控制网

1引 言

    我们知道,经营一家工厂不只是对工厂里的人员,材料和设备的管理,更是对信息的管理,需要找到每天各种问题的答案,例如:瓶颈在哪里出现?生产成本与计划成本是否相等?我们是否达到了预期的产量?导致延误的是什么原因?是在浪费材料吗?是否达到了生产计划?信息,它是提高产品质量,最大限度的提高生产效率和保护对工厂投资的关键.只要拥有一个强大的实时工厂数据库，就可提供访问工厂和企业系统数据的一个公共入口。

2 IndustrialSQL Server的概述及特点

2.1 InSQL Server概述

    IndustrialSQL Server是世界上第一个适用于工厂数据的高性能实时关系数据库。它把关系型数据库的强大功能及灵活性和实时系统的速度及压缩功能相结合，使办公室和车间紧密地联系起来。不象其它的过程信息管理系统，IndustrialSQL Server内嵌了Microsoft SQL Server, 可提供广泛的数据访问、一个强大的关系型机制以及同Microsoft BackOffice的紧密集成。Industrial SQL Server 全方位地获取和储存工厂数据，并将实时和历史工厂数据与配置、事件、概貌和生产数据集成起来。通过大量的客户端应用程序，可以访问工厂的全部信息，从而在竞争激烈的工业软件领域中，确立了它在开放性和灵活性方面无人可敌的地位。现在它在企业各处，查看、分析和报告工厂的数据，真正将办公室与工厂连接起来[1]。

2.2 技术特点

    1. 它直接从大量的Wonderware I/O Server中获取数据。用I/O Server可以连结大量的数据源，使得InSQL Server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100倍以上。

    2. 由于需要存储工业现场快速产生的大量数据，InSQL Server采用了高效的实时压缩算法，使InSQL Server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. SQL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。InSQL Server扩展了内置的MS SQL Server所使用的Transact SQL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.它具有强大、灵活的事件系统。使用InSQL Server灵活的事件定义功能，我们可以定义复杂的事件。而且，我们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，使我们可以对特殊事件进行特殊处理。

    5. InSQL Server内置了MS SQL Server。使它具有同样功能强大的数据库管理功能。InSQL Server的配置信息都存放在MS SQL Server中，数据库的管理功能由MS SQL Server实现，所有的实时和历史数据都可以通过MS SQL Server查询得到。

    6. InSQL Server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。它还为客户程序提供了一个访问工厂数据的统一接口。通过它，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InSQL Server采用SQL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SQL语言来访问工厂中所有的信息。

图1说明了IndustrialSQL Server是如何连结控制网和商用网的：

图1  InSQL Server连结控制网和商用网

3系统构成

    实时监控系统是一种开放的分布式计算机监控系统，具有实时数据采集与数据处理等功能。该系统采用WONDERWARE公司的工业数据库IndustrialSQL Server，其特点是数据压缩率高，查询效率高，实时性强。另外，IndustrialSQL Server加强了对时间的查询控制，如用户可以直接设置所要查询的起点时刻、终点时刻、时间间隔、总时间段以及查询的方式等专用的参数，从而控制下面的SOL查询，而不必编制繁复的程序。

1、网络结构

    集控室根据一个电子数据采集和实时监控系统来监视和控制车间的设备。如果要求设备能够有效的运行且受到良好的保护，必需对各种物理参数进行监视，对重大情况做出迅速的响应。实时监控系统直接运行在工厂的局域网上。安装相应的软件之后，网络上的任何工作站都可以查看实时信息。

2、系统结构

    鉴于工厂生产规模较大，厂矿分散，数据量多的情况，因此为了今后便于管理和维护，IndustrialSQL Server实时关系型工厂数据库系统采用分布式结构，即在信息中心设置一台企业级信息门户服务器，为企业提供一个框架结构，把信息传递给每一个用户，包括从高级管理层和生产线的操作员到销售人员和分支机构，甚至到客户、供应商和合作伙伴。企业各层次的人员都可浏览与之相关的信息，了解正在进行的事件以及提高管理手段；各厂矿有其独立的IndustrialSQL Server服务器，采集及处理现场数据，并通过企业级网络联接到主干网上；I/O Server分布在各厂矿控制室现场，厂长、总工、管理科室和车间管理人员等可通过浏览器或IndustrialSQL Server的客户端软件来了解现场的生产情况，与主干网相连的每个用户的PC机都可以根据需要和授权浏览所需信息（实时、历史、报警、报告和报表等等）。在公司管理层每个办公室的电脑上看到的生产实时数据与控制系统保持同步，几乎没有时间上的延时。IndustrialSQL Server实时工厂数据库系统是一个高度可扩展的系统， 在系统增加一个数据源节点非常容易，只需要连接该系统的I/O Server，就可以把数据采集上来，存储在IndustrialSQL Server中。

3、系统平台

    服务器操作系统采用Windows2000 Advanced Server，监控站操作系统采用Windows2000 Professional。各监控站数据采集引擎采用IDAS。历史数据库平台采用Windows2000 Advanced Server，其上运行InSQL Server，提供历史数据采集、储存和标准查询功能。客户平台为Windows2000 Professional等，安装了NETDDE和SQLCLIENT软件后，就能对PMS上的实时数据和INSQL SERVER上的历史数据进行查询，而当安装了组态软件后，就能对机组运行情况进行直观的显示。另外，其它的应用子系统也可以通过NETDDE和SQL方式调用实时信息。

4、历史数据库

    历史数据查询接口，分别安装在历史数据库平台和客户平台上，以满足各种用户对历史数据的需求。历史数据查询采用SQL标准，简便、开放。既满足了系统对历史数据的要求，也方便技术人员对数据的各种要求。

