扩展结构可满足各种需求，具备广泛的安全性和可跟踪性。
&多平台支持能力
& Unix/Linux/Windows，任您选择。pSpace从核心到外围，从底层到上层，都采用了稳定而高效的跨平台开发环境，整个系统可在Windows，Unix，Linux环境下运行和操作，而且在各个平台的操作及使用完全一样，完全消除操作系统限制所带来的不便。
&32位/64位操作系统支持能力
& pSpace针对32位/64位操作系统推出了pSpace 32位版本和pSpace 64位版本。可充分满足用户的应用需求。
&无与伦比的I/O事务处理能力
& pSpace具有超强的运行性能，对于生产信息处理及存储的性能可达300,000点/秒。对于历史生产信息回取的性能可达200,000点/秒。而且整个系统运行负荷可稳定在30%以下。
&高效的二次压缩技术
& pSpace采用高效的二次压缩技术（一次逻辑压缩，二次物理压缩，），针对原始数据进行分析，去除冗余信息，保留有效信息，可有效的节省存储空间，数据压缩率可高达40：1；提高查询效率，快速恢复原始信息。
&基于ACE架构的网络通讯协议
& pSpace采用先进的ACE网络架构，在此基础上设计了高效的应用协议，使得pSpace面对各种网络环境都可从容面对。
&灵活实用的数据库变量层次结构
& 多层次的数据库变量结构，改变了以往数据库变量的平面管理或有限层次的管理方式，使得企业对数据库变量的管理完全可按照工厂的运行情况建模。使得对象和对象之间的关联关系得以保持。
&全面的数据类型支持能力
& pSpace能够采集并存储所有你能想到的数据类型，包括浮点型，整型，布尔型，字符串，以及“任意”类型。
&灵活的分布式系统架构
& pSpace分布式的采集，分布式的存储，分布式的应用，完全打消用户对于系统的扩展及升级的忧虑。而且分布式的特点让系统的维护变得更加方便灵活。
&广泛的标准的开放性
& Base-API，COM-SDK，OPC Server，OlE DB，ODBC Router，.Net API，Java API等数据访问方式让用户自定义程序访问pSpace数据轻而易举，信手拈来。
&无限的并发访问能力
& 优秀的WEB技术结合高效的数据通讯协议，可容纳成千上万的用户同时在线。
&系统自诊断，自恢复能力
& pSpace提供完善的机制对系统进行诊断，对模块进行监视，对系统文件，数据文件进行有效性检测，能将各种异常情况造成的损失降到最低。
&多级冗余机制
& pSpace支持多服务器、双接口机、双网、双通道等多种冗余技术，高度保证系统的稳定性，更好地保护您的数据。
&pSpace 数据采集技术优势
& 全面丰富的数据采集接口（各种大中型DCS，PLC，OPC接口，手动录入，ODBC接口，网络隔离接口）1500多种。
强大的接口开发能力—三维力控有一支专业的接口开发队伍，30多位接口开发工程师随时为你定制新采集接口。
&pSpace 高级应用功能技术优势
& pSpace为企业用户提供功能丰富的应用模块，如：质量管理，过程管理，性能分析，状态监测，工序调度，批次管理，班组考核等等。通过这些应用模块结合用户的经验，可以极大地提供生产过程的作业效率和作业性能。
&pSpace 安全控制技术优势
通讯加密机制，保证数据在网络中安全传输而不会被截获。
数据库安全认证访问机制，杜绝非法用户的访问，恶意用户的攻击。
数据单向传输服务，结合网络隔离设备，保证底层系统安全可靠。
&pSpace系统集成技术优势
多平台支持，模块化结构设计，完全根据系统需求选择功能和平台。
方便与第三方冗余软件无缝结合，构建冗余系统。
提供第三方组件开发模板，方便用户开发功能和pSpace系统的整合。
强大的二次计算能力，将需要用户开发完成的功能转移到数据库来实现。
灵活的WEB发布选择，便于与用户的信息系统整合。
6.3 .pSpace 系统功能
6.3.1 核心服务器软件 pSpace Server
pSpace Server作为整个系统的核心部分，搭建pSpace 应用系统的稳固平台，可运行在UNIX/Linux/Windows平台。
