（热能工程专业论文）实时数据库和工业以太网在电厂生产过程中的研究与应用.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 随着网络信息化的发展，发电企业已经注意到高科技的发展带来的成效。本论文就是在这样的前 提下，研究和探索了基于i n s q ls e r v e r 实时数据库与工业以太网结合在发电厂辅控网中的应用。组建 工业以太网网络平台，消除了自动化系统孤岛，为实现了数据共享提供了网络基础。以i n s o ls e r v e r 实时数据库作为辅控网的数据统一平台，为实现数据信息化提供了可行性基础。监控平台的设计( 包括 c s 和b s 两种模式) ，实现了各系统操作在网络计算机上重现，w e b 发布更有利于非运行人员了解现场 的生产状况。 论文首先提出了信息化辅控系统概念及研究应用情况，介绍了i n s o ls e r v e r 实时数据库和工业以 太网的关键技术。并从数据库平台建立、控制网络平台建立、监控平台建立三个方面详细阐述了论文研 究的主体。并研究了c + + 、v b a 、a s p 、a c t i v e x 控件以及i i s 等方面的技术在监控平台的设计过程中的 应用。 在论文的最后，作者对论文进行了总结，并提出了若干重要的修改意见。 关键词： 辅控网、数据库、实时数据库、工业以太网、监控平台、i n s o l 、i f i x 、w e b 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h et e c h n i c a ld e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n di n f o r m a t i o n ，t h ep o w e rp l a n th a sa l r e a d y p a i da t t e n t i o nt ot h eb e n e f i tt h r o u g hh i g h t e c h i nt h ep r e m i s eo ft h ec i r c u m s t a n c e ，t h i sp a p e r r e s e a r c h e st h ea p p l i c a t i o no fr e a l t i m ed a t a b a s ea n di n d u s t r i a le t h e r n e ti nt h ek n x i l i a r y i n f o r m a t i o na n dc o n t r o ln e t w o r ks y s t e m “i c n s ) t l en e t w o r kp l a t f o r mn o to n l yr e m o v e st h e i s o l a t e da n dd e t r a c t e da u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e m b u ta l s or e a l i z e sd a t as h a r e t h eb u i l d i n g o fu n i v e r s a ld a t ap l a t f o r mb a s e do ni n s q ls e r v e r c a na f f o r dt o om u c hd a t ai n f o r m a t i o n t h e p r o d u c t i o nc a nb eo p e r a t e do nt h en e t w o r kc o m p u t e r sb yd e s i g n e ds u p e r v i s o r yp l a t f o r m ，w h i c h a r ec sm o d ea n db sm o d e f o rn o n - o p e r a t o r , i ti sv e r yi 哪o r t a n tt ok n o wt h ei n s t a n c eo f p r o d u c t i o nt h r o u g hw e b f i r s t l y ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dan w l yc o n c e p to fa i c n s 。a n dd e s c r i b e si t sd e v e l o p m e n t t h ek e yt e c h n o l o g yo fi n s q ls e r v e rr e a l t i m ed a t a b a s ea n di n d u s t r i a ln e t w o r ki si n t r o d u c e d t h ec o n t e n ti n c l u d e sb u i l d i n go fd a t a b a s ep l a t f o r m n e t w o r kp l a t f o r ma n ds u p e r v i s o r yp l a t f o r l t h et e c h n o l o g yo fc + 十，v b a ，a s p ，a c t i v e xc o n t r o la n di i sa n ds oo nw a ss t u d i e d ，w h i c ha r e a p p l l e di np a p e r f i n a l l y 。