实时数据库

 

 

           实时数据库在企业信息化的作用　　

           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，以便快速地做出更为灵活的商业决策，是企业信息化建设的关键，在企业MES所关注的各项资源中，生产过程信息依然是重要的资源，如果不能解决生产过程信息实时有效上传的问题，将仍然无法充分利用和保障MES及ERP管理系统的投资。

　　企业MES核心是实时历史数据库，实时数据库可用于工厂过程的自动采集、存储和监视，可在线存储每个工艺过程点的多年数据，可以提供清晰、精确的操作情况画面，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况，可以说，实时数据库对于流程工厂来说就如同飞机上的“黑匣子”。

　　工厂的历史数据对公司来说是很有价值的，实时数据库的核心就是数据档案管理，它采集并存储与流程相关的上千点的数据，多年应用历史数据库管理的经验告诉我们，现在很难知道将来进行分析时哪些数据是必须的。因此，保存所有的数据是防止丢失所需信息的最好方法。此外，要改进产品，必须具备与之相关物料的信息，并了解当前和过去的操作状态。实时数据库采集、存储流程信息，用来指导工艺改进、降低物料、增加产量。

　　实时数据库为最终用户提供了快捷、高效的工厂信息，由于工厂实时数据存放在统一的数据库中，工厂中的所有人，无论在什么地方都可看到和分析相同的信息，客户端的应用程序可使用户很容易对工厂级实施管理，诸如工艺改进、质量控制、故障预防维护等。通过实时数据库可集成产品计划、维护管理、专家系统、化验室信息系统、模拟与优化等应用程序，在业务管理和实时生产之间起到桥梁作用。

　　北京三维力控推出的pSpaceTM就是这样一个极具竞争力的软件产品，pSpaceTM作为企业级实时历史数据库，通过极高速度的数据采集、大量历史数据存储和大量实时过程数据的发布，实现企业信息集成的基础平台，它为企业实现底层监控、信息集成提供了全方位的软件解决方案。

　　pSpace可以构成一个复杂的企业信息化系统，企业信息化系统是采用了实时历史数据库技术的计算机系统，该系统不仅仅是一组对数据进行处理的软件，也不只是一个数据库。一个实时历史数据库系统是一个实际可运行的，按照数据方式存储、维护和向应用程序提供数据或信息支持的系统，它是存储介质、处理对象和管理系统的集合体，由数据库、硬件、软件几部分组成，pSpace是企业信息化的核心处理软件平台。

　　pSpace 企业级实时历史数据库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，可实现历史数据的大量存储，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。

　　pSpace实时历史数据库能完成来自DCS、FCS和其它控制系统的实时数据的采集、存储、压缩，实时数据和历史数据的检索、统计、分析、建模，并进行曲线、图表显示，实现了流程工业中典型的应用功能，如工艺流程图展现、历史曲线分析、历史报警分析、EXCEL报表插件等，能为其他管理软件提供高效的数据接口，将连续存储的历史数据与这些管理软件进行双向通讯，pSpace是一个具有标准接口的、可二次开发的平台。

　　实时数据库结构：

　　一个实时数据库系统的优劣，主要体现在它提供的功能是否齐备，系统性能是否优越，能否完成有效的数据存取，各种数据操作、查询处理、存取方法、完整性检查，保证相关的事务管理，事务的概念、调度与并发控制、执行管理及存取控制，安全性检验。

　　以下是力控的系统结构图系统组成：由采集站DA、数据服务器、 WEB服务器、客户端组成，同时和关系数据库进行有效的数据交换，DCS的数据经过DA进行采集，由DA SERVER送到数据服务器，数据服务器再有效的送给其它客户端。

　　pSpace实时数据库服务器主要由以下几部分构成：

　　pSpace Server：

　　负责整个pSpaceTM应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、数据服务请求、事件触发器管理、调度管理、资源管理、系统配置等。

　　pSpace Data Service：

　　为第三方厂家的软件访问pSpaceTM Server时提供数据服务功能，包括：OPC Server、DDE Server、ODBC Router、Base API接口等

