实时数据库在控制系统中应用设计.doc

实时数据库在控制系统中应用设计 　　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