t h ea u t h o rm a k e sas u m m a r i z a t i o n ，a n db r i n g sf o r w a r ds o m ei m p o r t a n ti d e a sa b o u t i m p r o v i n gd e s i g n m yw o r d s ： a u x i1i a r yi n f o r m a t i na n dc o n t r o ln e t w o r ks y s t e m ，d a t a b a s e ，r e a l t i m ed a t a b a s e ，i n d u s t r i a l e t h e r n e t ，s u p e r v i s o r yp l a t f o r m , i n s q l ，i f i x ，w e b 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：兰垂蔓生日期：型1 9 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 研究生签名：至垒缝导师签名：日期：彳，l 第一章绪论 1 1 论文选题背景 第一章绪论 随着电力体制改革的不断完善，发电企业正面临着日益激烈的市场竞争，因此如何优化生产与管理， 最大程度降低成本，实现企业效益的最大化，提高市场竞争力和应变力便成为发电集团的当务之急。这 就要求火电厂必须对各种企业资源建立完善的管理网络，使各个方面资源得到充分调配、平衡和控制， 最大限度地发挥它们的能力，实现企业生产资源与其它资源的管理一体化，实现生产现场的在线管理， 降低成本。另一方面，新技术不断涌现，如现场总线技术、信息技术、网络通讯技术，使得全厂的信息 和资源都能够共享。在这两方面因素推动下，加快火电厂信息化建设，高度重视企业现有软硬件资源的 整合，在整个电厂范围内实现信息共享，推动火电厂管控一体化发展已经成为工厂自动化和管理现代化 的必然趋势。 数据库技术和工业以太网交换技术的出现，促使电力生产进入了信息网络时代。自从上世纪6 0 年 代末期提出了关系数据库模型以来，到现在关系数据库在电厂管理系统的广泛应用，已经给我国的电厂 管理带来了显著的成效。由于现实世界中的数据并不是独立存在的，彼此之间的关系更是人们认识数据 的一个重要依据。因此，关系模型的提出实际上正是符合了现实世界中的数据的组织方式，也更利于人 们认识和理解数据库，并进一步利用数据库。厂级信息管理系统( m i s ) ，是关系数据库应用的一个典型 的代表，是一个具有高度复杂性、多元性和综合性的人机系统，它全面使用现代计算机技术、网络通讯 技术、数据库技术以及管理科学、运筹学、统计学、模型论和各种最优化技术，为经营管理和决策服务。 同时，关系数据库采用了多线程的体系结构，由于线程系统开销小，并且充分利用了c p u 的时间片，因 此大大提高了系统的可伸缩性。关系数据库维护了数据的绝对正确性，保证了系统的低代价，提供了友 好的用户界面。它对传统的商务和事物型应用是有效的、成功的。然而，它并不适合于实时工业生产过 程，关键在于它不考虑与数据与事务相联的定时限制，其系统的性能指标是吞吐量和平均响应时间，而 不是数据及事务相联的定时限制，调度与处理决策。随着电厂信息化时代的到来，每时每刻都有大量的 生产数据要存储和处理，这些数据值最大的特点是随时间而变化。关系数据库由于其自身的特点，不能 很好地使用于工业现场，这就要求基于实时的数据库系统的出现。 实时数据库系统是管理有时间限制的数据和有时间限制的事务，整个系统的正确性不仅依赖于逻辑 结果，而且还依赖于逻辑结果产生的时间。它存储的数据的最大的特点( 1 ) 数据和时间关系密切，实 时数据库中的数据是对其所服务的“现实世界”中对象状态的描述，对象状态发生变化则引起数据库中 相应数据值的变化。( 2 ) 实时事务的定时限制性，对实时数据库中的数据而言，其产生的时间与其本身 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”。 基于以上的特点，实时数据库恰好满足了过程监控层的实时性要求，从而给电厂生产过程提供了很好的 信息化平台。 i 网络技术是信息化平台的基础，过去由于受到设备智能化技术和专用网络的开放性差等因素的制约，使 得网络只能局部引入到实际生产过程中，导致各个生产过程自成体，运行和检修人员倍增，不利于集中管 理。现在，工业交换以太网技术的出现，使得不同的控制系统进行数据交换成为可能，世界著名的p l c 、d c s 厂家纷纷投入了大量的人力和物力进行以太网技术的研究。