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1引 言

    我們知道,經營一家工廠不只是對工廠里的人員,材料和設備的管理,更是對信息的管理,需要找到每天各種問題的答案,例如:瓶頸在哪里出現?生產成本與計劃成本是否相等?我們是否達到了預期的產量?導致延誤的是什么原因?是在浪費材料嗎?是否達到了生產計劃?信息,它是提高產品質量,最大限度的提高生產效率和保護對工廠投資的關鍵.只要擁有一個強大的實時工廠數據庫，就可提供訪問工廠和企業系統數據的一個公共入口。

2 IndustrialSQL Server的概述及特點

2.1 InSQL Server概述

    IndustrialSQL Server是世界上第一個適用于工廠數據的高性能實時關系數據庫。它把關系型數據庫的強大功能及靈活性和實時系統的速度及壓縮功能相結合，使辦公室和車間緊密地聯系起來。不象其它的過程信息管理系統，IndustrialSQL Server內嵌了Microsoft SQL Server, 可提供廣泛的數據訪問、一個強大的關系型機制以及同Microsoft BackOffice的緊密集成。Industrial SQL Server 全方位地獲取和儲存工廠數據，并將實時和歷史工廠數據與配置、事件、概貌和生產數據集成起來。通過大量的客戶端應用程序，可以訪問工廠的全部信息，從而在競爭激烈的工業軟件領域中，確立了它在開放性和靈活性方面無人可敵的地位。現在它在企業各處，查看、分析和報告工廠的數據，真正將辦公室與工廠連接起來[1]。

2.2 技術特點

    1. 它直接從大量的Wonderware I/O Server中獲取數據。用I/O Server可以連結大量的數據源，使得InSQL Server可以直接存儲來自于各種不同設備的數據。它的存儲速度要比傳統關系型數據庫快100倍以上。

    2. 由于需要存儲工業現場快速產生的大量數據，InSQL Server采用了高效的實時壓縮算法，使InSQL Server只用較小的存儲空間就可以存儲大量的數據，它所需要的存儲空間只是傳統關系型數據庫管理系統所需要的存儲空間的2%。

    3. SQL語言雖然功能強大，但是它并不適合處理連續產生的大量數據。InSQL Server擴展了內置的MS SQL Server所使用的Transact SQL語言。使它具備了查詢連續的大容量數據的能力，它支持數據“分辨率”并能連續查詢，并內置了眾多的時間域函數。滿足了工業上需要查詢和處理歷史和實時數據的要求。

    4.它具有強大、靈活的事件系統。使用InSQL Server靈活的事件定義功能，我們可以定義復雜的事件。而且，我們還可以定義事件響應動作，當所定義的事件發生時，系統會自動執行相應的動作，使我們可以對特殊事件進行特殊處理。

    5. InSQL Server內置了MS SQL Server。使它具有同樣功能強大的數據庫管理功能。InSQL Server的配置信息都存放在MS SQL Server中，數據庫的管理功能由MS SQL Server實現，所有的實時和歷史數據都可以通過MS SQL Server查詢得到。

    6. InSQL Server采用了C/S結構，保證了數據的完整性和安全性，并使客戶桌面程序訪問服務器數據更加方便、靈活。它還為客戶程序提供了一個訪問工廠數據的統一接口。通過它，客戶程序可以訪問工廠的實時、歷史數據，配置信息，統計數據，生產數據等所有信息。并且，由于InSQL Server采用SQL語言作為查詢語言，使工廠中各個部分的數據具有了廣泛的開放性和靈活性，我們可以用統一的SQL語言來訪問工廠中所有的信息。

圖1說明了IndustrialSQL Server是如何連結控制網和商用網的：

圖1  InSQL Server連結控制網和商用網

3系統構成

    實時監控系統是一種開放的分布式計算機監控系統，具有實時數據采集與數據處理等功能。該系統采用WONDERWARE公司的工業數據庫IndustrialSQL Server，其特點是數據壓縮率高，查詢效率高，實時性強。另外，IndustrialSQL Server加強了對時間的查詢控制，如用戶可以直接設置所要查詢的起點時刻、終點時刻、時間間隔、總時間段以及查詢的方式等專用的參數，從而控制下面的SOL查詢，而不必編制繁復的程序。

1、網絡結構

    集控室根據一個電子數據采集和實時監控系統來監視和控制車間的設備。如果要求設備能夠有效的運行且受到良好的保護，必需對各種物理參數進行監視，對重大情況做出迅速的響應。實時監控系統直接運行在工廠的局域網上。安裝相應的軟件之后，網絡上的任何工作站都可以查看實時信息。

