流程工业企业综合自动化系统一体化平台实时数据库的研究.doc

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实时数据库的研究 林献坤 ，李爱平 ，池贤伟 ，罗魏康 （同济大学 现代制造技术研究所，上海 福建南平铝业有限公司，福建） ； 摘 要 分析了流程工业企业综合自动化系统的实时数据库系统软件在实际应用中存在的问题， ： 提出了 用一体化平台的思想来解决流程工业企业中的自动化孤岛的问题， 借助 建模方法， 建 立了一体化平台的实时数据库模型， 介绍了一种用双哈稀链表映射取点法构架一体化平台实时 数据库的方法， 文章最后给出了基于该方法构建的实时数据库系统在某电解铝厂综合自动化应 用中的一个实例。 关键词：流程工业；综合自动化；一体化平台；实时数据库 中图分类号 ： 文献标识码 文章编号 （） ： ： 引言 流程工业指主要生产过程为连续生产（或较长一 段时间连续生产）的工业，包括石化、 冶金、 电力、 轻 工、制药、环保、水利等，是国民经济中占主导地 位的行业。 全球强行业中， 流程工业企业有 余家，占 ，其营业收入占总收入的 。我 国流程工业年产值占全国企业年总产值的 ，流 程工业的发展状况直接影响国家的经济基础， 是国 家的重要基础支柱产业 。 在信息时代的今天， 企业 的自动化、 信息化的水平成为一个企业是否具有竞 争力的一个重要指标， 建立企业的综合自动化系统 是提高企业的自动化和信息化水平的关键。 流程工业的综合自动化系统一般由三层体系结 构（如图所示）。 由于工业企业自动化系统的种类 多样性和功能重叠性， 造成了企业综合自动化系统 架构和软件平台选择存在种种困难。 在一些企业的 综合自动化系统中， 底层控制系统的功能非常先进， 高层 系统的功能也相当完整，但应用效果并不 理想。 尽管企业综合自动化系统应用不成功的因素 是多方面的，但缺乏面向制造过程的 来连接底 层的控制系统和高层的经营计划决策系统是关键 的因素之一， 从图中可以看出， 建立起满足 和各种工业过程的 系统应用的一体化工业 自动化与信息化的实时软件平台，可以为 连接 高层 系统，提供数据通道上的支持，企业自动 化与信息化的实时软件平台的核心技术是实时数据 库。 因此研究流程工业的实时数据库结构和功能 具有重要的意义。 图流程工业三层梯阶体系结构 商用实时数据库系统在应用中遇到 的问题 实时数据库系统 （ 收稿日期 ： 作者简介 林献坤（），男，福建仙游人， ： 同济大学现代制造技术研究所， 博士研究生， 研究方向为制造系统与自动化、 先进制造技术。 第 卷 第期 【】 制造业自动化 ）是数据库与实时系统相结合的一种新型数据 库。由于 在传统数据库的基础增加了时序一 致性和可预知性的要求，使得设计 更加复杂， 研究和发展远远落后于非实时数据库的发展。 在 市面上流行的可用于工业企业实现综合自动化系统 的实时软件中，来自国外的主要有 系统、 、 、 、 、 等， 来自 国内的主要有组态王、力控系统等，这些产品仅仅 局限于某一领域的应用， 尚未建立统一的通用型商 业平台等。 在企业内各个部门根据自己需要选用适 合于自己具体应用的 ，这些应用很难实现 的所有功能，也很难形成统一的 标 准， 在企业内就会存在多个实时系统同时运行的情 况， 甚至在一个中控室内可能存在两个或多个系统， 各个系统孤立存在， 给运行人员的维护带来很大的 困难，也给综合自动化系统的实施带来问题。企业 内表现最为典型的是能源动力自动化系统与工艺上 的 系统运行相互脱 离，分析实时数据库系统 在应用上主要存在以下几 个方面的问题。 各个行业要求的标 准不一致，往往表现在操 作流程上不一致性，如操 作能源动力系统的开关时 需要有遥控选择、遥控返 校、遥控执行等操作步骤 的要求，而商用的工控实 时软件都未支持该项功能。 