　　pSpace COM SDK：

　　COM SDK为用户开发基于pSpaceTM Server的应用程序提供基于COM对象的编程接口。

　　pSpace Visual ActiveX：

　　是一组开放的控件，如：数据控件、文本控件、棒图控件、趋势控件等，控件可以直接访问实时数据库和关系数据库的数据。

　　pSpace DA Server数据采集器：

　　pSpaceTM DA server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的Web服务器

　　使用IIS作为Web管理服务器，用图形客户端生成Web网页；

　　使用pSpace Visual ActiveX自行创建Web服务器和Web网页；

　　使用pSpace Webserver，用图形客户端生成Web网页；

　　pSpace 客户端

　　监控组态软件：力控Forcecontrol系列；

　　Microsoft Excel：采用标准EXCEL加载宏方式通过网络访问数据库；

　　“瘦”客户端：Microsoft Internet Explorer 5.0或以上版本的浏览器；

　　Visual ActiveX：pSpace可视化控件工具包是为建立客户端连接而提供的客户端产品；它包括一组ActiveX控件，如：数据控件、文本控件、棒图控件、趋势控件等；

　　二次开发工具及访问接口

　　标准访问接口供客户端程序调用或第三方软件访问使用，因此接口的完整性、开放性决定实时数据库二次开发的性能的优劣，pSpace访问接口及开发工具主要包括以下几种：

　　1）DBI API

　　DBI是一套实时数据库访问接口，给用户提供底层编程接口，通过它可以与客户端连接，对数据库进行数据读写，满足继线重连功能，可以获取数据库结构信息，动态控制变化数据集，DBI接口采用了快速数据访问机制，数据访问吞吐量可达到11万次/秒，可以适合过程仿真、优化控制、专家诊断等多种行业应用。

　　2）COM SDK

　　SDK是为用户开发基于pSpaceTM Server的应用程序提供基于COM对象的编程接口，用COM SDK编写的一个实例可以同时连接多个Server，也可以用COM SDK同时建立多个实例，提供面向对象的类库供用户开发应用程序，用户使用该工具编程可以提高开发效率，该工具可以在VC++，VB，VBScript，.net等开发环境下使用。

　　3）OLE DB Provider

　　应用程序提供pSpace Server数据库的ADO访问接口。

　　4）DAI SDK

　　pSpace的数据源采集接口的开放工具，DAI采集接口软件都可以单独运行在一台网络结点机，并可在远程对其进行配置与监控，具备以下功能：

　　DAI 可以直接利用原有的力控组态软件的驱动程序；

　　DAI 具备断线缓存功能；另外DAInterface还要增加几个接口；

　　DAI 支持XML、CSV文件接口，可采集离线数据源。

　　实时数据库性能指标：

　　从实时数据库运行环境来看，实时数据库系统的除了自身的软件性能外，还取决于所使用的操作系统、硬件环境等。

　　单台服务器容量可达12,0000点以上；

　　历史数据库支持unix linux windows等64位操作系统；

　　完整的事件记录系统，所有操作员的动作均被检查并记录，可作为跟踪依据；

　　功能强大的压缩算法：按高压缩格式保存数据,采用死区和变化率压缩，压缩比为1:30；

　　支持优化旋转门算法对历史数据进行压缩；

　　专用的磁盘存贮算法来保证对长年形成的海量历史数据的快速查询；

　　支持的浮点型、布尔型、字符串型、等常见数据类型及“任意”类型；

　　数据库吞吐量支持每秒写入/查询20,000个数据点；

　　支持历史数据库在线备份，多服务器并发处理；

　　支持数据库冗余；

　　IO数据采集断线重连：通讯故障能够自动恢复，I/O时间同步；自动补偿 PC 时钟偏差。

　　构建企业信息门户

　　力控pSpace可以为企业在创建基于Internet/Intranet的网络信息门户时提供完整的软件解决方案，同时支持PDA掌上终端访问力控的WEB服务器。

　　对pSpaceTM Server的数据进行Web管理有以下几种方式：

　　使用IIS作为Web管理服务器，将通用流程画面转换为Web网页，整个系统与WIN系统无缝集成，基于WEB组态的工具控件包通过相应的检索便可以进行查询，能够直接生成WEB页面；