实时数据采集——处理所有来自各种外部系统的数据，如DCS、PLC、SCADA、底层I/O设备等。周期性将数据送到文件归档，同时根据需要将报警信息进行发布。
历史数据存储——独有的二级数据压缩技术，80 GB的容量可容纳上万点10年的历史数据。
网络通讯响应——基于ACE架构的网络通讯协议，让通讯更加可靠、效率更加高效、带宽占用更低、适用环境更多。
&& 统计数据处理——对pSpace中的数据按照需要的方式进行灵活的统计处理。
数据二次计算——二次计算功能是一种具有时间确定性的在线计算引擎。它提供了对pSpace中的数据进行二次计算和实施高级运算的功能。具有定时触发计算、条件触发计算、离线数据计算等方式。
事件触发管理——通过事件的定义，完全按照用户的意愿定制系统运行的方式，如触发存储、触发计算、触发统计等等。
自诊断、自恢复功能——能对模块进行监视，对系统文件、数据文件进行有效性检测，系统故障后能自动恢复系统，能对数据文件进行检测，对错误信息进行有效处理，将各种异常情况造成的损失降到最低。
6.3.2 数据采集器 pSpace DAServer
& pSpace DAServer是数据采集站的设备通讯管理服务程序，用于系统和DCS、PLC等数据源之间的数据交换，具有自动网络通信负荷平衡功能和断线数据缓冲功能。pSpace DAServer以前端节点机方式运行，运行于UNIX/Linux/Windows平台。DAServer可以和Server运行在同一服务器内，也可以运行在不同的前端机上，通过TCP/IP与Server通信。
6.3.3 用户客户端软件 ForceControl6.1
6.3.3.1面向对象的组态界面
& && 通过ForceControl6.1的画面组态工具，用户可以快捷、方便的开发定制图形视图应用。预制图形模板、工程模板，提供上千种丰富的工业图形元素，支持多达几百种过渡色和渐进色调色板，动画连接可以构成逼真强大的动画效果，可以提供多种工业标准的复合图形组件来完成过程的监控和部署可视化应用。
6.3.3.2强大的后台脚本支持功能
面向对象设计的脚本编译环境，“所见即所得”，方便引用已定义的方法和变量；
类“Basic”的语言环境，提供面向对象的编程方式；
脚本类型和触发方式多样，支持条件动作、数据变化动作、窗口动作、循环动作等；
脚本支持多种结构，支持数组运算和FOR循环结构；
6.3.3.3实时历史曲线的查看及预测监控
& & & & 实时历史曲线是查看和浏览历史及实时数据的趋势曲线工具，通过它，可以定制各种功能的趋势曲线，便于工程师们根据需要对设备情况进行未来走势预测、事故原因分析、工况对比等等。
6.3.3.4数据导出分析功能
ForceControl6.1提供的数据导出分析功能允许用户将当前趋势的数据导出以便分析，允许导出最大值、最小值、峰值、快照值、平均值等，用户可以进一步进行分析和统计以及报表输出。
6.3.3.5内嵌功能强大的专家报表
报表开发工具提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，比如：利用报表函数可以在报表上同时显示实时数据和任意时刻的历史数据，并加以统计处理，例如取行平均、列平均，统计出最大最小值。
6.3.4高级应用模块
质量管理——帮助企业根据工程目标来实时记录、跟踪和分析产品和加工过程的质量，以保证产品的质量控制及消除生产的问题。
过程管理——帮助企业根据计划和实际产品制造过程来指导工厂的工作流程。
性能分析——将实际生产过程产生的结果，生产过程的消耗，生产设备的工作性能等和企业制定的目标，客户的需求等进行对比分析，通过分析的结论对产品性能，过程运作进行改进和提高。
状态监测——企业用户借助此功能，通过对生产设备的活动监控和指导，保证机器和其他生产设备的正常，稳定运行以实现生产目标。
工序调度——企业可通过基于有限资源能力的作业排序和调度对车间的生产过程进行优化。
批次管理——可用于追踪、保值期管理、质量管理等方面，结合序列号使用。
