工控系统中实时数据库关键技术研究与实现

　　1 引言

　　现代工业的特点要求全过程的实时监控，高速的实时数据处理、长期的历史数据存储以及生产信息的集成与共享。要满足上述对生产数据的处理要求仅靠大量采用集散控制系统(DCS)和关系数据库技术并不能完全解决问题。DCS数据存储能力有限，同时企业中异构的DCS无法进行有效的数据共享。而关系数据库数据处理速度低，无法对生产过程数据进行及时高效的存储。

　　为了解决上述问题，实时数据库作为一个关键的支撑技术引入工业控制系统。在生产设备运行过程中，实时数据库系统实时采集设备的运行数据，随时掌握装置的运行情况，并通过对生产过程的关键数据的实时监控分析，对出现的问题即时进行处理，使生产的运行状态保持平稳。实时数据库还是是连接工业生产控制系统与企业上层管理系统的桥梁，企业可以通过实时数据库系统提供的数据平台，为经营决策、计划调度、先进过程控制，质量监控等分系统提供同一的数据平台。

　　2 实时数据库系统概念和特点

　　实时数据库系统(RTDBS)就是其事务和数据都可以有定时特性或显式的定时限制的数据库系统。系统的正确性不仅依赖于逻辑结果，而且还依赖于逻辑结果产生的时间。对于实时数据库系统，数据的一致性和执行的周期性是重要的目标，由于在实时系统中经常以固定的时间周期收集被控系统的实时数据，相应的控制系统也必须周期性地处理数据和作出响应;由于传统的关系型数据库在一些时限要求严格的场合不能满足实时系统对数据实时性的要求，而内存直接寻址是一种具有高速的数据访问方式，在技术上采用内存数据库是解决这一问题的理想解决方案。

　　整个实时数据库系统方案的设计分为驻内和留外两个部分，驻内部分即为内存数据库，是实时数据库的主体，存储形式可采用顺序结构，B树结构或多目录搜索哈希技术(散列技术)。内存数据库定时进行事务处理，对超过一定时间的数据从内存中清除，写到外存数据库中。外存数据库即磁盘数据库或历史数据库，用于历史记录分析，报表生成答应或相关决策等等。本系统历史数据库采用的是Microsoft公司的数据库产品SQLServer。

　　3 关键技术研究和实现

　　3.1数据的实时采集

　　在工业控制系统中，数据采集程序的实时性和稳定性对于整个工控系统的性能起着至关重要的作用。Windos提供的定时器Timer远达不到要求，必须使用精度更高的定时器来取代。

　　Windows系统下的多媒体定时器API函数timeSetEvent和timeKillEvent就能很好的满足实时性的要求。该多媒体定时器工作在自己的线程内，且它的线程优先级(threadprioritylevel)设定为THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL,这比绝大部分的线程优先权数值都高，相比工作在用户界面线程内的Timer定时器来说，它不受消息机制的影响，能够达到很高的定时精度。它的最高定时精度能够达到1ms,能够满足较高实时性的要求。