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1引 言

    我們知道,經(jīng)營一家工廠不只是對工廠里的人員,材料和設(shè)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(xiàn)?生產(chǎn)成本與計劃成本是否相等?我們是否達(dá)到了預(yù)期的產(chǎn)量?導(dǎo)致延誤的是什么原因?是在浪費材料嗎?是否達(dá)到了生產(chǎn)計劃?信息,它是提高產(chǎn)品質(zhì)量,最大限度的提高生產(chǎn)效率和保護(hù)對工廠投資的關(guān)鍵.只要擁有一個強(qiáng)大的實時工廠數(shù)據(jù)庫，就可提供訪問工廠和企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的高性能實時關(guān)系數(shù)據(jù)庫。它把關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的強(qiáng)大功能及靈活性和實時系統(tǒng)的速度及壓縮功能相結(jié)合，使辦公室和車間緊密地聯(lián)系起來。不象其它的過程信息管理系統(tǒng)，IndustrialSQL Server內(nèi)嵌了Microsoft SQL Server, 可提供廣泛的數(shù)據(jù)訪問、一個強(qiáng)大的關(guān)系型機(jī)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(shù)據(jù)，并將實時和歷史工廠數(shù)據(jù)與配置、事件、概貌和生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成起來。通過大量的客戶端應(yīng)用程序，可以訪問工廠的全部信息，從而在競爭激烈的工業(yè)軟件領(lǐng)域中，確立了它在開放性和靈活性方面無人可敵的地位。現(xiàn)在它在企業(yè)各處，查看、分析和報告工廠的數(shù)據(jù)，真正將辦公室與工廠連接起來[1]。

2.2 技術(shù)特點

    1. 它直接從大量的Wonderware I/O Server中獲取數(shù)據(jù)。用I/O Server可以連結(jié)大量的數(shù)據(jù)源，使得InSQL Server可以直接存儲來自于各種不同設(shè)備的數(shù)據(jù)。它的存儲速度要比傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫快100倍以上。

    2. 由于需要存儲工業(yè)現(xiàn)場快速產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，它所需要的存儲空間只是傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所需要的存儲空間的2%。

    3. SQL語言雖然功能強(qiáng)大，但是它并不適合處理連續(xù)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。InSQL Server擴(kuò)展了內(nèi)置的MS SQL Server所使用的Transact SQL語言。使它具備了查詢連續(xù)的大容量數(shù)據(jù)的能力，它支持?jǐn)?shù)據(jù)“分辨率”并能連續(xù)查詢，并內(nèi)置了眾多的時間域函數(shù)。滿足了工業(yè)上需要查詢和處理歷史和實時數(shù)據(jù)的要求。

    4.它具有強(qiáng)大、靈活的事件系統(tǒng)。使用InSQL Server靈活的事件定義功能，我們可以定義復(fù)雜的事件。而且，我們還可以定義事件響應(yīng)動作，當(dāng)所定義的事件發(fā)生時，系統(tǒng)會自動執(zhí)行相應(yīng)的動作，使我們可以對特殊事件進(jìn)行特殊處理。

    5. InSQL Server內(nèi)置了MS SQL Server。使它具有同樣功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能。InSQL Server的配置信息都存放在MS SQL Server中，數(shù)據(jù)庫的管理功能由MS SQL Server實現(xiàn)，所有的實時和歷史數(shù)據(jù)都可以通過MS SQL Server查詢得到。

    6. InSQL Server采用了C/S結(jié)構(gòu)，保證了數(shù)據(jù)的完整性和安全性，并使客戶桌面程序訪問服務(wù)器數(shù)據(jù)更加方便、靈活。它還為客戶程序提供了一個訪問工廠數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接口。通過它，客戶程序可以訪問工廠的實時、歷史數(shù)據(jù)，配置信息，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)具有了廣泛的開放性和靈活性，我們可以用統(tǒng)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(jié)控制網(wǎng)和商用網(wǎng)的：

圖1  InSQL Server連結(jié)控制網(wǎng)和商用網(wǎng)

