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組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，是建立在系統(tǒng)監(jiān)控層的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境。以組態(tài)方式提供用戶開發(fā)界面和使用方法，組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)可分三個層次，如圖1所示[1]。

組態(tài)軟件的層次結(jié)構(gòu)
圖1　組態(tài)軟件的層次結(jié)構(gòu)
Fig.1 Hiberarchy of configuration software

**層是與現(xiàn)場控制站相連的I/O驅(qū)動程序接口模塊，它主要完成上層軟件與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)信號的轉(zhuǎn)換和緩存。I/O驅(qū)動程序之上的中間層是實時數(shù)據(jù)庫控制模塊，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和控制，并對圖形顯示模塊、實時趨勢模塊和報警模塊進行通信控制。最上層是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫控制模塊。主要完成用戶對數(shù)據(jù)庫提出的各種操作查詢請求，根據(jù)要求定期對數(shù)據(jù)庫進行維護管理和備份，包括實時數(shù)據(jù)記錄庫、登錄庫和其它的事件、操作、故障記錄庫，并通過它實現(xiàn)報表生成、歷史曲線的顯示等功能。

2 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計

實時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件的核心，實時數(shù)據(jù)庫能夠及時準確地獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)是整個工業(yè)控制系統(tǒng)正常工作的基本前提。實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是事務(wù)調(diào)度中心，數(shù)據(jù)采集事務(wù)、圖形顯示事務(wù)、報警事務(wù)、歷史存盤事務(wù)等都由實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的事務(wù)調(diào)度系統(tǒng)完成，從而達到監(jiān)控的實時性、正確性和一致性。

2.1實時數(shù)據(jù)庫的存儲策略
設(shè)計實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時，考慮到時空矛盾，應(yīng)該優(yōu)先考慮系統(tǒng)的效率。實時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件的核心，應(yīng)該根據(jù)組態(tài)軟件對不同類型的數(shù)據(jù)所要求的響應(yīng)速度以及數(shù)據(jù)量的大小來制定數(shù)據(jù)的存儲策略。為此，我們采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文件管理系統(tǒng)和內(nèi)存緩沖區(qū)三者相結(jié)合的方法，利用多種存儲介質(zhì)來構(gòu)建組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)庫。

（1）對于需要長期保存的非共享數(shù)據(jù)(如采樣值的數(shù)模轉(zhuǎn)換系數(shù)、控制組態(tài)值等)采用文件管理系統(tǒng)直接存取。
（2）對于數(shù)據(jù)量大而工控軟件無特殊要求的共享數(shù)據(jù)(如操作者紀錄等)，將其存放在外存數(shù)據(jù)庫中。外存數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫，由實時數(shù)據(jù)庫提供的接口函數(shù)對它進行操作。
（3）對于每個采樣周期都要更新的數(shù)據(jù)。這樣，通過使用外存數(shù)據(jù)庫(Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫)、文管系統(tǒng)和內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(實時數(shù)據(jù)庫)，既保證了數(shù)據(jù)的共享性、獨立性、安全性、完整性，又節(jié)約了內(nèi)存，保證了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

2.2實時數(shù)據(jù)庫的功能模塊

我們采用面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）技術(shù)，將實時數(shù)據(jù)庫定義為類的形式。各功能模塊通過對實時數(shù)據(jù)庫的接口函數(shù)調(diào)用實現(xiàn)與實時數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)，現(xiàn)將實時數(shù)據(jù)庫類的各操作函數(shù)定義為幾個操作模塊，如圖2所示。



現(xiàn)將圖2中各模塊說明如下：
（1）初始化模塊：實時數(shù)據(jù)庫是以數(shù)據(jù)鏈表的方式存放在內(nèi)存中，在系統(tǒng)運行之初，按照用戶組織好的數(shù)據(jù)庫動態(tài)生成實時數(shù)據(jù)庫類，并根據(jù)組態(tài)數(shù)據(jù)庫域的內(nèi)容給相應(yīng)的實時數(shù)據(jù)庫類對象賦值，從而完成初始化工作。同時建立SQL歷史數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫各數(shù)據(jù)對象對應(yīng)的對象名索引，從而提高訪問數(shù)據(jù)的速度。
（2）基本操作模塊：提供對數(shù)據(jù)對象的基本操作，如對數(shù)據(jù)對象的查找操作，通過數(shù)據(jù)對象名或ID取得數(shù)據(jù)對象的其他屬性，或通過名稱取得數(shù)據(jù)對象的ID等等。
（3）數(shù)據(jù)采集模塊：實時數(shù)據(jù)庫中的每個數(shù)據(jù)對象都對應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場的某種實時量，并與現(xiàn)場狀態(tài)保持一致。數(shù)據(jù)采集模塊負責(zé)對指定設(shè)備進行讀操作，將現(xiàn)場設(shè)備值寫入內(nèi)存緩沖區(qū)。
（4）讀寫數(shù)據(jù)模塊：根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫類對象的屬性調(diào)用相應(yīng)的讀寫方法，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)對象的讀寫操作。
（5）計算模塊：完成實時數(shù)據(jù)庫的計算功能，并觸發(fā)相應(yīng)事件。
（6）顯示鏈接模塊：主要完成動態(tài)顯示、實時趨勢功能，使圖形、實時數(shù)據(jù)報表、實時曲線圖的顯示與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的變化保持一致。
（7）數(shù)據(jù)存儲模塊：按照實時數(shù)據(jù)庫類對象的屬性決定記錄方式，并觸發(fā)相應(yīng)方法將需要保存的數(shù)據(jù)存入SQL Server數(shù)據(jù)庫中。
（8）報警模塊：讀取數(shù)據(jù)對象的報警上下限，以及存儲報警信息。
（9）事故處理模塊：進行事故判斷、報警、防止事故擴大對有關(guān)設(shè)備的操作，保存事故前的操作記錄及現(xiàn)場參數(shù)值。

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