2、系統結構

    鑒于工廠生產規模較大，廠礦分散，數據量多的情況，因此為了今后便于管理和維護，IndustrialSQL Server實時關系型工廠數據庫系統采用分布式結構，即在信息中心設置一臺企業級信息門戶服務器，為企業提供一個框架結構，把信息傳遞給每一個用戶，包括從高級管理層和生產線的操作員到銷售人員和分支機構，甚至到客戶、供應商和合作伙伴。企業各層次的人員都可瀏覽與之相關的信息，了解正在進行的事件以及提高管理手段；各廠礦有其獨立的IndustrialSQL Server服務器，采集及處理現場數據，并通過企業級網絡聯接到主干網上；I/O Server分布在各廠礦控制室現場，廠長、總工、管理科室和車間管理人員等可通過瀏覽器或IndustrialSQL Server的客戶端軟件來了解現場的生產情況，與主干網相連的每個用戶的PC機都可以根據需要和授權瀏覽所需信息（實時、歷史、報警、報告和報表等等）。在公司管理層每個辦公室的電腦上看到的生產實時數據與控制系統保持同步，幾乎沒有時間上的延時。IndustrialSQL Server實時工廠數據庫系統是一個高度可擴展的系統， 在系統增加一個數據源節點非常容易，只需要連接該系統的I/O Server，就可以把數據采集上來，存儲在IndustrialSQL Server中。

3、系統平臺

    服務器操作系統采用Windows2000 Advanced Server，監控站操作系統采用Windows2000 Professional。各監控站數據采集引擎采用IDAS。歷史數據庫平臺采用Windows2000 Advanced Server，其上運行InSQL Server，提供歷史數據采集、儲存和標準查詢功能。客戶平臺為Windows2000 Professional等，安裝了NETDDE和SQLCLIENT軟件后，就能對PMS上的實時數據和INSQL SERVER上的歷史數據進行查詢，而當安裝了組態軟件后，就能對機組運行情況進行直觀的顯示。另外，其它的應用子系統也可以通過NETDDE和SQL方式調用實時信息。

4、歷史數據庫

    歷史數據查詢接口，分別安裝在歷史數據庫平臺和客戶平臺上，以滿足各種用戶對歷史數據的需求。歷史數據查詢采用SQL標準，簡便、開放。既滿足了系統對歷史數據的要求，也方便技術人員對數據的各種要求。

    同其它系統相比，實時監控系統的歷史數據庫有如下要求：

    • 總數據量特別大 如果不考慮數據結構，按每個采樣點4字節，每10秒鐘一次刷新計算，1000個采樣點每個月的累計數據量超過1GB。這樣的數據量，如果用標準商用數據庫管理系統來儲存和管理，加上時間片信息和數值的質量信息，可以是數千個字段幾十萬條記錄的多達10GB的一個巨型表。
    • 數據交易量特別大 對實時數據的每次查詢，都是基于上述數據表中的，即便是對特定時間某點的值這樣一個最簡單的操作，也非常耗費服務器資源。

    • 對權限的要求不高 由于實時數據主要是技術數據，對企業內部的技術人員來說，一般不存在權限按字段封鎖等要求，因此，數據表可以作為一個整體參與權限設置。

4 InSQL Server在系統中的功能實現

    由InSQL Server實現的實時監控系統功能強大，它真正滿足當前工業現場對實時數據庫的要求。它的強大功能主要體現在以下幾個方面：

1、數據采集

    IndustrialSQL Server支持Wonderware公司的fastDDE及SuiteLink協議，它直接從 I/O server中讀取數據，保證了IndustrialSQL Server可以從幾乎所有的控制設備中采集數據。而且，IndustrialSQL Server的獨特設計使它能夠快速采集模擬量和開關量。

2、數據結構

    IndustrialSQL Server自動建立兩個數據庫。一個是Holding，它用來臨時存放輸入到InSQL Server的數據。另一個是Runtime，它結合了通常結構的SQL數據表和一些叫擴展表的特殊數據表，這些特殊的表在OLE-DB中叫遠程表，客戶程序可以通過OLE-DB來訪問存放在這些表中的數據。

    在Runtime數據庫中，通常結構的SQL數據表具有以下特性：

    (1)  存放配置、事件、小結、字符串歷史以及相關的生產數據
    (2) 數據存放在硬盤上由MS SQL Server建立的數據設備/文件中。
    (3) 完全支持Microsoft Transact-SQL 語言。
   
    在Runtime數據庫中，特殊數據表具有以下特性：
    (1) 存放歷史和實時(Live)工廠數據。
    (2)   數據存放在硬盤上的歷史數據塊(文件)中。
    (3)   完全支持數據查詢，包括Industrial-SQL 擴展。
    (4)   支持Microsoft Transact-SQL語言。
    (5)   以不同的方式存放歷史數據，可以更方便的查詢。

    在Runtime數據庫中，IndustrialSQL Server還提供了眾多的數據視圖和存儲過程，使客戶程序可以更快捷地訪問數據。

3、數據存儲
    IndustrialSQL Server自動存儲事件和來自I/O Server的模擬量、開關量、字符串等數據。其它類型的數據存放在“客戶化”表中。

