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1、呼伦贝尔学院计算机科学与技术学院本科生毕业论文(设计)题 目：实时数据库在工业自动化中的应用学生姓名： 王占根 学 号： 2010121108 专业班级： 2010计算机科学与技术(一)班 指导教师： 刘仁山 完成时间： 2014年5月20日 III摘 要在现代工业化和信息化公司每天有大量的数据需要处理和保存，数据库系统既要保证有快速的数据采集速度，又要具有海量的存储能力，选用工业实时数据库才能满足性能要求。工业实时数据库主要应用于工业现场的实时数据和应关键词 实时数据库系统；MES；DSC；流程图组态AbstractIn modern industry and information tec

2、hnology companies have a lot of data to be processed and stored daily , the database system is necessary to ensure fast data acquisition speed , but also has a massive storage capacity , the choice of industrial real-time database to meet performance requirements. Industrial real-time database is ma

3、inly used in industrial -site storage and real-time data management and application terminal data. Management is responsible for the implementation of MES Keywords real-time database configuration , MES , DSC, flowchart目录摘 要IAbstractII第章 绪论21.1 前言21.2项目背景21.3 实时数据库21.3.1 实时数据库的定义21.3.2 实时数据的特性21.3.3

4、 实时数据库和关系数据库的区别2第2章 需求分析22.1 系统可行性分析22.2 系统需求分析2第3章 系统总体设计23.1 总体结构23.2 实时数据库设计23.2.1 E-R模型图23.2.2表结构设计2第4章 系统设计的实现24.1系统结构24.2 系统功能24.2.1 生产实时监控24.2.2 生产报表统计24.2.3 调度监控24.2.4 物料平衡24.3 网络的架构24.4实时数据库的关键技术实现2总结2参考文献2致谢2第章 绪论1.1 前言随着全球信息快速的发展，当今的各类生产过程，如冶金、化工、炼油、等行业，其生产规模向大型化方向迅速发展，形成了生产过程的高度连贯性和强化操作等

5、1.2项目背景为推动青海盐湖海纳化工有限公司建设一套全场MES生产管理系统管理朝规范化方向发展，在具备先进的生产设备管理及配置先进的仪器的基础上，实现生产管理信1.3 实时数据库实时数据库是用于工业自动化的工厂里实现从现场生产设备上的仪表、流量计、液的合成技术之一；这好比飞机上安装的“黑匣子”里面记录着实时数据和历史数据。1.3.1 实时数据库的定义 现如今，早期的数据库（比如关系数据库）技术早已发展为一种较为成熟的技术，数据库几乎应用到各个领域，但是数据库对于与实时密切相关的实时数据应用，比如流程作业的数据管理。在以前传统数据库技术似乎不能满足现在工业需求，因此产生了实时数据库（RTDB，R

6、eal Time DataBase）技术。当今电子领域的证券交易、电力调度、流程控制行业的生产控制等，这些应用都有与传统的商务或处理事务型应用有着不同的突出特点：1.3.2 实时数据的特性实时数据库的主要突出在数据的时效性和事务处理的定时限制，主要有以下特点：1.实时数据的时效性和推导新数据时在时间上的相互一致性。2.事务的定时限制实时数据处理即是实时事务型也有定时限制（定时可以是绝对、相对或周期时间）与数据一致性要求等多方面因素。1.3.3 实时数据库和关系数据库的区别 说起数据库，大家都耳熟能详比如说，SQL Server、Oracle等关系型数据库。事实上，数据库的种类非常多，在计算机发

7、展的历史上，存在着多种类型的数据库。时数据库等等2。本文将对表1-1的实时数据库和关系数据库进行简单的介绍。 表 1-1 实时数据库和关系数据库区别比较项目实时数据库关系数据库应用领域被应用到电力、化工、冶金等流程工业生产领域处理时时不断变化快的数据及具有限制。主要应用到网站后台管理数据库、电子交易、金融管理等。开发目的及时响应实时变化的数据维护数据的实时性、历史性、真时性，满足工业生产管理和实时性应用需求。处理稳定、永久的数据，维护数据完整性、一致性，不能处理有关数据及处理定时限制，所以不能满足工业生产管理实时应用的需求。读写速度（/s）1000003000历史数据压缩有压缩无压缩磁盘空间占

8、用率在单服务器处理情况下可处理30万点，扫描周期频率为1秒下实时数据库存储200小时数据仅占用4G磁盘空间。在相同条件下在关系数据库6小时数据就达到4G磁盘空间。数据恢复无有第2章 需求分析现在的工厂大部分都采用国内外先进的网络技术、 数据通讯、 软硬件技术和应2.1 系统可行性分析进行对系统的可行性分析研究，是系统设计之前的一个必不可少的环节。可行性分析（Feasibility Analysis）也称为可行性研究，是在系统调查的基础上，针对新系统的开发是否具备必要性和可能性，对新系统的开发从技术、经济的方面进行分控制系统在工业厂早已得到了很好的普及，其硬件平台都足以满足此系统的需要。该系统的

