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組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，是建立在系統(tǒng)監(jiān)控層的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境。以組態(tài)方式提供用戶開(kāi)發(fā)界面和使用方法，組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)可分三個(gè)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(chǎng)控制站相連的I/O驅(qū)動(dòng)程序接口模塊，它主要完成上層軟件與現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的數(shù)據(jù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和緩存。I/O驅(qū)動(dòng)程序之上的中間層是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)控制模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(duì)圖形顯示模塊、實(shí)時(shí)趨勢(shì)模塊和報(bào)警模塊進(jìn)行通信控制。最上層是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)控制模塊。主要完成用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)提出的各種操作查詢(xún)請(qǐng)求，根據(jù)要求定期對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)管理和備份，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄庫(kù)、登錄庫(kù)和其它的事件、操作、故障記錄庫(kù)，并通過(guò)它實(shí)現(xiàn)報(bào)表生成、歷史曲線的顯示等功能。

2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)軟件的核心，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)是整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)正常工作的基本前提。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(bào)警事務(wù)、歷史存盤(pán)事務(wù)等都由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的事務(wù)調(diào)度系統(tǒng)完成，從而達(dá)到監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、正確性和一致性。

2.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)策略
設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，考慮到時(shí)空矛盾，應(yīng)該優(yōu)先考慮系統(tǒng)的效率。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)軟件的核心，應(yīng)該根據(jù)組態(tài)軟件對(duì)不同類(lèi)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(lái)制定數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)策略。為此，我們采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)介質(zhì)來(lái)構(gòu)建組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（1）對(duì)于需要長(zhǎng)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(duì)于數(shù)據(jù)量大而工控軟件無(wú)特殊要求的共享數(shù)據(jù)(如操作者紀(jì)錄等)，將其存放在外存數(shù)據(jù)庫(kù)中。外存數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的接口函數(shù)對(duì)它進(jìn)行操作。
（3）對(duì)于每個(gè)采樣周期都要更新的數(shù)據(jù)。這樣，通過(guò)使用外存數(shù)據(jù)庫(kù)(Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù))、文管系統(tǒng)和內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù))，既保證了數(shù)據(jù)的共享性、獨(dú)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能模塊

我們采用面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）技術(shù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)定義為類(lèi)的形式。各功能模塊通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)，現(xiàn)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)的各操作函數(shù)定義為幾個(gè)操作模塊，如圖2所示。



現(xiàn)將圖2中各模塊說(shuō)明如下：
（1）初始化模塊：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是以數(shù)據(jù)鏈表的方式存放在內(nèi)存中，在系統(tǒng)運(yùn)行之初，按照用戶組織好的數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)，并根據(jù)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)域的內(nèi)容給相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)對(duì)象賦值，從而完成初始化工作。同時(shí)建立SQL歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)各數(shù)據(jù)對(duì)象對(duì)應(yīng)的對(duì)象名索引，從而提高訪問(wèn)數(shù)據(jù)的速度。
（2）基本操作模塊：提供對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的基本操作，如對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的查找操作，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)象名或ID取得數(shù)據(jù)對(duì)象的其他屬性，或通過(guò)名稱(chēng)取得數(shù)據(jù)對(duì)象的ID等等。
（3）數(shù)據(jù)采集模塊：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象都對(duì)應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的某種實(shí)時(shí)量，并與現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)保持一致。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)對(duì)指定設(shè)備進(jìn)行讀操作，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備值寫(xiě)入內(nèi)存緩沖區(qū)。
（4）讀寫(xiě)數(shù)據(jù)模塊：根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)對(duì)象的屬性調(diào)用相應(yīng)的讀寫(xiě)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的讀寫(xiě)操作。
（5）計(jì)算模塊：完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算功能，并觸發(fā)相應(yīng)事件。
（6）顯示鏈接模塊：主要完成動(dòng)態(tài)顯示、實(shí)時(shí)趨勢(shì)功能，使圖形、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、實(shí)時(shí)曲線圖的顯示與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的變化保持一致。
（7）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：按照實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)對(duì)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(kù)中。
（8）報(bào)警模塊：讀取數(shù)據(jù)對(duì)象的報(bào)警上下限，以及存儲(chǔ)報(bào)警信息。
（9）事故處理模塊：進(jìn)行事故判斷、報(bào)警、防止事故擴(kuò)大對(duì)有關(guān)設(shè)備的操作，保存事故前的操作記錄及現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)值。

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