这样，各个独立的系统可以被连接起来，组成一 个可靠的网络系统，即达到了数据交换和采集，又起n y 减员增效，提高了电厂的生产效率。所以，实时数 东南大学硕士学位论文 据库技术和工业以太网交换技术的出现和发展，大大促进了电厂的网络信息化，一场电力信息革命即将到来。 由此可见，建立基于实时数据库和工业以太网的辅控网络系统，对电厂的生产数据网络信息化有重 要的意义，本文所研究的实时数据库和工业以太网在发电厂的应用正是对辅控网中各个设备生产数据网 络信息化的一个很好探索。 1 2 实时数据库和工业以太网在国内外火电厂生产过程现状及发展趋势 火电厂单元机组的自动化水平，无论国外和国内，都是比较高的。当前，国际上电力市场的竞争愈 演愈烈t 市场的变革迫使火电厂毖须最大限度地挖掘生产装置的潜力，提高效率，减少人员，降低成本。 国家法律对环保日益严格的要求，并采取相应的经济调控手段，也将迫使电厂采取对策。在我国，随着 改革的深入。电力市场正在逐步发展和完善，国内的火电厂正蕴动着与国外类似的需求。 1 2 1 系统概念的提出嘲咖脚 实时数据库目前在我国已经逐步开始使用，目前比较流行的厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，s i s ) 就是以实时数据库为数据平台，完成电厂的实时数据采集和信息管理，是实 时数据库应用的一个好的实例。在电厂的辅控系统中，由于其设备比较多，物理位置也比较分散，例如， 有的生产设备安装地点必须建造在厂区以外，如果直接布s i s 网和数据采集比较困难，可靠性也很差， 这就有必要为辅控系统专门建立一个实时数据库平台，完成辅控系统的控制和信息要求，也方便为s i s 、 m i s 等上层网络提供实时数据，又可以自成体系，实现两个信息网络的冗余，大大提高了网络信息化的 可靠性。 辅助网络信息控制系统( a u x i l i a r yi n f o r m a t i o na n dc o n t r o ln e t w o r ks y s t e m ，a i c n s ) ，是以实时数据 库和工业控制网络为基础，把辅控车间的所有子系统集成到统一的网络平台中，再通过实时数据库采集 所有的生产数据，以达到生产数据信息共享的目的，这也是我国电厂辅控网发展一个主要方向。图1 1 给出辅控系统的结构。 南由南 图1 1 辅助网络信息控制系统 现在大多数d c s 厂家将其数据实时采集和存储部分以及一些性能计算与机组运行优化已向s i s 方面 - 2 第一章绪论 扩展，这也是新一代d c s 的发展方向之一。与新一代o c s 的发展相似，对于辅控网而言，在其原先的 p c s 基础之上进行网络化，再增加数据库使辅控生产数据有了一个统一的数据存储平台，结构上依然采 取c s 和b s 相结合的形式。功能上，如果有可能再加上性能优化，w e b 发布等部分。这样更有利于在 全厂实行真正的数据统一平台，优化生产平台将更加容易和有意义。与s i s 不同之处，它的实时性更强， 由于包含在p c s 之中，允许与生产现场进行双向通信。 1 2 2 实时数据库发展历史与现状 自从1 9 8 8 年在国外提出实时数据库这一概念以来，出现了许多研究群体，当然也出现了大批有关 实时数据库方面的论文和原型系统。到目前为止，也开发出许多实时数据库系统，如o s i 公司的p l a n t i n f o r m a t i o ns y s t e m 、w o n d e r w a r e 公司的i n d u s t r i a l s q ls e r v e r 、h o n e y w e l l 公司的p r o c e s sh i s t o r y d a t a b a s e 等，随着电力信息化网络的深入，实时数据库将有不可估量的市场潜力。所以，国内许多大 的公司也已经开始投入研究和开发实时数据库系统。 1 2 3 工业以太网发展历史与现状 在目前的生产过程控制系统中，p l c 、i ) c s 等系统的专用遥信冗余网络一直是比较难解决的问题， 包括硬件方面的通信网络模块的设计和冗余软件的开发。一旦通信模块出现故障，通信就会处于瘫痪状 态。因此，随着工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，通信技术则成为关键，用户 对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，i n t r a n e t i n t e r n e t 等信息技术的飞速发展，要 求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，但目前的现场 总线尚不能满足这些要求。应该说，现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种 现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能相互实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的 鸿沟导致出现“自动化孤岛”等，促使人们开始寻求新的出路，并关注到以太网。