未充分提供系统数 据服务的功能。商用的 构架的方式一般如 文献描述那样， 只支持 前向通道的组态而未提供 后向通道的组态，使系统 成为自动化的孤岛。 每种系统的前向通 道组态的功能都有限制， 不提供通道接口的二次开 发，虽然有 的统一标 准，但也很难满足企业对 各种数据通道接入的要求， 的选型往往是随设 【】 第 卷 第 期 备的选型而定。 每种系统都有实时数据库测点容量的限制， 选择大容量测点的 时，系统组态困难、需要 花费成本也较高。 基于以上分析， 可以研究开发具有开放性的适 合流程工业应用特点的一体化平台系统来解决上述 存在的问题， 建立这种一体化平台的关键是建立起 一体化的实时数据库系统。 一体化平台实时数据库的设计 实时数据库模型的建立 是一种语义数据模型化建模方法，由 于它在建立信息模型方面具有许多优势， 因此本文 选择它来建立实时数据库模型， 模型成分 有：实体、 联系和属性关键字， 其中， 实体表示一 个现实和抽象具有相同属性和特征事物的集合， 联 图描述的实时数据库关系模型 制造业自动化 系是实体之间的一种连接或联结， 属性表示一类现 实或抽象的事物的一种特征和性质 。 如图所示为 用 建模的一体化平台实时数据库关系模型， 由于篇幅关系， 对实时数据库的模拟量和状态量没 有全部描述；其中的 参数是数据服务应用集参 数， 通过该参数可以把实时数据库的数据通过标准 通讯规约为企业内的其他系统提供服务。 实时数据库接口及结构的设计 （） 实时数据库的接口 设计原则遵循接口标准化和数据访问实时性的 要求设计数据库接口，如图 所示，实时数据库同 时提供有 语言的 函数接口、支持组件模型 的 接口、支持 语言的 接口；其中 前向通道、 后向通道的通讯都能借用规约驱动动态 库来实现， 前向通道为实时库的实时数据来源通道， 后向通道为其他应用软件的数据服务通道；为了实 现软件接口上能扩展出不同的应用软件的功能和满 足实时性的要求， 同时支持软件能运行在不同的系 统节点上， 实时数据库还留有专用网络通讯的内部 软总线的接口。 图单哈稀链表通道参数实时库结构 如图所示， 通道参数实时库的一阶内存结构， 图中的为通道参数哈稀表的 索引指针， 为通道参数首指 针， 其他应用程序可以通过函数 和 函数来全局影像该段内存。对于 二阶的内存扩展结构的数据库采用双哈稀链表映射 取点方法访问，如图 表示的是一个访问模拟量结 构的例子，图中表示有两个哈稀表，图中的（）为 设备模拟量点首索引指针， （）、 （）指针为每台设备模拟量点的索引偏移指针， 为模拟量参数类的一个实例， 为全局模拟量参数访问的索引指针， 因此访问一个模拟量点可以从两个哈稀表中映射得 到，一个哈稀表支持链表访问，另外的哈稀表和 点一一对应，实现直接顺序访问。 应用实例 图开放实时数据库的接口方式 （） 实时数据库的结构 实时数据库的结构一般有两种：顺序表结构和 链表结构， 顺序表优点是实现随机存储，速度快， 缺 点是在顺序表长度的估计上有难点，估计过大，浪费 存储空间； 估计不足， 难以存放下数据，特别在一体化 的平台上用顺序表的方法估计测点会使实时数据库 异常庞大 链表由于其长度是根据需要动态申请的， ； 克服了顺序表在此方面的缺点， 但其非随机存储，在 结点检索上浪费时间 。 基于顺序表和链表的优缺 点，本文设计了以动态申请内存的方法。对于一阶 内存扩展结构的数据库采用单哈稀链表， 对于二阶 内存扩展结构的数据库采用双哈稀链表，从图 中 可以区分出各种参数内存扩展结构， 哈稀表中指示 连接前后结点的偏移指针， 哈稀表和数据内存为连 续内存。 