组态软件实时数据库的构建

赵建伟

(陕西国防工业职业技术学院机电系，陕西 西安 710000)



组态软件实时数据库的构建

赵建伟

(陕西国防工业职业技术学院机电系，陕西 西安 710000)

摘要：本文介绍了组态软件中的实时数据库的概念，作用及建立方法，实时数据库的总体结构及设计方法。

关键词：组态;实时;数据库

1组态软件的总体结构

组态软件是通过事先定义对象的组态信息完成运行过程中对象的监视和控制功能，并提供动态界面显示的软件，一般监控组态软件从结构上可以分为设备接口(含通讯接口)、实时数据库和界面显示系统3个部分，设备接口与现场设备及控制装置通讯，界面显示根据实时数据库中的数据生动形象地再现现场状况。

2组态软件中数据处理的特点

组态软件中的数据必须能反映现场设备的“当前”状态，其数据处理有3个特点：

2.1实时性，这是组态软件必须满足的要求，及时有效的监控现场设备的状态是组态软件的主要功能。因此系统应尽可能快地处理和传输数据。

2.2时间特性，组态软件中处理的数据都带有时间标记，要求软件必须在可预测的时间内将数据处理完成。

2.3实时中断，更新的数据是组态软件需要处理的主要数据，在新的数据到来时，应中断当前的数据处理，否则将出现所有数据的延迟。

3组态软件中实时数据库的功能

实时数据库位于设备接口和界面显示的中间层，是组态软件中数据的管理者，实时数据库主要完成组态策略的存储，通讯数据管理，实时数据的处理和计算，控制策略及算法的计算和下载，历史数据的转化、存储和查询及实时曲线的生成，监控软件在运行的过程中需要频繁读取组态信息，处理和保存实时数据，实时数据库的性能将直接决定整个组态软件的可用性。

4商用数据库的特点

组态软件运行期间将产生大量数据，这些数据需要进行分类整理并作为历史数据保存，如果将大量的数据存储在几个文件中，将不利已数据查找，商用数据库的目标就是对大量数据进行有效管理，成熟的关系型数据库在关系存储，数据查找、恢复，数据库备份及复杂的事务处理，并发控制，完整性、一致性的实现等方面都已经相当完善，具有管理数据的优势，随着商用数据库价格越来越低，将商用数据库作为组态软件的后台数据库管理数据十分可行。

5商用数据在组态软件中的局限性

5.1大量的I/O操作造成系统长时间的等待，由于监控系统定时采集和输出数据的特点会引起软件频繁地读写数据、更改日志等大量磁盘操作，这些操作带来大量的磁盘I/O读写，造成系统长时间等待，这对于实时性要求很高的控制系统来说是无法忍受的。

5.2事务的不可预测性，组态软件的事务必须在可预测的时间内完成，否则可能会影响整个系统的工作或者产生错误数据，而商用数据频繁的I/O磁盘操作不能保证在规定的时间内完成规定的操作，导致其在组态软件中应用受到一定的限制。

5.3实时数据库的框架结构

充分发挥商用数据库管理数据的优势，将商用数据库与内存数据库相结合实现组态软件中的实时数据库是一个较好的解决方案，内存数据库主要完成实时数据的处理，商用数据库则完成历史数据的管理和分类。

6实时数据库总体结构

根据设计方案，实时数据库的实现分为内存管理、内存访问、流程实现、接口管理、数据库访问等几个主要部分。

6.1内存管理。内存中存放的数据主要是组态信息和实时数据，在运行过程中，组态信息的数据不再变化，但是需要频繁的被查询，查询的方法将直接影响系统的效率，监控系统实时数据需要对内存频繁的进行更改、插入、删除和查询操作，如何在内存中规划出有效的数据存储结构以快速执行这些操作将直接影响系统的性能。

6.2内存访问。在组态软件中，底层设备接口的访问、显示界面读数据、远程网络监控修改和读取数据等任务都需要对内存数据进行读写，提供不同的内存访问接口实现这些功能；组态软件采用多线程的工作机制，如果多个线程同时对同一块数据区进行读写将产生不正确数据，影响监控软件的稳定性；数据更改的触发器特性要求相关变量根据组态时提供的公式进行计算，变量之间有一定的约束条件；所有这些特性在读写数据时都应当处理，为此在管理内存之外增加了访问层来处理这些操作，确保访问的安全和系统的稳定。

6.3流程实现。流程包括定时对数据进行采集、报警计算、数据的非线性计算、控制逻辑的实现、运算变量的计算等，这些都是监控软件中必须实现的功能，也是监控软件区别于其它软件的主要特征，在软件中必须有特定的模块来支持，同时，这些操作有一定的顺序，必须按照步骤依次进行计算。

实时数据库的规划设计是组态软件的核心，它直接关系到组态软件的实时性、可靠性和稳定性，因此对实时数据库的设计要求精简、紧凑、可靠。采用传统的数据库系统、文件管理系统和内存缓冲区三者相结合的方法，利用多种存储介质来构建实时数据库系统，从而满足组态软件对实时性的要求。将面向对象的编程思想引入实时数据库的设计中，运用平衡数据结构存储实时数据，能够大大提高数据的访问速度；用来描述组态参数，方便用户描述和交换数据。利用动态链接库来建立组态软件运行实时数据库，通过提供一组接口函数来实现对实时数据库的访问，是实时数据库系统可以与设备无关，从而具有全面的开放性和很强的通用性。

中图分类号:TP392

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)08-00010-01

作者简介：赵建伟，男，高级工程师，四川威远人，主要从事为机电一体化技术方面的教学与研究工作。