9、使用界面友好，操作方式简单易学，只需对管理人员进行简单培训即可轻松掌握其操作。因此，此系统在技术上是可行的。2.2 系统需求分析MES生产系统分为生产监控数据、生产报表、物料平衡、调度监控功能。这四者MES系统功能如表2-1所示。表2-1 MES系统功能表功能类型描述生产监控数据满足企业厂区对物料流量监控、物料平衡监控以及对实时数据进行监控分析物料流量对报警数据进行存储还可以对历史数据趋势分析出某一时刻的生产情况。生产报表对厂区整个生产过程的能耗数据、产量数据、物料耗用数据、关键工艺过程数据或工艺指标经过数据分析以报表方式展示到客户端。物料平衡通过物料平衡这一功能模块可以看到水、电、风能的每日

10、消耗情况，而且物料平衡同时也满足生产调度的要求，生成调度日报、生产日报等报表。调度监控在调度监控功能里主要有各生产装置监视重点数据源，还要计算每天、每月生产过中需要投放多少源料和配料。第3章 系统总体设计通过对第2章的详细需求分析和详细研究之后，最终以系统总体设计实现如下，将会按照总体结构、实时数据库设计、表设计、E-R图等。3.1 总体结构为搭建西宁化工生产过程自动化系统，需要关于很多现代计算机网络技术、信息技如图3-1 所示：过程控制系统经营决策经营计划人力资源财务管理成本分析投资管理经营决策管理部门物资供应部门供应管理库存管理销售管理部门销售管理客户管理生产计划管理能源管理工艺管理成本管

11、理物料跟踪作业调度生产善分析生产过程管理生产部门管理实时数据库VCM控制系统PVC控制系统锅炉系统烧碱控制系统VCM、烧碱、PVC、锅炉各生产装置设备、生产执行系统经营决策系统图3-1 系统总体设计结构根据图3-1系统总体设计结构叙述化工企业业务流程模型和管理模式，建立了经营决策系统、生产执行系统和过程控制系统三层框架的企业自动化系统结构，图3-1的要重视产品质量和批次，实时监视产品的制造过程；顶层的生产过程信息管理系统以产品生产过程信息为处理对象，都焦聚于分析处理和生产过程信息的方面。3.2 实时数据库设计实时数据库设计就是为了满足生产管理系统的处理和信息需求，从而有效的采集数据进行存储，对

12、于一个整体的应用环境，实时数据库设计是最优的数据库模型，创建实时数据库及数据表。它能够实现能效分析的基础数据，而且也是生产管理信息系统开发的重心4。根据MES生产系统总体方案的实现，以及各能耗点的分布，并且确定能效分析系统数据库所需要设计的数据表，根据调查研究现在化工厂企业的情况，确定各表的属性。因此，在实时数据库中建立名为YHHN的数据库。 3.2.1 E-R模型图该实时数据库和历史数据库主要存储的对象是生产过程数据，它主要有以下特点：时效性、带时标、连续性，比如现场的液位计、温度、压力表等模拟量。从基础时间数据生产报表、物料平衡表、 调度监控表等等。以下详细描述了MES系统的数据库实体E-

13、R 图： 图3-2 生产监控E-R图图3-3 生产报表E-R图图3-4 调度监控表E-R图图3-5 调度监控表E-R图3.2.2表结构设计在MES生产管理的实时数据库中包含的表主要有生产监控数据表、生产报表、物料平衡表、调度监控表等。主要建立的表如下：1.生产监控数据表如表3-1所示。内容包括化工生产的需要各种生产设备的位号名和数据源以及数据的在线监测。 表3-1生产监控数据表字段名称数据类型说明序号整型指的工艺位号的顺序（主键）单位字符串描述公用原料消耗的单位续表3-1生产监控数据表字段名称数据类型说明描述字符串描述工艺原料消耗的说明DCS位号字符串型从DCS设备上把位号的值传送到数据库里2

14、.生产报表如表3-2所示，主要就是指生产报表管理系统整合MES的数据和其他相关数据，经过数据分析过程，最终形成报表展示给终端用户 表3-2生产报表字段名称数据类型说明项目名称字符串量是对工艺原料消耗的描述出库量整型 成品的出库量3.物料平衡如表3-3 所示，通过对生产过程各种工艺参数数据采集，建立物料平衡模型。实时掌握生产流程各种物料情况，及时组织物料供应，合理调整系统液量，做到均衡组织生产 表3-3物料平衡表字段名称数据类型说明年累计实整型 一年的原料消耗了多少4.调度监控如表3-4 所示，指的是把各种工艺参数数据以流程图的形式展示到屏幕上然后把生产调度数据投射到大屏幕。表3-4 调度监控表

15、字段名称数据类型说明项目名称字符串量是对工艺原料消耗的描述位号名字符串量指的是工艺单耗的位号名单位字符串量描述公用原料消耗的单位第4章 系统设计的实现经过对上一章的实时数据库概要设计以及详细设计，最后以图4-1系统结构图分析如下。将按照系统结构、系统功能、网络的架构等功能进行展示。流程图浏览青海盐湖海纳西区MES生产管理系统生产报表调度监控系统物料平衡实时生产监控客户端实时数据库DCS/PLSVCM生产装置区烧碱生产装置区PVC生产装置区锅炉生产装置区氧化镁生产装置区Opc4safety接收数据4.1系统结构图 4-1 系统结构图在这个生产场区所有用户通过局域网用packager的View流程