某电解铝厂内需要建立的自动化系统的环节有 包括 座电解槽、 台整流机组、 座 开关 站、 座 开关站以及其他的油风水辅助系统； 要求实现这些对象的 系统，能源管理 系统、防误操作管理系统，智能操作管理系统；实 现与企业的 系统有接口。系统通过光纤双环网 实现以太网构建，实现了整流配电系统的自动化、 整流机组的自动化和电解铝生产工艺自动化， 系统 采用一体平台的实时数据库系统， 使这些子系统可 以实时互动运行，实现了大闭环的恒流控制、恒安 时控制、最大需量控制和峰谷平控制，解决企业内 需要布置多种系统的问题，为企业创造了效益、节 约了成本。投运的系统达到以下的一些技术指标： 自动稳流精度、 最大需量调节周期分钟、 恒 安时偏差补偿 分钟、遥信变化时间 、主备通道 切换， 如图所示为实时系统在现场运行的效果。 【下转第 页】 第 卷 第期 【】 制造业自动化 过程控制综合实验台涵盖了温度、 压力、 流量、 液位四个典型的过程控制参数， 可通过对其管路上 阀门切换来构成数十种过程控制实验， 把涉及的各 种功能均综合在一个台上，系统结构紧凑，功能强大。 基于互联网的过程控制综合实验台与远程实验 系统是计算机网络技术与传统实验的整合和提升， 可以实现小时无人执守地开放， 充分利用了教学 资源， 解决了实验学时有限， 实验设备不足的问题。 本综合实验台与远程实验系统不仅实现了实验资料 和测试经验的网上共享，而且可以通过互联网开展远 程异地实时实物实验，实现了以实验设备共享为基础 的实验系统网上共享，构建了开放、 并行和资源共享 的科研和教学实验平台。 基于网络的实验教学模式 【上接第页】 具有成本低、 灵活、 易于升级换代和维护等特点， 必将有着广阔的发展前景。 参考文献： ， ，： ， ，： 网上虚拟实验教学初探 中国大学教学， 瞿 曌 （）： 胡倩， 金心宇， 唐震洲， 周鹏技术及其在 网络化测试中的应用 电测与仪表， （）： 瞿 曌网上虚拟实验的研究与教学 开放教育研究， （）： 改、 删除与插入数据库记录， 同时也保证了 系统的实时性，实际的应用表明研究设计 的方法是可行的。但为了保证一体化平台 的实时数据库真正成为企业综合自动化系 统的核心，需要对实时库的安全性问题做 进一步研究，如实时数据库的在线安全事 务管理，实时数据库网络安全问题等。 参考文献： 夏立玲，陆金桂 流程工业库存管理系统的设计 与开发 计算机与现代， 长河清，俞金寿 面向流程工业的及其关键 技术 自动化仪表，（） 邵惠鹤企业自动化与信息化的实时软件平台与 实时数据库 动化博览，： 自 何新贵， 唐常杰， 李霖，等 特种数据库技术 北京：科学技术出版社， 田燕燕， 陈东方，等 组态软件的设计与实现方 法 大庆石油学院学报，（） 王荃， 金海东， 李福中 工控组态软件实时数 据库系统的设计与实现 化工自动化及仪表， ，（）： 月吕涌， 皇甫正贤 组件化结构的组态软件的 研究与开发 电气传动自动化， ， （） 陈禹六 建模分析和设计方法北京：清华大学出 版社， 王天华配电自动化系统中对象关系实时数据库的开发 电力系统自动化，（） 窦玉东，等 变电站自动化系统实时数据库的研究 西 安理工大学学报， ， （） 刘尊德，张永洪，林杰，韩国荣 在电解铝整流 所的应用 电气传动， （） 第 卷 第期 【】 图双哈稀链表模拟量实时库结构 图实时系统在现场运行的两个效果图 总结与展望 文章分析研究了流程工业实时数据库在应用中 存在的问题， 提出了构架一体化平台实时数据库的 构想，建立了实时数据库的数据模型，设计了一体 化平台实时数据库的接口和结构， 在设计上糅合了 顺序访问和链表访问的优点，使系统方便增加、修1精品文档就在这里-各类专业好文档，值得你下载，教育，管理，论文，制度，方案手册，应有尽有-精品 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