目前世界上已有一些 国际组织从事推动以太网进入控制领域的工作，如i e e e ( 美国电气和电子工程师协会) 正在着手制订现 场总线和以太网通信的新标准，该标准将使网络能看到“对象”。i a o n o ( i 业自动化开放网络联盟) 最 近与o d v a 和i d a 集团就共同推进e t h e r n e t 和t c p i p 达成共识。o d v a ( d e v i c e n e t 供应商协会) 于2 0 0 0 年3 月1 7 日发布了一个在工厂基层使用以太网服务的工业标准。f f ( 现场总线基金会) 于2 0 0 0 年3 月 2 9 日公布了高速以太网( 1 0 0 m b s ) 的最终技术规范( f s l l o ) 。工业以太网协会与美国的a r c 、a d v i s o r y g r o u p 等单位合作，开展工业以太网关键技术的研究。目前1 0 0 0 m b s 以太网的发展已进入实用阶段， 虽然其价格还比较昂贵。由以上分析可知，以太网进入工业控制领域是一个不可忽视的发展趋势。 1 3 论文研究的主要内容 对于电厂辅助车间的生产控制过程，国外已有通过网络集中到一个控制室进行集中控制的作法。然 而，在国内大多数电厂采用适度集中控制的方案，例如全厂形成煤、灰、水3 个网络，在各个网络的辅 助车间控制室内控制设备运行。本文研究如何把这三个网络一体化的过程以及数据共享的方法，通过以 下三方面来研究电厂辅控设备的网络信息化发展。 - 3 东南大学硕士学位论文 1 3 1 实时数据库在电厂辅控网中的应用 实时数据库是数据和事务都有定时特性或显示的定时限制的数据库，它的本质特征就是定时限制。 实时数据库子系统是监控与数据采集( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ，s c a d a ) 系统的核心 之一。实时数据库子系统设计包含实时数据库结构设计和实时数据库管理程序设计两部分组成，实时数 据库结构设计主要根据s c a d a 系统的特点和要求设计实时数据库的结构。管理程序负责实时数据库的产 生，根据现场修改内容，处理其它任务对实时数据库的实时请求以及报警和辅助遥控操作等对外界环境 的响应。 本论文所研究广东惠来电厂的辅控网中各设备的生产信息数据集成是基于w o n d e r w a r e 公司的 i n d u s t r i m s q l 实时数据库平台，采集辅控车间内生产设备的实时信息，其中设备的实时生产信息数据 包括辅助车间内各个程控系统所控制的生产装置。主要以实现辅控网数据库平台、高质量的报表系统和 提供高层网络的通信为例，说明i n d u s t r i a l s q l 数据库的建库过程和如何通过其提供的各种通信接口技 术完成不同厂家的实时数据采集工作，以及实现生产装置信息集成的各种模式和方法。 1 3 2 工业冗余以太网交换技术在电厂辅控网中的应用 在电力生产过程控制系统中，以太网成为工业网络发展的主要方向，由于( 1 ) 以太网高速度和开放 标准；( 2 ) 运用了交互式和开放的数据存取技术；( 3 ) 低成本的刺激和速度的提高；( 4 ) 现代企业对实 时生产信息越来越多的要求；( 5 ) 当然还有大多数工业领域的著名厂家的支持，使得工业以太网得到迅 速的发展。以太网标准通信协议所具有的独特优势，使其能将物理上分散的生产装置，以及办公网络很 轻松的连接在一起，从而使得对过程控制和生产数据不只限于现场级的访问和控制，还可以将它们无缝 集成到更高一级的数据采集和远程控制系统中，实现系统的“垂鸯集成”。工业以太网与商用以太网同 样采用i e e e s 0 2 3 标准，但与商用以太网相比，工业网络设备要求具有高可靠性，电磁兼容性好，工作 温度范围要宽，抗震和防冲击能力强，在现场易于安装等优点。由于对通信的可靠性需求，一般的电力 系统控制网络要求做到设备和线路冗余。 因此，从通信的实时性、可靠性和确定性出发，辅控网络拓扑结构一般采用冗余的星型拓扑结构“1 ， 两台网络中心主交换机与水、煤、灰的二级交换机用光纤连接，构成l o o m b p s 快速以太网主干。p l c 冗 余通讯模块分别连接到各自系统的交换机上，实现了网络设备冗余。中心主交换机布置在集中控制室内， 各子系统的交换机、p l c 柜及远程i o 布置在各车间内。在集控中心设置操作员工作站，作为辅控网的 人机接口计算机，实现对辅助系统的集中监控，并配置了高性能的实时数据库冗余服务器，完成辅控信 息化。同时通过主交换机与电厂s i s 、公网d c s 系统相连，为这些高层系统提供辅控系统的参数信息 实现控制系统网络化和工艺过程信息化。 1 3 3 工业组态软件功能扩展技术在电厂辅控生产过程中的应用 工业组态软件i f i x 在生产过程中的运用相当广泛，本课题即将研究如何对其某些功能进行进一步开 发，包括运行数据的实时通信方法，如何通过o d b c 、o l e 、d d e 、a d o 等高级编程接口在线和离线访问 i f i x 的s c a d a 系统，以及与第三方软件的通信等问题，进一步深入研究v b a 编程、a c t i v e x 控件、o p c 编程配置等方面的技术在监控平台的设计过程中的应用。 