　　使用组态软件创建Web服务器和Web网页然后发布；

　　用户使用pSpaceTM Visual ActiveX自行创建Web服务器和Web网页；

　　用户可以使用自己熟悉的网站开发工具如：FrontPage、Dreamweaver、ASP等创建主页，设立网站，并在网页中嵌入pSpace Visual ActiveX中的控件建立pSpaceTM Server的数据显示。

　　特点如下：

　　Web页面与过程画面的高度同步

　　pSpace Web Server实现了服务器端与客户端画面的高度同步, 在浏览器上可以同时浏览多个过程画面, 看到的图形界面与通用组态软件生成的过程画面效果完全相同，数据采用变化传输的方式，具有更快的运行与数据更新速度。

　　企业级Web服务器

　　pSpace Web Server专为构建企业级Web服务器而设计，具备高容量的数据吞吐能力和良好的健壮性，力控Web Server支持多达500的客户端的同时访问。

　　完善的安全机制

　　pSpace Web Server提供完善的安全管理机制。只有授权的用户才能修改过程参数。使用pSpace Web Server时，管理员尽可安心，不必担心非法或未授权的修改。

　　客户端

　　力控实时历史数据库管理系统提供了基本的客户端组态工具，开放的接口可以高级应用中的资产管理、设备诊断等管理客户端的开发，每个客户端应用软件都可以与pSpace Server运行在同一台计算机上，也可以分布式地运行在其它网络结点机上。