班组考核——根据人员资历，工作模式，业务需求的变化来指导人员工作，实时提供员工状态信息。
6.3.5 pSpace Excel Addin
& pSpace Excel Addin允许用户自定义各类报表,进行各类数理统计,分析.通过它,日常简单的数据查看分析变得简易方便. pSpace Excel Addin 能提供如下功能：
l查询当前和历史数据。
l查询统计值（最小值、最大值、平均值、标准方差、累计值、计数值）。
l利用索引点查询过滤数据。
l查询数据的采样值。
l导入、导出数据。
l显示、导入、导出标签。
l显示、导入、导出消息。
l显示采集接口。
7．应用效果
该钢厂源管理系统目前稳定、可靠运行，公司能够及时、准确、科学地掌握风、水、电、气（汽）等各种能源及能源介质运行状态及使用量等各种参数，从而使得公司可以根据实际生产情况迅速调整运行方式，合理分配使用量，使有限能源发挥出最大效能。
&& 能源中心以力控实时数据库在公司层面对能源系统采用分散控制和集中管理，使运行管理和调整决策建立在可靠的过程信息之上，从而减少管理控制环节，提高工作效率，实现“数字化”的能源输配及平衡。建立客观能源消耗评价体系为进一步对能源数据进行挖掘、分析、加工和处理提供条件。君，已阅读到文档的结尾了呢~~
力控组态软件实时数据库点的组成及参数分析
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力控组态软件实时数据库点的组成及参数分析
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力控实时数据库简介
&&& 实时数据是监控系统最基本的资源，而实时数据库则是作为整个监控组态环境数据处理和管理的核心。实时数据库与基于传统数据库技术的数据库在原理、实现技术、功能和系统性能方面有很大的不同。　　　　　　传统的数据库系统旨在处理永久、稳定的数据，强调维护数据的完整性、一致性，其性能目标是高的系统吞吐量和低的代价，并不考虑有关数据及其处理的定时限制，所以，传统的数据库管理系统（DBMS）不能满足这种实时应用的需要。而传统的实时系统（RTS）虽然支持任务的定时限制，但它针对的是结构与关系很简单、稳定不变和可预报的数据，不涉及维护大量共享数据及它们的完整性和一致性，尤其是时间一致性。　　　　　　实时数据库，其数据和事务都有显式定时限制，系统的正确性不仅依赖于事务的逻辑结果，而且依赖于该逻辑结果所产生的时间。但实时数据库并不是数据库技术和实时系统两者的简单结合，它在概念、理论、技术、方法和机制方面具备自身特点。　　　　　　一、实时数据库的特征　　　　实时数据库的一个基本特征就是与时间相关性。实时数据库在两方面与时间相关：　　　　1. 数据与时间相关　　　　（1） 时间本身就是数据，即从&时间域&中取值，如&数据采集时间&；　　（2）数据的值随时间而变化。与数据值变化相联的时间，可以是现实对象状态的实际时间，即&真实&或&事件&时间；也可以是即数据库中相应数据值变化的时间，即&事务时间&。实时数据的导出数据也是实时数据，与之相联的时间自然是事务时间。　　　　2. 实时事务有定时限制　　　　定时限制中比较典型的是&截止时间&。对于实时数据库，其结果产生的时间与结果本身一样重要，一般只允许事务存取&当前有效&的数据，事务必须维护数据库中数据的&事件一致性&。另外，外部环境的反应时间要求也给事务施以定时限制。在实时数据库中，数据随外部环境状态的变化而快速变化，其数值只有在一定的时间内才是有意义的。故系统除了维护数据库内部状态的正确性、相容性外，还必须同时维护内部状态与外部环境实际状态的一致性，以及数据用来决策或推导新数据时在时间上的相互一致性。　　　　二、实时数据库使用的技术　　　　力控监控组态软件的实时数据库，吸取了DCS实时数据库设计思想，支持并发处理，具有分布式网络的功能，并在实时数据、实时事务及内部缓存处理等方面有其自身特点。　　　　1. 实时数据模型　　　　 包括：数据结构、数据操作和完整性约束三部分。　　　　（1）数据结构。