4 第二章i n s q ls e r v e r 实时数据库关键技术介绍 第二章in s o l s e r v e r 实时数据库关键技术介绍 2 1 1i n s o ls e r v e r 与峪s q ls e r v e r 关系 i n d u s t r i a l s q ls e r v e r ( i n s q ls e r v e r ) 是w o n d e r w a r e 公司用于储存工厂和过程数据、开放的，实 时型关系数据库管理系统。它以商分辨率采集并存储过程数据，并把实时和历史数据与配置、事件、统 计及相关生产数据集成在一起提供给客户端。i n s q ls e r v e r 把m i c r o s o f ts o ls e r v e r ( m s s q ls e r v e r ) 的开放性、灵活性等强大功能与一个实时的高速数据采集系统和高效的数据压缩算法集成在一起。以 m s s q ls e r v e r 作为后台服务器和前台客户程序的标准接口，从而保证了以往工业软件所没有的开放性和 灵活性，使得办公室和工业现场真正地j 耋接在一起。 m s s q ls e r v e r 是一个基于l a n 或w a n 环境的关系型数据库管理系统( r e l a t i o n a ln a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t t e m ，p d ) b m s ) 。r d b i l s 是一种在离散而又相关的表中存储信息的方法，在多个表中存储 和访问信息的方式要比将所有信息存储在一个单独的分层数据表的方式快得多。m s s q ls e r v e r 具有一 系列的集成管理工具，为了提高易用性，这些工具充分利用了w i n d o w sn t 的图形界面。m s s q l 还集成 了w i n d o w sn t 的性能监视器( p e r f o r m a n c e m o n i t o r ) 、事件记录( e v e n tl o g ) 、事件查看器( e v e n t v i e w e r ) 用来监控网络中的所有服务器。 m s s q ls e r v e r 作为i n s o ls e r v e r 的数据仓库，在保证数据的正确性、一致性和安全性的前提下处 理用户的数据访问请求。它包括先进的数据库功能，例如自动数据恢复，动态备份以及用于保证信息传 输可靠性和一致性的容错能力。i n s q ls e r v e r 内嵌了一个m s s o ls e r v e r ，并且平衡了所有的功能，用来 在正常的关系型数据库环境中存储大容量的工厂数据。 m s s q ls e r v e 是为在大容量的在线事务处理( o n _ l i n et r a n s a c t i o np r o c e s s i n g ，0 l t p ) 环境中处 理重要任务数据而产生的，但它也能够处理较少的报告和可执行系统信息。r s s q ls e r v e r 是以开放应 用编程接口为基础，是第一个充分利用w i n d o w sn t 环境，对称多处理结构的数据库管理系统。它包括 了一些先进的数据库功能，例如，自动数据恢复、动态备份以及用于保证信息传输可靠性和一致性的容 错能力。 作为数据库服务器，i n s q ls e r v e r 是m s s q ls e r v e r 的扩展，数据获取的速度有了大幅度的提高， 而存储容量却相应降低，并对用于事件序列的数据查询的结构化查询语言进行了很好的扩充。 2 1 2 螨s q ls e r v e r 部件介绍1 匐 安装r s s o ls e r v e r 的同时也安装了其它管理工具，如s o ls e r v e re n t e r p r i s em a n a g e r ，使用这些 工具可以启动和停止内嵌的m s s q ls e r v e r 并管理运行数据库( r u n t i m ed a t a b a s e ) ，包括配置安全属性 和执行数据库备份。 数据库管理员可以使用e n t e r p r i s em a n a g e r 来处理以下事务： ( 1 ) 登录服务器 孓 东南大学硕士学位论文 ( 2 ) 备份管理 ( 3 ) 数据库管理 “) 设备管理 ( 5 ) 登录和权限管理 ( 6 ) 复制管理 ( 7 ) 表、视图、存储过程、触发器、索引，规则、缺省和用户定义数据管理 ( 8 ) 计划任务 ( 9 ) 在一个服务器或多个服务器之间拖放各种对象 ( 1 0 ) 建立s q l 脚本 这个工具主要用来对注册服务器、备份管理、数据库管理、设备管理、登录和权限管理、复制管 理、表、视图、存储过程、触发器、索引、规则等进行管理，任务调度，产生s q l 脚本，以及服务器之 问的拖放等功能。 2 1 2 3 基于网络的玛s 札s e r v e r 工作模式 ( 1 ) c s 模式：两层结构，基于c s 模式的网络数据库在客户机上要安装专门的应用程序来操作后台 数据库服务器中的数据，前端应用程序可以完成计算和接收处理数据的工作，后台数据库服务器主要完 成数据的管理工作。