16、图浏览查询当前工艺流程的实时数据，运行实时数据查询可以查看工艺生产的实时数据，历史数据可查看历史的报警信息以及对管理信息统计分析部分采用的软件结构是C/S结构。4.1.1系统结构数据流向过程 4.2 系统功能生产管理系统的一个重要特点就是将大量的各部门和各专业的信息按照一定的标准和规范，置于统一管理之下，使生产各部门的工作有一个标准化和规范化的数据基础，而且在这一基础上，通过信息系统提供的规范化的作业流程，实现生产管理的规范化和自动化6。为了能够顺利地实现数据与资源的有效共享，在生产管理系统项目的建设中，在遵循国标和行标的基础上，还应遵循盐湖海纳集团制订的相关标准和规范，见如图4-2。图4-2

17、 MES系统4.2.1生产实时监控通过采集全厂各生产过程控制系统实时生产数据，建立全厂实时数据库，对各生产流程进行统一的监视和查询。对生产数据进行综合处理以形成全厂生产报表，以满足生产管理部门快速、高效地对过程收据进行采集、查询和处理的要求。数据库实时数据刷新周期应不超过10s；画面动态刷新数据的总量应能满足监视要求，画面实时数据刷新周期应不超过10s，调用任一画面的时间应不超过3s。设备在线实时监测系统的时钟时间必须与机组DCS系统等下层控制系统时钟时间同步，见如图4-3。图4-3 实时监控生产过程实时数据、能耗数据采集到实时数据库。通过各工序的控制系统、数据采集站及智能仪表与生产调度管理系

18、统联网通讯，进行实时、准确、完整地获取生产过程技术数据，快速地将生产数据采集到生产调度管理系统实时数据库，具体有如下展示功能，分别见如图4-4实时数据监控分析图、图4-5历史数据趋势分析图。 图4-4实时数据监控分析图 图4-5历史数据趋势分析图4.2.2 生产报表统计系统应具有形成企业生产过程管理所需要的各类报表的能力，按照企业规划生成企业所需要的各类报表。树形结构显示在屏幕上，当需要显示或打印报表时，只需点击报表名即可。4.2.3 调度监控提供数据存储平台、分析用的各种计算模块、数据挖掘工具等进行二次开发，满足经4.2.4 物料平衡 通过对生产过程各种工艺参数数据采集，建立物料平衡模型。实

19、时掌握生产流程各种物报警历史趋势的分析，为生产组织、调度指挥、技术管理、岗位操作等提供及时准确依据。4.3 网络的架构 现考虑到青海盐湖海纳化工厂厂区的网络架构还不够太完善，因为厂区有些生产车间还核心交换核心交换万兆防火墙万兆防火墙接入交换机接入交换机IPS千兆防火墙千兆防火墙数据中心区域西区区域汇聚交换机MES系统IDSIDSME系统图 4-6 网络架构4.4实时数据库的关键技术实现传统的数据库与实时数据库的根本不同在于事务和数据的定时限制，实时数据的定时限制最终要转化成事务的定时限制处理，实现一个实时数据库，除了一般数据库的问题外，还要解决关键性及技术性的问题需要解决：1实时数据模型第一个

20、映射对象，在现实世界中的对象（Real World Object，RWO）是由传感器监视其值被周期性地采样，并进行写入数据库，就被实时写入的RWO值的数据对象就称为映像对象（比如在某一时刻采集的液位计、压力、温度等）。实时应用程序实时事务管理安全管理并发控制调度实时数据管理日志管理数据恢复数据操作实时I/O管理缓冲区管理历史数据 图 4-7 实时数据库统结构图模种延迟及其不确定性，这需要底层的“内存数据库”支持，因而内存缓冲区的管理就显得更为重要。这里所说的内存缓冲区除“内存数据库”外，还包括事务的执行代码及其工作数据等所需的内存空间。6数据存储管理与传统数据库相比，一方面实时数据库的存储的数

21、据量更大，而且多数情况下其数据是规律变化的；另一方面，其实时性又要求其对数据的处理要有更快的速度。所以，它有比关系数据库效率更高的压缩和存储方法10。7恢复机制总结经过这两个月在青海自动化项目工作实地考查总结出MES生产管理系统在青海盐湖海纳化工的应用功能如下：生产实时监控功能模块主要实现实时数据监控分析、物料流量实时数据报警、报警数据分类存储、历史数据趋势分析等。生产调度模块主要实现生产数据查询（设备、流量、原料）、系统分析信息查询、历史数据、趋势查询、显示模式、跟踪记录等。物料平衡模块主要实现生产工艺过程物料参数的设定、物料的实时监控、高低限报警、报警信息的分类和统计、物料报警历史趋势的分析，为生产组织、调度指挥、技术管理、岗位操作等。生产报表统