数据结构是所研究的对象类型的集合。这些对象是数据库结构的基本组成部分，一般可分为两类，一类是与实体类型有关的对象，一类是与实体间联系有关的对象。因此数据结构就是描述这类对象类型。一个模型的数据结构应该是简单的、基本的、易于被用户理解的，而且还要有足够强的表达能力。　　（2）数据操作。数据操作是指对数据库中各种对象类型的实例（值）允许操作的集合，其中包括各种操作的规则。对实时数据库的操作主要包括数据更新和查询两大类。数据模型要定义这些操作的确切含义、操作规则以及实现的方法。　　数据结构是对系统静态特性的描述，数据操作是对系统动态特性的描述。　　（3）数据的完整性约束。约束的定义进一步给出了关于数据模型的动态特性的描述和限定。如果仅仅限定对特定的数据结构执行特定的操作，那么仍有可能破坏数据的正确性。为此，常常把那些具有普遍性的问题归纳起来，形成一组通用的约束规则，只允许在满足规则的条件下对数据库进行更新、保存历史数据，这就排除了破坏数据正确性操作的可能性。　　　　在上述三方面内容中，数据结构是表达实时数据库模型的最重要方面。　　　　2. 实时事务的模型与特性　　传统的事务模型不适用于实时数据的处理。在实时数据库中，采用复杂事务模型，即嵌套、分裂/合并、合作、通信等事务模型。实时事务间有多种交互行动和同步，存在结构、数据、行为、时间上的相关性，以及在执行方面的相互依赖性。　　　　3. 实时事务的处理　　实时数据库中的事务有多种定时限制，其中最典型的是事务截止期要求，即能控制事务的执行顺序。所以，需要根据截止期和紧迫度来标明事务的优先级，然后按优先级进行事务调度。另一方面，对于实时数据库事务，传统的可串行化并发控制不太适合实时事务处理特点，实时事务处理中允许&放松的可串行化&或&暂缓可串行化&并发控制。　　　　　　4. 数据存储与缓冲区管理　　传统的磁盘数据库的操作是受I/O限制的，其I/O的时间延迟及其不确定性对实时事务是难以接受的。因此，实时数据库中数据存储的一个主要问题就是如何消除这种延迟及其不确定性。这需要底层的&内存数据库&支持，因而内存缓冲区的管理就显得更为重要。管理目标是高优先级事务的执行不应受I/O操作问题而受到阻碍，并要解决以下问题：　　　　　　（1） 保证事务执行时，只存取&内存数据库&，即其所需数据均在内存；　　（2） 如何给事务及时分配所需缓冲区；　　（3） 必要时，如何让高优先级事务抢占低优先级事务的缓冲区。　　　　5．分布式支持　　　　力控实时数据库，即是实时的，又是分布式的。它负责整个应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理、与过程的双向数据通讯等任务，并支持各网络节点数据库基于网络服务程序的分布式网络应用。　　　　三、实时数据库的应用　　　　实时数据库无缝地集成了数据库与定时性，兼顾了常规数据库处理能力和实时处理技术需求；集成了实时数据库的监控组态软件，适应多种工程或过程及时间关键型的应用，在自动化建设、信息高速公路及信息产业的建设中有着广阔的应用前景。　　利用实时数据库可以完成以下应用： 　　　　1. 记录实时过程的历史数据，用于过程存档、历史数据查询、事故分析、系统建模等。　　　　2. 连接各种类型的自控设备，配以监控界面，实现自动监控。 　　　　3. 通过数据库网络通讯功能构建分布式应用系统。 　　　　4. 运行在控制系统的上位机中，在数据库上运行先进控制软件、优化控制软件和其它用户应用程序，在客户机上运行各种界面监控软件，实现可扩展的先进控制或优化控制的目标。 　　　　5. 连接多种控制系统和设备，实现车间级、分厂级及总厂级实时数据综合利用和管理。 　　　　6. 配合关系数据库管理系统，构建生产指挥调度系统及其它管控一体化系统。 　　　　7. 通过数据的Web功能，利用Internet/Intranet资源，在浏览器上访问生产过程数据。 　　　　8. 完全的开放功能，以实时数据库为平台进行再次开发。
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