优点是速度快，功能完备。 ( 2 ) a s 模式：三层结构，客户机只需要安装浏览器软件，中间层的w e b 服务器，如m i c r o s o f t 公司 的i i s 等是连接前端客户机和后台数据库服务器的桥梁，主要的数据计算和应用都在此完成。后台数据 库服务器完成数据的管理。 2 2i n s q ls e r v e r 原理与架构嘲删 图2 1i n s q l 采集原理与结构 6 第二章i n s q ls e r v e f 实时数据库关键技术介绍 首先，i n s q ls e r v e r 内置t m s s q ls e r v e r ，客户应用程序可以用o l e _ d b 通过m s s q ls e r v e r 来访问 存储在i n s o ls e r v e r 的实时和历史数据。而且，它直接使用m s s q ls e r v e r 来存放配置、事件、概要等 非实时数据：进行数据库登录、用户组、数据库访问权限等的管理以及和商用数据库系统的互连等。i n s q l 采集原理与结构如图2 1 所示。 2 2 1 技术特点 i n s q ls e r v e r 是目前功能强大，性能卓越的实时关系型数据库。它完美地解决了关系型数据库在 存储和管理工厂环境下快速产生的大量的实时数据时遇到的问题。它和m s s q ls e r v e r 的完美结合，既能 高效获取和处理实时数据，又具有l l s s q ls e r v e r 强大的数据库管理功能。它主要具有以下技术要点： ( 1 ) 它直接从大量的w o n d e r w a r ei os e r v e r 中获取数据。用w o n d e r w a r ei o s e r v e r 可以连结大量 的数据源，使得i n s q ls e r v e r 可以直接存储来自于各种不同设备的数据。它的存储速度要比传统关系型 数据库快1 0 0 倍以上。 ( 2 ) 由于需要存储工业现场快速产生的大量数据，i n s q ls e r v e r 采用了高效的实时压缩算法，使 i n s q ls e r v e r 只用较小的存储空间就可以存储大量的数据，它所需要的存储空间只是传统关系型数据库 管理系统所需要的存储空间的2 。 ( 3 ) t r a n s a c t s o l 语言虽然功能强大，但是它并不适合处理连续产生的大量数据。i n s q ls e r v e r 扩 展了内置的m s s q l s e r v e r 所使用的t r a n s a c t s q l 语言。使它具备了查询连续的大容量数据的能力，它支 持数据“分辨率”并能连续查询，并内置了众多的时间域函数。满足了工业上需要查询和处理历史和实 时数据的要求。 ( 4 ) i n s q ls e r v e r 具有强大、灵活的事件系统。使用i n s q ls e r v e r 灵活的事件定义功能，可以定 义复杂的事件。而且，还可以定义事件响应动作，当所定义的事件发生时，系统会自动执行相应的动作。 使得用户可以对特殊事件进行特殊处理。利用i n s q ls e r v e r 的事件功能，还可以实现“概要”数据的自 动计算。 ( 5 ) i n s q ls e r v e r 内置了l i s s q ls e r v e r 。使它具有和惦s q ls e r v e r 同样功能强大的数据库管理功能。 i n s q ls e r v e r 的配置信息都存放在惦s q ls e r v e r 中，数据库的管理功能由m s s q ls e r v e r 实现，所有的实 时和历史数据都可以通i ：虫d s s q ls e r v e r 查询得到。 ( 6 ) c s 结构，i n s q ls e r v e r 采用了c s 结构，保证了数据的完整性和安全性，并使客户桌面程序访 问服务器数据更加方便、灵活。为客户程序提供了一个访问工厂数据的统一接口。通过i n s q ls e r v e r ， 客户程序可以访问工厂的实时历史数据，配置信息、统计数据、生产数据等所有信息。并且，由于i n s q l s e r v e r 采用t r a n s a c t s q l 语言作为查询语言，使工厂中各个部分的数据具有了广泛的开放性和灵活性， 我们可以用统一的t r a n s a c t - s q l 语言来访问工厂中所有的信息。 2 2 2 主要功能 由以上技术实现的i n s q ls e r v e r 功能强大，它真正满足当前工业现场对实时数据库的要求。它的 强大的功能主要体现在以下几个方面： 东南大学硕士学位论文 2 2 2 1 数据采集 i n s q ls e r v e r 支持w o n d e r w a r e 的d d e 、f a s t d d e 以及s u i t e l i n k 协议，它直接从黼e r w a r e 及第三方 厂商提供的超过7 5 0 种i os e r v e r 中直接读取数据，保证了i n s q ls e r v e r 可以从几乎所有的控制设备中 采集数据。