实时数据库和历史数据库

1.实时数据库

1.1 实时数据库系统体系结构设计和描述

作为流程工业自动控制系统的综合数据平台，实时数据库在企业生产信息的集成、存储和处理环节均起着关键作用，是流程工业信息化的核伯基础设施。实时数据库具有强大的多源异构数据采集接口，优异的实时数据存储与巧问性能，高效的历史数据压缩与条件检索能力，以及数据与服务的高可靠性和高可用性。

图1.1 实时数据库在流程工业信息化架构中的定位

由图1.1可见，实时数据库位于流程工业信息化架构中的MES层，对PCS层的工业现场过程数据进行实时采集、可靠存储和高效处理，为同层的实时管理、调度管理、设备管理、安全管理等应用提供高效的数据服务。

1.1.1 工程数据系统分析

流程工业的实时数据库中需要管理的数据有:位号实时数据、位号的历史数据、服务器信息、位号的属性信息、系统状态信息、角权限信息、批次信息、计算结果信息等。

主要的时态关系包括服务器的有效性和位号的有效性;位号的暂态属性；实时数据和历史数据的时态,位号的有效性和相关实时数据和历史数据的有效性;系统的暂态信息;服务器的状态信息等。这些数据之间的关系如图1.2所示。

图1.2 实时数据库系统功能数据模型

1.1.2 现存实时数据库系统数据管理模型分析

目前现存的一些实时数据库产品有Wonderware公司的Industrial SQL Server\AspenTech公司的InfoPlus、HoneyWell公司的UnifomreneepHD、OSI公司的PI等。它们的实时数据库模型主要采用如下两类方法来建模。

1）使用关系数据库的数据模型

这种数据模型可以方便地表达复杂的逻辑关系,但是关系数据库很难支持对数据对象的描述,其查询和访问速度也很难满足高实时性的要求。W6ndersare公司的nIdusitralsQLsverer就是这样的一个实时关系数据库系统。

2）按照传统的功能模块式的数据管理模型

这种方式在数据管理上,它根据功能的需要添加相应的数据单元管理模块,根据需要与其他模块建立联系。这种方式使得各种数据单元模块清晰,在一定程度上方便了扩展。但是,模块之

间关系复杂,同实时数据库的事务处理的模型很难集成,因而实时数据库事务的处理实现更加复杂。目前普遍使用的是这种方式。

1.1.3 位号映射模型压模混凝土

在位号的数据管理模型中,我们采用位号映射的方法来组织管理各种位号数据。基于流程工业需求的考虑,我们将位号分为4类:源位号、目标位号、虚拟位号、无源位号。这些位号的逻辑关系和存储结构如图1.3所示。

1.3 位号映射结构

1.1.4 数据设计

根据流程工业的需求我们首先确定位号属性、服务器属性、实时数据中包含的内容等(这里只列出主要的信息项)。参见表1.1-1.3：

表1.1 服务器属性表

钱箱

服务器静态属性和定义	描述
服务器名称	服务器名称,具有唯一性
服务器节点名	服务器节点名,具有唯一性
服务器PROGID	服务器PROGID,具有唯一性
服务器描述	服务器描述
接口软件名称	接口软件名称,具有唯一性
节点名称	节点名称
节点ID	节点ID
接口软件类型	1-OPC 2-DDE 3-other
服务器类型	OPC，DDE,other
服务器句柄	服务器句柄，具有唯一性
服务器运行状态	服务器运行状态
服务器运行状态标志	服务器运行状态标志
服务器的启动时间	服务器的启动时间
当前时间	当前时间
上次更新的时间	上次更新的时间
服务器状态	服务器状态

表1.2 位号属性表

电视升降机

项目	内容和说明
标准属性	位号名、位号ID、上下限、位号单位、想成、来源等
使能属性	使能标志
采集属性	采样频率等
数据处理属性	数据处理相关参数
报警属性	哪种情况报警
类型属性玻尿酸蚕丝面膜	位号类型
数据的工程类型	无、累计、给定、阈值、测量值开关量输入、开关量输出等
位号的工程类型	变换、吹风器、合成等

表1.3 实时数据表

蝈蝈罐

项目	描述
工程量	实际值
标准量	0-1之间的值
时间	位号数据改变的时间
报警类型	见位号的报警属性说明
质量码	标志位号的实时数据的可信程度

1.2 流程工业大型实时数据库的数据管理模型设计

1.2.1 数据模型总体设计

数据管理的总体模型中,按照实时数据库的标准数据模型的建模方法,划分数据模块,在模块内部按照功能组织数据,而且同一模块内部的数据具有相同类型的时态特性,满足事务处理和调度的需要。数据管理模型总体构成的示意图如图1.4所示。

图1.4 实时数据库数据管理分类示意图

明框玻璃幕墙1.2.2 数据的存储和多层索引

在本实时数据库中,采用内存实时数据库的策略。为了满足数据访问的实时性,还要设计优良的存储和索引结构,同时使用高效的实现技术。

实时数据库中的位号数据按照表集的方式来组织,除建立位号级的索引外，同时给这些表建立相应的索引,从而形成多级索引的结构。根据实时数据库的数据活动的分析,数据按照来源和数据类型进行分类,更加适合位号刷新活动和位号数据的存储。所以可以根据来源和数据类型组织数据表,位号的静态数据、实时数据、历史数据采用相同的索引方式,可以共享同一套索引结构。在该模型中,采用位号的实时数据和静态数据分别存储的方式,将位号的静态数据独立处理可以支持更多的应用,方便扩展,如支持批次管理等。

1.2.3 数据备份和恢复技术

目前实时数据库和内存数据库理论中恢复技术都是基于事务提交方式设计的系统恢复技术,这通常是在强实时系统环境下的事务管理方式。在流程工业的实时数据库系统中,事务是规定在某个时间长度内的,事务的提交方式不如强实时环境下的复杂,因而需要提出系统的基于工程数据安全的数据备份和恢复技

术。

在简化强实时内存数据库系统恢复技术后,分析了工程数据安全的需求,采

用了一种增量备份和启动恢复的策略,如图1.5所示。

图1.5 备份示意图

1.2.4 查询模型和查询优化

这里指的查询功能体系是指整个实时数据库系统的查询。其中查询可以在几个部件中进行。首先是实时数据库核心部件,它提供实时数据库中所有工程数据包括组态信息的查询;其次是组态软件中的查询,这里的查询针对组态信息的查询,完全按照关系数据库的方式来组织,

不仅包括各种条件查询还可进行SQL语句查询;最后是Web服务器中的查询。本节研究的重点是实时数据库核心部分的查询,在这部分中,查询任务具有一定的复杂性,而且需要满足实时性。

1.3 实时数据库的事务调度策略及其并发控制协议

1.3.1 事务调度、并发访问控制策略及其实现方法

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