　　1）管理工具Admin

　　pSpace系统配置工具。包括：在线配置数据库点、采集接口、监控服务器和采集器状态，启、停远程服务等。

　　2）Forcecontrol组态软件

　　完成生产调度系统的实时监控，曲线分析、生产报表、报警、事件等。

　　3）Excel Add-In：Excel加载宏，完成功能包括：

　　查询原始数据；

　　查询当前数据；

　　利用索引点查询过滤数据；

　　查询数据的采样值；

　　查询统计值（最小值、最大值、平均值、标准方差、累计值、计数值）；

　　显示、导入、导出标签；

　　导入、导出数据；

　　显示、导入、导出消息；

　　显示采集接口；

　　4）pBatch

　　批量生产工艺数据的检索和表示，可跟踪与批量生产相关的各种信息。

　　5）Alarm Server

　　报警服务器。

　　6）SNMP Agent：

　　网络管理工具，可以在线诊断网络设备。

　　上层应用工具

　　报表工具：

　　可以在力控®的万能报表工具中获取实时数据库的各种过程数据，完成数据的查询与计算；建立易用、灵活、强大的报表系统。

　　设备运行诊断工具：

　　生产设备运行诊断工具可以方便地了解运行设备故障事件发生的时间、地点、状态和原因，从而降低设备维护成本。

　　趋势组记录工具：

　　提供了非常丰富的趋势记录功能，实时趋势和历史趋势记录允许趋势曲线多层重叠，可以通过颜色区分好数据和坏数据，可以显示数据的采样周期、数值精度和曲线变化情况。

　　图形分析工具：

　　包括直方图、饼图、面积图等十种图形分析工具，非常方便数据的显示与比较。图形具有透明性，从而更加容易地观察到数据之间的差别。

　　趋势曲线放大镜：

　　利用趋势曲线的放大镜工具，可以放大任何时间的实时和历史曲线，非常方便地分析时间序列的数据。通过趋势曲线的滚动按钮，可以前后滚动查看趋势曲线的变化情况。

　　成本核算工具：

　　内嵌成本核算模板工具，包括核算体系（生产基本单位核算、财务核算及其报表）、预算和考核体系、信息实时查询（收率、消耗、能耗等）、成本统计报表。

　　质量分析工具：

　　提供质量分析模板工具，将生产过程的实时数据和质量点的采样数据进行比较，在线进行评估，以便生产管理人员及时掌握各个产品的质量数据。长期保存质检数据，便于质量分析。

　　安全性及用户管理

　　网络安全

　　在进行项目设计时，在数据采集站可进行双网卡配置以保证生产网和管理网的物理隔离，DA SERVER采集站软件设计中可以保证数据单项传输，防止管理网的干扰生产网。

　　用户管理

　　实时数据库提供了完备的安全保护机制，以保证生产过程的安全可靠，用户管理具备多个级别，并可根据级别限制对重要工艺参数的修改，以有效避免生产过程中的误操作。

　　实时数据库提供了安全区的概念，同级别，不同安全区的数据不可以互相操作，保证了数据的分布式的管理。

　　提供基于远程的用户管理，增加更多的用户级别及安全区，管理所有用户的远程登陆信息。

　　加密管理：

　　支持工程加密，用户可以通过加密锁自己定义工程密码，没有此加密锁任何非法用户无法侵入，保护了自己的工程结构；

　　操作事件：

　　可以详细的记录操作事件和系统事件，方便事故追忆；

　　开机自动运行设置、有效的屏蔽系统键盘，可以防止非法用户入侵；

　　数据采集器DA SERVER

　　DA SERVER 是Server 与各种数据源之间的接口，DA SERVER具有自动网络通信负荷平衡功能和断线数据缓冲功能，DA SERVER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。

　　DA SERVER主要有以下几种：

　　DA SERVER：专用的数据采集服务器，通过它中心服务器可以采集各种DCS、PLC、FCS等I/O设备的数据，DA SERVER可以集成HMI/SCADA组态软件的数据采集接口，对于已经安装运行了组态软件的SCADA工作站，通过该数据采集器可以很方便地将SCADA数据采集到Server中。

　　MOPC：通过该数据采集器，Server可以采集其他各种第三方的OPC Server的数据。

　　性能

　　支持通过RS232、RS422、RS485、电台、电话轮巡拨号、以太网、移动GPRS、CDMA、GSM网络等方式和设备进行通讯；

　　开发环境下具备在线诊断设备通讯功能，可以动态的打开、关闭设备，通讯故障后具备自动恢复功能；

　　支持控制设备和控制网络冗余，控制设备进行切换时，通讯会自动切换；

　　支持多种协议的设备挂在一条通讯链路上与DA SERVER进行通讯，方便电台等远程通讯；

　　支持与设备采取主从、主主、从主等多种交互机制来进行通讯，比如对MODBUS标准协议设备，支持主与从2种方式与设备通讯；

　　可以采集带时间戳的数据，毫秒级数据采集速率，实现历史数据向实时数据库的回插功能，可以采集记录仪、录波器数据，支持SOE，完成事件监视。

　　支持的设备种类

　　支持主流的DCS、PLC、DDC、现场总线、智能仪表等1000多种厂家设备的通讯；也可以按照用户提出的通信协议和硬件接口，在较短时间内开发新的驱动程序。

　　无所不在的移动通讯

　　所有设备的驱动程序支持通过移动GPRS、CDMA网络与控制设备进行通讯，DA SERVER节点与其远程DA SERVER节点也可以进行移动通讯；

　　DA SERVER移动数据服务器与远程设备的通讯为并发处理、完全透明的解决方案，消除了一般软件采用虚拟串口方式造成数据传输不稳定的隐患，有效的流量控制机制保证了远程应用中节省通讯费用；

　　支持设备主动通过GPRS上传数据的方式进行数据传输。

　　典型企业信息化应用

　　胜利油田油气集输公司是胜利油田从事油气集输的专业化生产企业，主要担负胜利油田原油外输、天然气生产集输及轻烃生产任务。管理着9个气田，187口气井，24座集配气站，总长240公里的天然气输气管道和220公里的输油管道，8座大中型输油站库，2座压气站和3套轻烃回收装置。所辖13个三级单位，具有点多、线长、面广、易燃易爆、高温高压的特点。

　　该系统对油田的原油库和压气站等身产装置进行网络信息处理。该信息系统集成了多种设备，信息集成使用了OPC、DDE、ODBC、PROFIBUS、MODBUS、RS485等多种网络采集方式进行数据处理，是一个典型的分布式采集，集中管理的大型网络信息化系统。