3系統(tǒng)構(gòu)成

    實時監(jiān)控系統(tǒng)是一種開放的分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，具有實時數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理等功能。該系統(tǒng)采用WONDERWARE公司的工業(yè)數(shù)據(jù)庫IndustrialSQL Server，其特點是數(shù)據(jù)壓縮率高，查詢效率高，實時性強(qiáng)。另外，IndustrialSQL Server加強(qiáng)了對時間的查詢控制，如用戶可以直接設(shè)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(shù)，從而控制下面的SOL查詢，而不必編制繁復(fù)的程序。

1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    集控室根據(jù)一個電子數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)視和控制車間的設(shè)備。如果要求設(shè)備能夠有效的運行且受到良好的保護(hù)，必需對各種物理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，對重大情況做出迅速的響應(yīng)。實時監(jiān)控系統(tǒng)直接運行在工廠的局域網(wǎng)上。安裝相應(yīng)的軟件之后，網(wǎng)絡(luò)上的任何工作站都可以查看實時信息。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    鑒于工廠生產(chǎn)規(guī)模較大，廠礦分散，數(shù)據(jù)量多的情況，因此為了今后便于管理和維護(hù)，IndustrialSQL Server實時關(guān)系型工廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，即在信息中心設(shè)置一臺企業(yè)級信息門戶服務(wù)器，為企業(yè)提供一個框架結(jié)構(gòu)，把信息傳遞給每一個用戶，包括從高級管理層和生產(chǎn)線的操作員到銷售人員和分支機(jī)構(gòu)，甚至到客戶、供應(yīng)商和合作伙伴。企業(yè)各層次的人員都可瀏覽與之相關(guān)的信息，了解正在進(jìn)行的事件以及提高管理手段；各廠礦有其獨立的IndustrialSQL Server服務(wù)器，采集及處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并通過企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接到主干網(wǎng)上；I/O Server分布在各廠礦控制室現(xiàn)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(xiàn)場的生產(chǎn)情況，與主干網(wǎng)相連的每個用戶的PC機(jī)都可以根據(jù)需要和授權(quán)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(chǎn)實時數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)保持同步，幾乎沒有時間上的延時。IndustrialSQL Server實時工廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個高度可擴(kuò)展的系統(tǒng)， 在系統(tǒng)增加一個數(shù)據(jù)源節(jié)點非常容易，只需要連接該系統(tǒng)的I/O Server，就可以把數(shù)據(jù)采集上來，存儲在IndustrialSQL Server中。

3、系統(tǒng)平臺

    服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Windows2000 Advanced Server，監(jiān)控站操作系統(tǒng)采用Windows2000 Professional。各監(jiān)控站數(shù)據(jù)采集引擎采用IDAS。歷史數(shù)據(jù)庫平臺采用Windows2000 Advanced Server，其上運行InSQL Server，提供歷史數(shù)據(jù)采集、儲存和標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)和INSQL SERVER上的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，而當(dāng)安裝了組態(tài)軟件后，就能對機(jī)組運行情況進(jìn)行直觀的顯示。另外，其它的應(yīng)用子系統(tǒng)也可以通過NETDDE和SQL方式調(diào)用實時信息。

4、歷史數(shù)據(jù)庫

    歷史數(shù)據(jù)查詢接口，分別安裝在歷史數(shù)據(jù)庫平臺和客戶平臺上，以滿足各種用戶對歷史數(shù)據(jù)的需求。歷史數(shù)據(jù)查詢采用SQL標(biāo)準(zhǔn)，簡便、開放。既滿足了系統(tǒng)對歷史數(shù)據(jù)的要求，也方便技術(shù)人員對數(shù)據(jù)的各種要求。

    同其它系統(tǒng)相比，實時監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫有如下要求：

    • 總數(shù)據(jù)量特別大 如果不考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按每個采樣點4字節(jié)，每10秒鐘一次刷新計算，1000個采樣點每個月的累計數(shù)據(jù)量超過1GB。這樣的數(shù)據(jù)量，如果用標(biāo)準(zhǔn)商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來儲存和管理，加上時間片信息和數(shù)值的質(zhì)量信息，可以是數(shù)千個字段幾十萬條記錄的多達(dá)10GB的一個巨型表。
    • 數(shù)據(jù)交易量特別大 對實時數(shù)據(jù)的每次查詢，都是基于上述數(shù)據(jù)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(wù)器資源。