而且，i n s q ls e r v e r 的独特设计使它能够快速采集模拟量和开关量。 2 2 2 2 数据结构 i n s q ls e r v e r 自动建立两个数据库。其中一个g q h o l d i n g ，它用来临时存放输入到i n s q ls e r v e r 的 数据。另一个叫r u n t i m e ，它结合了通常结构的s q l 数据表和一些叫扩展表的特殊数据表，这些特殊的表 在o l ed b 中叫作远程表，客户程序可以通过o l ed b 来访问存放在这些表中的数据。 在r u n t i m e 数据库中，通常结构的s q l 数据表具有以下特性： ( 1 ) 存放配置、事件、小结、字符串历史以及相关的生产数据。 ( 2 ) 数据存放在硬盘上由i i s s 让s e r v e r 建立的数据设备或文件中。 ( 3 ) 完全支持m i c r o s o f t 的t r a n s a c t - s q l 语言。 r u n t i m e 数据库中的特殊数据表具有以下特性： ( 1 ) 存放历史和实时工厂数据。 ( 2 ) 数据存放在硬盘上的历史数据块( 文件) 中。 ( 3 ) 完全支持数据查询，包括i n s q l 扩展。 ( 4 ) 支持m i c r o s o f tt r a n s a c t - s q l 语言。 ( 5 ) 以不同的方式存放历史数据，可以更方便的查询。 在r u n t i m e 数据库中，i n s q ls e r v e r 还提供了众多的数据视图和存储过程，使客户程序可以更好 地访问数据。 2 2 。2 3 数据存储 i n s q ls e r v e r 自动存储事件和来自i os e r v e r 的模拟量、开关量、字符串等数据。其它类型的数 据存放在“客户化”表中。i n s o j ls e r v e r 有两种数据存储方法：周期性存储和突发性存储。周期性存储 以一个固定的时间间隔存储数据，保证了数据的准确性和完整性。突发性存储是当数据发生变化时， i n s q ls e r v e r 才存储。用户可以为每一个突发性存储的数据设定数值和时问死区。模拟量既可以周期性 存储，也可以突发性存储，开关量只能配置为突发性存储。 ( 1 ) 存储区域 字符串、小结和事件数据存放在s o ls e r v e r 表中，高速采集的大量模拟量和开关量数据存放在叫 “历史块”的数据文件中。模拟量、开关量、字符串变量的当前值存放在内存映像中。i n s q ls e r v e r 实时压缩采集到的数据，只需要s q ls e r v e r 的2 的空间来存储相同数量的数据。i n s q ls e r v e r 用来存储 历史数据的“历史块”文件存放在以下四个存储区域之一： 1 ) 历史数据主要存放在c i r c u l a r 区域，当c i r c u l a r 区域满了以后，最先存入的数据会按照“先进 先出”的原则自动移到a l t e r n a t e 区域。c i r c u l a r 区域中的数据也可以自动备份到其它存储设各中。 2 ) 当c i r c u l a r 区域存满以后，数据会自动移到a l t e r n a t e 区域，当a l t e r n a t e 区域存满以后。 8 第二章i n s q ls e 件盯实时数据库关键技术介绍 a l t e r n a t e 区域中最老的数据就被自动删除。 3 ) 不能被覆盖的重要数据可以保存在p e r m a n e n t 区域中，p e r m a n e n t 存储区域通常是一个“只写 一次”的存储设备。比如“们跚( 写一次读多次) ”驱动器。 4 ) b u f f e r 用来临时存放数据，比如从备份中恢复数据的时候i n s q ls e r v e r 可以从以上四个存储区 域读取数。 ( 2 ) 配置数据 配置数据存放在r u n t i m e 数据库的配置表中，这些表的数据既可以从i n t o u c h 的配置文件中直接导 入，保护i n t o u c h 的工程投资。也可以在i n s q ls e r v e r 中手工输入。在工厂运行期间，配置信息经常会 发生变化，i n s o ls e r v e r 保存了整个配置信息的修改历史，保证了工厂数据的对应性和完整性。 ( 3 ) 生产数据 i n s q ls e r v e r 无缝连结了历史实时数据和配置、事件，小结、统计数据。使生产信息和工厂数据 集成在一起。生产数据的产生依赖于工厂和过程的运行情况，保存在i n s o ls e r v e r 中的生产数据可以包 括换班数据、维护数据，批处理数据、资源消耗数据，质量数据、计划数据等。生产数据可以存放在用 户自定义的数据表中。由于i n s o j s e r v e r 完整地存储了生产数据，使一个工厂的商业数据真正和工厂过 程数据紧密结合在一起。我们可以很方便的找出工厂、员工、成本之间的内在联系。 而且，越来越多的第三方解决方案已经实现了适用于各行各业的数据分析手段。 “) 数据查询 对客户程序来说，i n s q ls e r v e r 就和m s s q ls e r v e r 一样。i n s q ls e r v e r 接受来自客户程序的 t r a n s a c t s o l 查询，然后在数据库中找到所需的数据，再返回给客户程序。如果客户程序支持o l e 客户程序的数据请求由i n s q lo l e _ d b 提供者处理。i n s o ls e r v e r 用扩展的t r a n s a c t - s o l 语言来查询存放 在扩展( 远程) 表中的历史和实时数据，i n s q l 支持时间域的功能包括： 1 ) 周期性和突发性的数据查询。通过周期性查询，客户程序可以得到每个设定的固定时间间隔的 数据。通过突发性查询，可以得到每一次变化的数据。 2 ) 对实时数据的连续查询。i n s q ls e r v e r 可以自动地返回不断变化的实时数据。s o ls e r v e r 数据 表和扩展( 远程) 数据表的结合使客户程序具有查询各种各样数据的强大功能，由于i n s q ls e r v e r 是一个 实时关系型数据库，它可以有效地连结来自于各种不同数据表的数据。 ( 5 ) 事件系统 一个电厂中存在着设备启动和关闭，运行人员换班、批处理事件，操作员的动作等各种各样的事 件。i n s q ls e r v e r 能检测并纪录这些事件，并采取相应的动作。i n s o ls e r v e r 可以定义这些事件及对应 于每个事件的响应动作。例如：检测到一个控制过程的完成可以触发报表的建立；检测到班次的轮换可 以触发w e b 网页的自动更新；检测到故障的发生可以触发系统自动给维护人员发送一个电子邮件等等。 i n s o ls e r v e r 根据历史数据来检测事件的发生，并执行定义好得动作。通过事件系统，还可以自动计算 小结数据。 ( 6 ) 安全性 i n s q ls e r v e r 利用m s s q ls e r v e r 功能强大的安全系统来保障存放在数据库中的数据的安全。每一 个数据库用户必须在服务器上拥有一个帐号，一个用户帐号由用户名和登录标志组成。用户可以进行的 操作由定义在用户帐号中的信息决定，系统用这些信息来判断用户访问数据库的权限，包括： 1 ) 谁可以登陆到数据库服务器。 东南大学硕士学位论文 2 ) 用户可以使用哪些管理功能。 3 ) 用户可以访问哪些数据库、数据对象、数据。 4 ) 谁可以改变数据库中的数据。 5 ) 谁被授权使用特定的t r a n s a c t - s q l 参数、视图、存储过程。 ( 7 ) 备份和存盘 i n s q ls e r v e r 监视并存储历史数据的存盘，包括已存盘历史数据的位置。w i n d o w sn t 2 0 0 0 的备份 工具可以用来存盘和恢复这些数据。也可以使用“x p _ d i s k c o p y ”备份历史数据块。m s s q ls e r v e r e n t e r p r i s em a n a g e r 用来备份数据库。 ( 8 ) 系统监视与诊断 i n s q ls e r v e r 用一个系统监视驱动程序“s y s d r v e x e ”来监视整个i n s q ls e r v e r 的运行状况。这 个驱动程序支持远程监视i n s q l s e r v e r 的当前和历史运行状态，并能提醒用户系统产生的问题。重要数 据( 如数据吞吐量、出错信息、用户连接数目、剩余磁盘空间等) 和系统事件变量都通过系统监视驱动程 序采集，并和设备数据同样的方式存放。系统监视驱动程序和w i n d o w sn t 2 0 0 0 管理工具( 包括事件查 看器、性能监视器、远程访问管理和w i n d o w sn t 诊断程序) 一起组成i n s q ls e r v e r 的监视和诊断系统。 监视系统处于整个系统的晟上层，确保系统从下到上的每一层都正确运行。 ( 9 ) 和i n t o u c h 的集成 i n s o ls e r v e r 是整个w o n d e r w a e ef a c t o r y s u i t e 软件包的核心，它和i n t o u c h 紧密集成在一起。i n s o l s e r v e r 可以直接从i n t o u c h 的配置文件导入数据，自动配置。保护了用户在i n t o u c h 上的工程投资，大 大缩短了开发时间。i n t o u c h 可以把i n s q ls e r v e r 作为历史数据库，从i n s q ls e r v e r 中读取历史数据显 示在i n t o u c h 的画面中。i n s q ls e r v e r 还提供了功能强大的a c t i v e x 控件，可以直接嵌) k l n t o u c h 的画面， 从而使i n t o u c h 成为i n s q ls e r v e r 功能强大的客户程序。 ( 1 0 ) 和其它咖i 软件的集成 i n s q ls e r v e r 直接从i 0 s e r v e r 中读取数据， 它直接支持d d e f a s t d d e 、s u i