  
    IndustrialSQL Server有兩種數據存儲方法：周期性存儲和突發性存儲。

    周期性存儲以一個固定的時間間隔存儲數據，保證了數據的準確性和完整性。

    突發性存儲是當數據發生變化時，IndustrialSQL Server才存儲。我們可以為每一個突發性存儲的數據設定數值和時間死區。

   
    模擬量既可以周期性存儲，也可以突發性存儲，開關量只能配置為突發性存儲。
 
    (1) 存儲區域

    小結、字符串和事件數據存放在SQL Server表中，高速采集的大量模擬量和開關量數據存放在叫“歷史塊”的數據文件中。模擬量、開關量、字符串變量的當前值存放在內存映象中。

    IndustrialSQL Server實時壓縮采集到的數據，只需要SQL Server的2-3%的空間來存儲相同數量的數據。

   
    (2) 配置數據

    配置數據存放在Runtime數據庫的配置表中；這些表的數據既可以從組態軟件的配置文件中直接導入，也可以在InSQL Server中手工輸入。在工廠運行期間，配置信息經常會發生變化，InSQL Server保存了整個配置信息的修改歷史，保證了工廠數據的對應性和完整性。

    (3) 生產數據

    IndustrialSQL Server無縫連結了歷史/實時數據和配置、事件、小結、統計數據。使生產信息和工廠數據集成在一起。

    生產數據的產生倚賴域工廠和過程的運行情況，保存在InSQL Server中的生產數據可以包括換班數據、維護數據、批處理數據、資源消耗數據、 計劃數據等等。生產數據可以存放在用戶自定義的數據表中。

    由于IndustrialSQL Server完整的存儲了生產數據，使一個工廠的商業數據真正和工廠過程數據緊密結合在一起。我們可以很方便的找出工廠、員工、成本之間的內在聯系。而且，越來越多的第三方解決方案幫助實現了適用于各行各業的數據分析手段。

4、數據查詢

    對客戶程序來說，InSQL Server就和MS SQL Server一樣。IndustrialSQL Server接受來自客戶程序的SQL查詢，然后在數據庫中找到所需的數據，再返回給客戶程序。如果客戶程序支持OLE-DB，客戶程序的數據請求由InSQL OLE-DB提供者處理。

   
    IndustrialSQL Server用擴展的Industrial-SQL語言來查詢存放在擴展(遠程)表中的歷史和實時數據。Industrial-SQL支持時間域的功能，包括：

   
    (1) 周期性和突發性的數據查詢。通過周期性查詢，客戶程序可以得到每隔設定的固定事件間隔的數據。通過突發性查詢，可以每一次變化的數據。

    (2) 對實時數據的連續查詢。IndustrialSQL Server可以自動地返回不斷變化的實時數據。

    SQL Server數據表和擴展(遠程)數據表的結合使客戶程序具有查詢各種各樣數據的強大功能，由于IndustrialSQL Server是一個關系型數據庫，它可以有效地連結來自于各種不同數據表的數據。

5、事件系統
 
    一個工廠中存在著啟動和關閉、換班、批處理事件、操作員的動作等各種各樣的事件，IndustrialSQL Server能檢測并紀錄這些事件，并采取相應的動作。IndustrialSQL Server可以定義這些事件及對應于每個事件的響應動作。例如：檢測到一個鍋爐過程的完成可以觸發報表的建立，檢測到班次的輪換可以觸發Web網頁的自動更新，檢測到故障的發生可以觸發系統自動給維護人員發送一個電子郵件等等。IndustrialSQL 根據歷史數據來檢測事件的發生，并執行定義好的動作。

6、安全性

    IndustrialSQL Server利用MS SQL Server功能強大的安全系統來保障存放數據庫中的數據的安全。每一個數據庫用戶必須在服務器上擁有一個帳號，用戶可以進行的操作由定義在用戶帳號中的信息決定，系統用這些信息來判斷用戶訪問數據庫的權限，包括：誰可以登陸到數據庫服務器；用戶可以訪問哪些數據庫、數據對象、數據等等。

7、系統監視與診斷

    IndustrialSQL Server用一個系統監視驅動程序“SYSDRV.EXE”監視整個InSQL Server的運行狀況。這個驅動程序支持遠程監視，并能提醒用戶系統產生的問題。

    重要數據(如數據吞吐量、出錯信息、剩余磁盤空間等)和系統事件變量都通過系統監視驅動程序采集，并以和工廠數據同樣的方式存放。

    系統監視驅動程序和Windows NT/2000管理工具(包括事件查看器、性能監視器、遠程訪問管理和Windows NT診斷程序)一起組成了InSQL Server的監視和診斷系統。

5 結束語

    選擇InSQL Server作為實時監控系統的核心實時數據庫，是因為它在應用上有其它數據庫所不具備的能力和速度,能幫助解決大型工廠實時監控中的障礙和麻煩。

參考文獻：

[1] Wonderware及產品概述[Z]. Wonderware Company, 2001

[2] InSQL 在浙江北侖發電廠運行優化管理系統中的應用. http://www.bluebirdme.com/download/dl.htm

[3] 李云. 自動控制技術[M]. 合肥；中國科學技術大學出版社, 2001.

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