    • 對權(quán)限的要求不高 由于實時數(shù)據(jù)主要是技術(shù)數(shù)據(jù)，對企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)人員來說，一般不存在權(quán)限按字段封鎖等要求，因此，數(shù)據(jù)表可以作為一個整體參與權(quán)限設(shè)置。

4 InSQL Server在系統(tǒng)中的功能實現(xiàn)

    由InSQL Server實現(xiàn)的實時監(jiān)控系統(tǒng)功能強(qiáng)大，它真正滿足當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場對實時數(shù)據(jù)庫的要求。它的強(qiáng)大功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、數(shù)據(jù)采集

    IndustrialSQL Server支持Wonderware公司的fastDDE及SuiteLink協(xié)議，它直接從 I/O server中讀取數(shù)據(jù)，保證了IndustrialSQL Server可以從幾乎所有的控制設(shè)備中采集數(shù)據(jù)。而且，IndustrialSQL Server的獨特設(shè)計使它能夠快速采集模擬量和開關(guān)量。

2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

    IndustrialSQL Server自動建立兩個數(shù)據(jù)庫。一個是Holding，它用來臨時存放輸入到InSQL Server的數(shù)據(jù)。另一個是Runtime，它結(jié)合了通常結(jié)構(gòu)的SQL數(shù)據(jù)表和一些叫擴(kuò)展表的特殊數(shù)據(jù)表，這些特殊的表在OLE-DB中叫遠(yuǎn)程表，客戶程序可以通過OLE-DB來訪問存放在這些表中的數(shù)據(jù)。

    在Runtime數(shù)據(jù)庫中，通常結(jié)構(gòu)的SQL數(shù)據(jù)表具有以下特性：

    (1)  存放配置、事件、小結(jié)、字符串歷史以及相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)
    (2) 數(shù)據(jù)存放在硬盤上由MS SQL Server建立的數(shù)據(jù)設(shè)備/文件中。
    (3) 完全支持Microsoft Transact-SQL 語言。
   
    在Runtime數(shù)據(jù)庫中，特殊數(shù)據(jù)表具有以下特性：
    (1) 存放歷史和實時(Live)工廠數(shù)據(jù)。
    (2)   數(shù)據(jù)存放在硬盤上的歷史數(shù)據(jù)塊(文件)中。
    (3)   完全支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢，包括Industrial-SQL 擴(kuò)展。
    (4)   支持Microsoft Transact-SQL語言。
    (5)   以不同的方式存放歷史數(shù)據(jù)，可以更方便的查詢。

    在Runtime數(shù)據(jù)庫中，IndustrialSQL Server還提供了眾多的數(shù)據(jù)視圖和存儲過程，使客戶程序可以更快捷地訪問數(shù)據(jù)。

3、數(shù)據(jù)存儲
    IndustrialSQL Server自動存儲事件和來自I/O Server的模擬量、開關(guān)量、字符串等數(shù)據(jù)。其它類型的數(shù)據(jù)存放在“客戶化”表中。

  
    IndustrialSQL Server有兩種數(shù)據(jù)存儲方法：周期性存儲和突發(fā)性存儲。

    周期性存儲以一個固定的時間間隔存儲數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

    突發(fā)性存儲是當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，IndustrialSQL Server才存儲。我們可以為每一個突發(fā)性存儲的數(shù)據(jù)設(shè)定數(shù)值和時間死區(qū)。

   
    模擬量既可以周期性存儲，也可以突發(fā)性存儲，開關(guān)量只能配置為突發(fā)性存儲。
 
    (1) 存儲區(qū)域

    小結(jié)、字符串和事件數(shù)據(jù)存放在SQL Server表中，高速采集的大量模擬量和開關(guān)量數(shù)據(jù)存放在叫“歷史塊”的數(shù)據(jù)文件中。模擬量、開關(guān)量、字符串變量的當(dāng)前值存放在內(nèi)存映象中。

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

   
    (2) 配置數(shù)據(jù)

    配置數(shù)據(jù)存放在Runtime數(shù)據(jù)庫的配置表中；這些表的數(shù)據(jù)既可以從組態(tài)軟件的配置文件中直接導(dǎo)入，也可以在InSQL Server中手工輸入。在工廠運行期間，配置信息經(jīng)常會發(fā)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(shù)據(jù)的對應(yīng)性和完整性。