　　胜利油田原油库控制系统主要选用了SIEMENS 控制系统，在压气站中， 50万岗位使用Honeywell的S9000型号的DCS控制系统；SW64岗位是美国库伯公司的RR控制器；二次增压岗位使用日本Omron的控制器；离心机岗位是横河CS1000型号的DCS控制系统；配气岗位是美国SIXNET公司的ST-GT-1210控制器；热煤炉岗位控制系统是三菱的PLC；配电岗位设有许继的配电保护及监控系统。

　　pSpace在应用中有效的集成了以上系统，从监测和考核原材料及水、电、气、风的用量入手，减少能耗物耗，对优化生产过程，提高生产运行效率起到了关键的作用。

　　典型先进控制方案

　　pSpace支持与国外的各种数据库进行数据交互，比如INFOPLUS、PI、PHD等，通过pSpace SERVER可以在国内外的各种平台上进行上层应用、专家诊断、先进控制等，下面是一个电厂设备诊断的应用，pSpace SERVER通过各种接口将现有SIS系统、小神探系统、新增的断路器和各种辅机监测系统集成为一个整体，其中，状态检修系统需要的绝大部分实时数据都取自SIS系统的PI实时数据库，因此，PI数据库和力控实时数据库之间的接口是整个系统集成的关键，接口Gateway的性能将直接决定整个状态检修系统的性能，数据交互见下图：

　　实时数据库（RTDB－Real Time DataBase）是数据库系统发展的一个分支，是数据库技术结合实时处理技术产生的。实时数据库系统是开发实时控制系统、数据采集系统、CIMS系统等的支撑软件。在流程行业中，大量使用实时数据库系统进行控制系统监控，系统先进控制和优化控制，并为企业的生产管理和调度、数据分析、决策支持及远程在线浏览提供实时数据服务和多种数据管理功能。实时数据库已经成为企业信息化的基础数据平台。

　　实时数据库的一个重要特性就是实时性，包括数据实时性和事务实时性。数据实时性是现场IO数据的更新周期，作为实时数据库，不能不考虑数据实时性。一般数据的实时性主要受现场设备的制约，特别是对于一些比较老的系统而言，情况更是这样。事务实时性是指数据库对其事务处理的速度。它可以是事件触发方式或定时触发方式。事件触发是该事件一旦发生可以立刻获得调度，这类事件可以得到立即处理，但是比较消耗系统资源；而定时触发是在一定时间范围内获得调度权。作为一个完整的实时数据库，从系统的稳定性和实时性而言，必须同时提供两种调度方式。

　　针对不同行业不同类型的企业，实时数据库的数据来源方式也各不相同。总的来说数据的主要来源有DCS控制系统、由组态软件＋PLC建立的控制系统、数据采集系统（SCADA）、关系数据库系统、直接连接硬件设备和通过人机界面人工录入的数据。根据采集的方式方法可以分为：支持OPC协议的标准OPC方式、支持DDE协议的标准DDE通讯方式、支持MODBUS协议的标准MODBUS通信方式、通过ODBC协议的ODBC通信方式、通过API编写的专有通信方式、通过编写设备的专有协议驱动方式等等。

　　由于实时数据库主要是为大型企业服务的，大部分情况是采集DCS系统的数据，到目前为止全球主要的DCS系统列表如下：【国内知名的实时数据库--紫金桥实时数据库可以与绝大多数DCS相连】

