### 工业实时数据库的研究和设计 #### 一、引言 随着现代工业的迅猛发展,尤其是计算机技术在工业过程控制中的广泛应用,工业自动化水平得到了显著提升。控制系统规模的不断扩展和集成化程度的加深,对工业控制软件提出了更高的要求。工业实时数据库系统作为工业控制软件的核心组成部分,与配套的控制组态、数据分析等子系统一起,构成了企业的实时数据平台,为面向大型实时数据应用系统和企业上层管理分析系统提供了坚实的基础。 #### 二、工业实时数据库系统概述 ##### (一) 应用要求 实时数据库系统需要结合实时数据处理技术和传统数据库技术,并同时满足数据实时性和一致性的要求。具体来说,实时数据库系统具有以下几个关键特点: 1. **时间约束**:实时数据库中,数据和事务都有明确的时间限制。数据主要来自于外部的动态数据,以及基于这些数据计算得出的新数据。数据库中的数据必须准确反映现场设备的运行状况。 2. **事务调度**:实时数据库系统的正确性不仅取决于事务的逻辑结果,还取决于该结果产生的时机。事务调度需考虑事务的执行时间、截止期限及紧迫程度等因素。 3. **数据存储**:实时数据库主要负责系统所有实时数据的存储和管理,为相关功能提供快速、准确的信息。为了达到实时性要求,实时数据库在系统运行过程中应常驻内存,以确保读取速度。对于实时性要求较低的数据,则可以存放在外存储空间。 4. **数据在线压缩**:在实际数据存储中,实时数据库需要解决如何高效处理海量数据的问题。为了避免占用大量内存和磁盘空间,以及减少CPU时间消耗,必须对实时数据进行在线压缩存储。 结合以上特点,实时数据库系统作为工业控制系统中的实时数据管理和共享软件,必须具备以下功能: - 能够有效集成现场的各类数据,为应用程序提供统一的实时数据平台。 - 实现对实时数据的采集、存储和管理,并能接受对实时数据的查询和修改。 - 通过脚本形式定义和配置数据库,并提供图形化管理工具。 - 具备开放性,能通过标准接口开发和集成第三方应用。 ##### (二) 系统设计 **2.1 系统结构** 本文介绍的实时数据库系统作为服务器端,在Windows操作系统和Linux操作系统中分别以NT服务和守护进程的形式在后台运行。工业控制应用程序作为客户端,通过预定义的标准接口与实时数据库服务器进行通信。具体系统结构如图1所示。 **图1 系统结构图** - **核心模块**:核心模块是实时数据库系统的心脏,负责数据的实时处理、存储和调度等功能。这一模块通常包括数据处理引擎、事务调度器、数据存储器等组件。 - **数据接入模块**:负责从各种数据源(如传感器、设备控制器等)收集数据,并将其转换为系统内部格式。 - **数据存储模块**:用于存储实时数据,根据数据的重要性和实时性需求,可以选择不同的存储策略(如内存存储、硬盘存储等)。 - **数据访问模块**:提供给应用程序使用的接口,用于查询和更新实时数据。 - **安全管理模块**:确保数据的安全性,包括用户权限管理、数据加密等。 - **系统管理模块**:用于监控系统状态,配置系统参数,如数据压缩算法的选择、事务调度策略的调整等。 **2.2 关键技术** - **实时数据压缩技术**:采用高效的数据压缩算法,在不影响数据完整性和实时性的前提下,减少存储空间的需求和提高数据传输效率。 - **事务调度技术**:针对不同优先级和截止期限的事务,采取合理的调度策略,确保重要任务能够在规定时间内完成。 - **数据同步技术**:在多用户、多站点环境中,实现数据的一致性和完整性。 - **高可用性和容错机制**:通过冗余备份、故障检测与恢复等手段,提高系统的稳定性和可靠性。 #### 三、结论 工业实时数据库系统在工业控制领域占据着极其重要的地位。通过对工业控制应用对实时数据库的具体要求进行深入分析,并结合实际需求设计实现了一套完整的工业实时数据库系统,该系统能够有效地集成现场各类数据,提供统一的实时数据平台,并具备数据实时采集、存储、管理及在线压缩等功能。此外,系统还具备良好的开放性和扩展性,能够方便地集成第三方应用,为现代工业控制系统的高效运行提供了强有力的支持。
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