实时数据库在控制系统中的应用设计

摘要：本文首先对炼钢厂进行需求分析，接着进行分布式体系结构设计，重点对数据接口层进行阐述，最后对系统环境配置进行说明。

关键词：实时数据库 数据接口 数据处理

中图分类号：G642.41 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.23.180

1 引言

为提升炼钢厂企业竞争力，通过实时数据库系统与炼钢厂控制系统的连接，实现管理层与控制层的集成，为上层应用提供统一的数据平台。建立一个统一的全厂范围内的实时数据平台，在该平台上可以做全厂物料平衡，流程模拟的在线优化、先进控制等应用，因此，实时数据库平台的建立，为后续的应用开发提供了保证。

2 某炼钢厂应用系统需求分析

2.1 设计需求

实时数据库作为炼钢厂信息系统的一个重要组成部分，它向下通过数据采集通讯接口采集过程控制层DCS、PLC以及各种检测仪表记录的装置生产过程、质检化验等生产实时数据，并通过实时数据库与关系数据库的转换接口向上级管理层传送调度、统计、成本财务的生产现场信息，同时上层管理层的实时优化、调度等操作指令，以及通过实时数据库来实现厂区调度中心智能化。

2.2 需求调研

实时数据库应用系统在炼钢厂综合信息系统中起着重要的桥梁作用，要为企业信息化数据平台提供数据，需将底层控制系统设备数据采集上来，所以，需要对厂区里的控制系统设备进行需求调研。炼钢厂区生产装置基本安装了DCS或PLC系统，目前有三个炉工控系统、四个机工控系统、一个铁水脱硫工控系统和一个LF炉CAS-OB工控系统，采用的自动化设备有新华DCS XDPS-400、GE PLC90-70、西屋DCS-WDPF等设备。

3 分布式实时数据库系统的体系结构设计

由于实时数据库要进行数据的采集、数据的存储和相关服务等内容，而且厂区里的数据量很大，所以，采用分块形式的设计来提高数据处理能力。为实现实时数据库平台面向应用的开放性，采用微内核设计思想，同时又依据微内核的设计思想，内核越小、功能越简单，系统就会越稳定[1]。中科院软件所的Agilor实时数据库采用的就是该模式。

结合厂区控制系统的分布情况，炼钢厂的实时数据库系统选取分布式体系结构的Agilor实时数据库以满足不同应用环境对实时性的需求。系统采用三层C/S体系结构，即数据接口层、数据处理层、客户应用层，满足分布式应用需求。

3.1 数据接口层

数据接口层针对不同物理设备、PLC、DCS和不同控制总线上所挂接的设备，系统提供对OPC、DDE、RS232/485等多种现场控制协议与PLC、DCS的支持，并具有灵活方便的可扩展性。数据采集软件安装在数据采集接口站，负责读取物理设备信息和实时数据，并通过预定义的通信协议与实时数据库服务器上的通信子系统进行连接和通信。

炼钢厂设备种类繁多，由于数据采集主要由接口软件来实现，因此，数据采集所使用的通讯方式也会不同。由于接口类型繁多，为了减少接口类型繁多而造成软件接口设计的浪费，本系统提出了通用接口软件框架的方式简化接口，把需要定制开发的代码精简到最少。

在以往的数据采集接口设计中，可以发现如OPC、DDE、RS232/485等，其数据采集形式有着相同的操作，在进行接口设计时，都需要进行启动接口软件、连接/断开服务器、实时数据读写等操作，来完成数据的采集。虽然不同接口类型与现场设备的通讯协议不同，但可以将这些不同的部分单列出来，使用动态链接文件形式进行处理，在统一的程序框架下，通过动态链接库的形式，调用该动态库即可，如DDE形式需要提供DDE.dll，当然在动态链接库中还需实现对DDE方式的读写。这些动态链接库都能在统一接口软件DateIO框架下被调用，通过配置文件来进行加载相应的动态库。实践证明，该通用接口软件能有效降低工程实施的难度，说明是可行的。

3.2 数据处理层

数据处理层是整个系统的关键层，对实时数据进行处理，有两个方面：实时数据和历史数据[2]。数据处理层首先会接受来自数据接口层的实时数据，作为底层数据上传至相关应用层，同时也会将实时数据以一定的时间间隔传送至通用数据库中，作为历史数据存储起来。

中科院软件所的Agilor采用C/S加B/S体系结构，支持通过多种方式实现客户应用与实时数据库服务器之间的连接。实践证明，采用这种方式极大地方便了用户与服务器的交互，以及各数据库之间的交互。由于炼钢厂的控制系统较多，设备所产生的数据很大，因此，配置多个实时数据库服务器，减少一个服务器的负载，使用冗余存储提升系统的可靠性。

3.3 客户应用层

客户应用层是建立在实时数据库处理层之上的应用层，为客户应用提供了统一的数据界面，有对设备进行实时监控的组态与实时监控运行平台软件InPMC、报表组态软件和实时数据浏览软件。通过ODBC、OPC等方式与服务器进行数据访问。

实时监控运行平台软件界面采用VC++进行编写，能将其流程页面到web服务器，能够通过浏览器对流程图运行系统进行访问，系统可采用基于XML技术的监控应用描述语言支持ActiveX控件的嵌入编程，其相关图形不便透露，在此略掉。

4 系统环境配置

4.1 网络环境

在高速企业主干网上，使用虚拟网络技术分出一个虚拟网段专供实时数据库系统使用，实现管理网络与控制网络有效隔离，保证系统的安全，同时网络的通讯速率不低于10M。

4.2 硬件需求

4.2.1 服务器

服务器的数量根据采集量和采集频率来定。服务器的基本配置如下：一万个数据点要求实时数据库服务器为PIII 1.0GHz以上，内存256MB 以上，硬盘空间在30GB 以上，操作系统要求为Windows 2000 Server。

4.2.2 数据采集工作站

炼钢厂现场环境恶劣，为了保证长期稳定运行，使用工控机，其基本配置如下：CPU主频不低于PIII 800、内存不低于128M、10G的硬盘、10M/100M网络适配器2个。

4.2.3 客户机

没有特别的要求，只需CPU主频不低于PIII 800、内存不低于128M，硬盘只需200G以上就行了。

5 应用总结

该系统在某炼钢厂运作良好，有关人员通过实时数据库的接口软件可以在Excel 中直接调用生产数据，大大提高了报表和数据计算的效率，极大地方便了管理层对底层设备数据的监控和管理，提高了企业运作效率，为企业信息化提供了数据支撑基础。

参考文献：

[1].实时数据库内核[D].华北电力大学，2004.

[2]刘云生.特种数据库技术[M].科学出版社，2000.

作者简介：蔡振（1981-），男，湖北仙桃人，硕士，讲师，主要从事控制理论方面的研究，武汉城市职业学院，湖北武汉 430064