    同其它系统相比，实时监控系统的历史数据库有如下要求：

    • 总数据量特别大 如果不考虑数据结构，按每个采样点4字节，每10秒钟一次刷新计算，1000个采样点每个月的累计数据量超过1GB。这样的数据量，如果用标准商用数据库管理系统来储存和管理，加上时间片信息和数值的质量信息，可以是数千个字段几十万条记录的多达10GB的一个巨型表。
    • 数据交易量特别大 对实时数据的每次查询，都是基于上述数据表中的，即便是对特定时间某点的值这样一个最简单的操作，也非常耗费服务器资源。

    • 对权限的要求不高 由于实时数据主要是技术数据，对企业内部的技术人员来说，一般不存在权限按字段封锁等要求，因此，数据表可以作为一个整体参与权限设置。

4 InSQL Server在系统中的功能实现

    由InSQL Server实现的实时监控系统功能强大，它真正满足当前工业现场对实时数据库的要求。它的强大功能主要体现在以下几个方面：

1、数据采集

    IndustrialSQL Server支持Wonderware公司的fastDDE及SuiteLink协议，它直接从 I/O server中读取数据，保证了IndustrialSQL Server可以从几乎所有的控制设备中采集数据。而且，IndustrialSQL Server的独特设计使它能够快速采集模拟量和开关量。

2、数据结构

    IndustrialSQL Server自动建立两个数据库。一个是Holding，它用来临时存放输入到InSQL Server的数据。另一个是Runtime，它结合了通常结构的SQL数据表和一些叫扩展表的特殊数据表，这些特殊的表在OLE-DB中叫远程表，客户程序可以通过OLE-DB来访问存放在这些表中的数据。

    在Runtime数据库中，通常结构的SQL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MS SQL Server建立的数据设备/文件中。
    (3) 完全支持Microsoft Transact-SQL 语言。
   
    在Runtime数据库中，特殊数据表具有以下特性：
    (1) 存放历史和实时(Live)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Industrial-SQL 扩展。
    (4)   支持Microsoft Transact-SQL语言。
    (5)   以不同的方式存放历史数据，可以更方便的查询。

    在Runtime数据库中，IndustrialSQL Server还提供了众多的数据视图和存储过程，使客户程序可以更快捷地访问数据。

3、数据存储
    IndustrialSQL Server自动存储事件和来自I/O Server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。

  
    IndustrialSQL Server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，IndustrialSQL Server才存储。我们可以为每一个突发性存储的数据设定数值和时间死区。

   
    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

    小结、字符串和事件数据存放在SQL Server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象中。

    IndustrialSQL Server实时压缩采集到的数据，只需要SQL Server的2-3%的空间来存储相同数量的数据。

   
    (2) 配置数据

    配置数据存放在Runtime数据库的配置表中；这些表的数据既可以从组态软件的配置文件中直接导入，也可以在InSQL Server中手工输入。在工厂运行期间，配置信息经常会发生变化，InSQL Server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

    IndustrialSQL Server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。

    生产数据的产生倚赖域工厂和过程的运行情况，保存在InSQL Server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、 计划数据等等。生产数据可以存放在用户自定义的数据表中。

    由于IndustrialSQL Server完整的存储了生产数据，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帮助实现了适用于各行各业的数据分析手段。

4、数据查询

    对客户程序来说，InSQL Server就和MS SQL Server一样。IndustrialSQL Server接受来自客户程序的SQL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OLE-DB，客户程序的数据请求由InSQL OLE-DB提供者处理。

   
    IndustrialSQL Server用扩展的Industrial-SQL语言来查询存放在扩展(远程)表中的历史和实时数据。Industrial-SQL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隔设定的固定事件间隔的数据。通过突发性查询，可以每一次变化的数据。

    (2) 对实时数据的连续查询。IndustrialSQL Server可以自动地返回不断变化的实时数据。

    SQL Server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IndustrialSQL Server是一个关系型数据库，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
 
    一个工厂中存在着启动和关闭、换班、批处理事件、操作员的动作等各种各样的事件，IndustrialSQL Server能检测并纪录这些事件，并采取相应的动作。IndustrialSQL Server可以定义这些事件及对应于每个事件的响应动作。例如：检测到一个锅炉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Web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。IndustrialSQL 根据历史数据来检测事件的发生，并执行定义好的动作。

6、安全性

    IndustrialSQL Server利用MS SQL Server功能强大的安全系统来保障存放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，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：谁可以登陆到数据库服务器；用户可以访问哪些数据库、数据对象、数据等等。

7、系统监视与诊断

    IndustrialSQL Server用一个系统监视驱动程序“SYSDRV.EXE”监视整个InSQL Server的运行状况。这个驱动程序支持远程监视，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、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，并以和工厂数据同样的方式存放。

    系统监视驱动程序和Windows NT/2000管理工具(包括事件查看器、性能监视器、远程访问管理和Windows NT诊断程序)一起组成了InSQL Server的监视和诊断系统。

5 结束语

    选择InSQL Server作为实时监控系统的核心实时数据库，是因为它在应用上有其它数据库所不具备的能力和速度,能帮助解决大型工厂实时监控中的障碍和麻烦。

参考文献：

[1] Wonderware及产品概述[Z]. Wonderware Company, 2001

[2] InSQL 在浙江北仑发电厂运行优化管理系统中的应用. http://www.bluebirdme.com/download/dl.htm

[3] 李云. 自动控制技术[M]. 合肥；中国科学技术大学出版社, 2001.

[4] IndustrialSQL Server 8.0 Concepts Guide [Z]. Wonderware Company, 2002