　　序号 DCS类型 生产厂家

　　1 S9000 HONEYWELL

　　2 TDC3000-CM50 HONEYWELL

　　3 TDC3000 – US HONEYWELL

　　4 TDC3000X- UxS HONEYWELL

　　5 TDC3000X-AxM HONEYWELL

　　6 TDC2000 HONEYWELL

　　7 R150 HONEYWELL

　　8 PlantScape HONEYWELL

　　9 TPS - GUS HONEYWELL

　　10 TPS - APP HONEYWELL

　　11 UMC800 HONEYWELL

　　12 Plant Vista Hc900 HONEYWELL

　　13 PKS HONEYWELL

　　14 STARDOM 横河（YOKOGAWA）

　　15 CENTUM B 横河（YOKOGAWA）

　　16 CENTUM V 横河（YOKOGAWA）

　　17 CENTUM uXL 横河（YOKOGAWA）

　　18 CENTUM XL 横河（YOKOGAWA）

　　19 CENTUM CS 横河（YOKOGAWA）

　　20 CS1000 横河（YOKOGAWA）

　　21 YEWPACK 横河（YOKOGAWA）

　　22 YEWPACKII 横河（YOKOGAWA）

　　23 CS3000 横河（YOKOGAWA）

　　24 WEYPACK 横河（YOKOGAWA）

　　25 SPECTRUM Foxboro

　　26 I/A S Foxboro

　　27 MODⅢ ABB

　　28 MOD300 ABB

　　29 ADVANT500 ABB

　　30 AC800M ABB

　　31 System 800xA ABB

　　32 AC800F ABB

　　33 N-90 ABB(Elsag Bailey)

　　34 Industrial IT Symphony ABB

　　35 Procontrol-P ABB

　　36 Procontrol-PS ABB

　　37 Egatrol ABB

　　38 Turbotrol ABB

　　39 Turbomat ABB

　　40 Turboturn ABB

　　41 Freelance 2000 ABB

　　42 INFI-90 ABB(Elsag Bailey)

　　43 MICRO II MOORE

　　44 APACS For Dos MOORE

　　45 APACS For Windows3.2 MOORE

　　46 APACS For Windows NT MOORE

　　47 System III Fisher-Rosemount

　　48 PROVOX Fisher-Rosemount

　　49 Micro PROVOX Fisher-Rosemount

　　50 Rs3 Rosemount

　　51 Delta V Fisher-Rosemount

　　52 OVATION 西屋

　　53 WDPF III 西屋

　　54 WDPF II 西屋

　　55 WDPF 西屋

　　56 MAX1000 西屋

　　57 MICREX HT 台塑

　　58 MICREX X 富士

　　59 MICREX AX 富士

　　60 Micrex IX 富士

　　61 MICREX PCS 500 富士

　　62 EX1000 日立公司

　　63 HIACS3000 日立公司

　　64 HIACS5000 日立公司

　　65 HS2000 北京和利时公司

　　66 FOCS 北京和利时公司

　　67 SmartPro 北京和利时公司

　　68 MACS 北京和利时公司

　　69 UN2000（友力2000） 北京航天测控

　　70 SupCon JX300 浙大中控

　　71 SupCon JX300X 浙大中控

　　72 SUPCON JX-100 浙大中控

　　73 SUPCON JX-200 浙大中控

　　74 SUPCON GCS-200 浙大中控

　　75 SUPCON GCS-1 浙大中控

　　76 UPCON ECS-100 浙大中控

　　77 XDPS-400+ 上海新华

　　78 XDPS-400 上海新华

　　79 XDPS-300 上海新华

　　80 XDPS-100 上海新华

　　81 SunyTDCS9200 浙大中自

　　82 SunyPCC800 浙大中自

　　83 FB-2000 浙江威盛

　　84 FB-3000 浙江威盛

　　85 FB-2000 NS 浙江威盛

　　86 Master P-2000i LG产电

　　87 Master P-3000 LG产电

　　88 Master P-3000NT LG产电

　　89 TELM ME/XP 西门子

　　90 MAX1000/DNA 西门子

　　91 PCS7 西门子

　　92 TELEPERM 西门子

　　93 Harmonas-DEO 山武

　　94 TDCS - 300 山武

　　95 SUPMAX-800 上仪

　　96 DCS-2001 天仪

　　97 SYMPHONY 川仪

　　98 CESTAR 西仪

　　99 μX-NT 西仪

　　100 EDPF-NT 北京国电智深

　　101 KT6000B 康拓

　　102 APROL 贝加莱

　　103 HIC-1000 哈工大中远

　　104 NERWORK 欧陆

　　105 TOSDIC 东芝

　　106 ProcessLogix 罗克韦尔

　　107 HZ-DCS3000 华章

　　108 NETWORK 6000 南京科远

　　109 LN2000 鲁能

　　作为国内知名的实时数据库产品，力控pSpace实时数据库可以连接绝大部分DCS设备，支持OPC通讯方式（包括非标准的这OPC通讯方式）――主要是基于 DCOM的远程通讯、DDE通讯方式――主要是NETDDE，支持一些DCS的专用通讯卡方式并且支持一些老系统的并口数据采集。