    (3) 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

    IndustrialSQL Server無縫連結(jié)了歷史/實時數(shù)據(jù)和配置、事件、小結(jié)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)。使生產(chǎn)信息和工廠數(shù)據(jù)集成在一起。

    生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生倚賴域工廠和過程的運行情況，保存在InSQL Server中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以包括換班數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、批處理數(shù)據(jù)、資源消耗數(shù)據(jù)、 計劃數(shù)據(jù)等等。生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以存放在用戶自定義的數(shù)據(jù)表中。

    由于IndustrialSQL Server完整的存儲了生產(chǎn)數(shù)據(jù)，使一個工廠的商業(yè)數(shù)據(jù)真正和工廠過程數(shù)據(jù)緊密結(jié)合在一起。我們可以很方便的找出工廠、員工、成本之間的內(nèi)在聯(lián)系。而且，越來越多的第三方解決方案幫助實現(xiàn)了適用于各行各業(yè)的數(shù)據(jù)分析手段。

4、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫中找到所需的數(shù)據(jù)，再返回給客戶程序。如果客戶程序支持OLE-DB，客戶程序的數(shù)據(jù)請求由InSQL OLE-DB提供者處理。

   
    IndustrialSQL Server用擴(kuò)展的Industrial-SQL語言來查詢存放在擴(kuò)展(遠(yuǎn)程)表中的歷史和實時數(shù)據(jù)。Industrial-SQL支持時間域的功能，包括：

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

    (2) 對實時數(shù)據(jù)的連續(xù)查詢。IndustrialSQL Server可以自動地返回不斷變化的實時數(shù)據(jù)。

    SQL Server數(shù)據(jù)表和擴(kuò)展(遠(yuǎn)程)數(shù)據(jù)表的結(jié)合使客戶程序具有查詢各種各樣數(shù)據(jù)的強(qiáng)大功能，由于IndustrialSQL Server是一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，它可以有效地連結(jié)來自于各種不同數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)。

5、事件系統(tǒng)
 
    一個工廠中存在著啟動和關(guān)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(jì)錄這些事件，并采取相應(yīng)的動作。IndustrialSQL Server可以定義這些事件及對應(yīng)于每個事件的響應(yīng)動作。例如：檢測到一個鍋爐過程的完成可以觸發(fā)報表的建立，檢測到班次的輪換可以觸發(fā)Web網(wǎng)頁的自動更新，檢測到故障的發(fā)生可以觸發(fā)系統(tǒng)自動給維護(hù)人員發(fā)送一個電子郵件等等。IndustrialSQL 根據(jù)歷史數(shù)據(jù)來檢測事件的發(fā)生，并執(zhí)行定義好的動作。

6、安全性

    IndustrialSQL Server利用MS SQL Server功能強(qiáng)大的安全系統(tǒng)來保障存放數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的安全。每一個數(shù)據(jù)庫用戶必須在服務(wù)器上擁有一個帳號，用戶可以進(jìn)行的操作由定義在用戶帳號中的信息決定，系統(tǒng)用這些信息來判斷用戶訪問數(shù)據(jù)庫的權(quán)限，包括：誰可以登陸到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；用戶可以訪問哪些數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)等等。

7、系統(tǒng)監(jiān)視與診斷

    IndustrialSQL Server用一個系統(tǒng)監(jiān)視驅(qū)動程序“SYSDRV.EXE”監(jiān)視整個InSQL Server的運行狀況。這個驅(qū)動程序支持遠(yuǎn)程監(jiān)視，并能提醒用戶系統(tǒng)產(chǎn)生的問題。

    重要數(shù)據(jù)(如數(shù)據(jù)吞吐量、出錯信息、剩余磁盤空間等)和系統(tǒng)事件變量都通過系統(tǒng)監(jiān)視驅(qū)動程序采集，并以和工廠數(shù)據(jù)同樣的方式存放。

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

5 結(jié)束語

    選擇InSQL Server作為實時監(jiān)控系統(tǒng)的核心實時數(shù)據(jù)庫，是因為它在應(yīng)用上有其它數(shù)據(jù)庫所不具備的能力和速度,能幫助解決大型工廠實時監(jiān)控中的障礙和麻煩。

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