1、7 工業自動化中常用的數據庫技術內容回顧數據庫基本概念電子商務企業信息自動化數據倉庫實時數據庫工廠生產過程控制電力或數據網絡管理證券交易等本課程主要討論的現代數據庫技術分布式數據庫電子商務企業信息自動化數據倉庫實時數據庫工廠生產過程控制電力或數據網絡管理證券交易等現代數據庫應用要求 數據庫應用正在并將繼續從傳統領域不斷地迅速向新的現代領域擴展：CAD/CAM/CIMS或工廠自動化、過程控制等工程應用；數據通信、電力調度、電話交換等網絡管理；電子銀行事務、證券股票交易、電子商務；雷達跟蹤、空中交通管制、武器制導、指揮系統；圖像處理與模式識別、實時仿真等。現代應用的對數據庫的要求 強有力的數據建模

2、能力新的查詢設施支持元數據處理強有力的數據存儲與共享能力高級的現代事務管理先進的圖形設施“識時”的系統執行觸發器或主動能力現代數據庫研究 現代數據庫就是支持現代應用、滿足上述現代應用要求的數據庫，它是一個范疇，不是一類數據庫，更不是一種數據庫（像Oracle，SQL Server）。知識表示：語義模型、過程模型、事件模型、時態模型體系結構：面向對象、時態、實時、主動事務模型：系統、結構、語義執行模型：資源模型現代數據庫的研究領域 現代數據庫就是支持現代應用、滿足其除傳統應用要求以外還有特殊要求的數據庫。整體系統方面：面向對象數據庫、時態數據庫、實時數據庫、主動數據庫體系結構方面：內存數據庫、分

3、布式數據庫、并行數據庫、數據倉庫應用方面：工程數據庫、科學與統計數據庫、超文檔數據庫、演繹數據庫等 分布式數據庫技術分布式數據庫自20世紀80年代以來一直是數據庫與信息系統中的一個重要而熱門領域，是數據庫和網絡技術相互滲透有機結合的結果。克服了集中式數據庫的許多缺點，適合于一般企業的分散型結構。一個分布式數據庫由一系列的場地組成，通過某種通信網絡連接在一起每個場地自身有一個完全的數據庫系統所有場地都可以協同工作分布式數據庫系統的特點 從“集中計算”到“分布計算” “分布計算”的概念處理分布數據是集中的，處理是分布的。網絡上的結點用戶從同一個DB中存取數據，然后在各自的結點上作應用處理。數據分布

4、數據是分布的，物理上分布在不同的結點，邏輯上是一個整體。 每個結點可以存取其他結點上的數據。功能分布 C/S模式。服務器完成事務處理和數據訪問控制，客戶機專門處理用戶的應用程序。客戶/服務器模式數據庫技術客戶/服務器模式的結構數據庫服務器客戶機群網絡通信系統給出數據查詢請求接收數據查詢請求，執行查詢計算給出數據查詢結果接收數據查詢結果客戶/服務器模式數據庫技術邏輯結構數據庫1數據庫2數據庫3數據庫N數據庫1接口數據庫2接口數據庫3接口數據庫N接口公共接口API網絡通信接口應用程序2應用程序1應用程序3應用程序N例如ODBCJDBC等客戶/服務器模式數據庫技術擴充的客戶/服務器模式數據庫技術數據

5、庫服務器應用服務器各種應用的組件庫用戶認證系統網絡通信網絡通信各種應用界面1通過界面給出用戶標識經過認證，對合法用戶給出用戶應用程序所需的各個組件23給出數據查詢請求結果數據64處理過的查詢請求查詢結果5客戶/服務器模式數據庫技術B/S結構的數據庫技術數據庫服務器應用服務器各種應用的組件庫用戶認證系統各種應用界面www服務器該結構的設計思路是客戶/服務器結構的擴展。在用戶和應用服務器之間加入WWW服務器，以HTML形式將數據展現給用戶信息的分散+計算機網絡技術的發展 分布式數據庫指的是由一組數據組成，這些數據物理上分散在計算機網絡的不同地點上，邏輯上是屬于同一個系統。網絡中的每個結點具有獨立處

6、理能力，可以執行局部應用。同時，每個結點也能通過網絡通信子系統執行全局應用分布式數據庫技術結構數據庫數據庫數據庫服務器群客戶機群給出數據查詢請求接收數據查詢請求，執行查詢計算給出數據查詢結果接收數據查詢結果給出數據查詢請求接收最后的查詢結果將查詢請求分成到不同服務器上的子查詢請求接收數據子查詢請求，執行子查詢計算接收數據子查詢請求，執行子查詢計算將所有的子查詢結果匯集后，得到最后的結果集數據庫數據庫數據庫客戶機群服務器群子查詢結果分布式數據庫技術重點 1、數據分片：實現將整體的數據庫分成多個不相交的片段，分別存放在不同的數據庫服務器中。 2、全局到局部的映射：用戶給出的是一個查詢語句，但需要分

7、成多個不同的子查詢語句，并能分別在不同的片段上執行。 3、查詢優化：查詢的代價是 I/O代價+CPU代價+通信代價。要考慮在網絡中傳輸數據的大小。 4、分布式事務處理：為了保證數據庫的完整性和安全性，提供2PC協議實現分布式數據庫應用技術數據庫1數據庫2數據庫N網 絡復制數據庫網 絡分布式數據庫系統的特點 什么是分布式數據庫系統（DDBMS） 分布式數據庫系統是地理上分布在網絡的不同結點而邏輯上屬于同一個系統的數據庫系統。 局部應用，全局應用 分布式數據庫系統的特點 1. 數據是分布的 2. 數據是邏輯相關的 3. 結點自治性計算機計算機計算機通信網絡數據庫數據庫數據庫分布式數據庫系統與集中式

8、數據庫系統的比較集中控制與局部自治數據獨立性：邏輯獨立性、物理獨立性、分布透明性數據冗余數據的一致性、可串行性、可恢復性 分布式數據庫系統的特性 1自治性好； 不同部門的數據可按需定制、局部控制 2效率高，可用性好； 就近存放、多副本增加可用性 3提高資源利用率； 可以將已有數據庫聯合成DDB 4結構靈活，易于擴充。 新應用增加新結點，勿擴充原系統分布式數據庫系統的特點 同構（數據模型相同）系統、異構系統 LDBMSGDBMS GDD CM 分布式數據庫管理系統的組成 1局部數據庫管理系統(LDBMS) 2全局數據庫管理系統(GDBMS) 3全局數據字典GDD 4網絡通信管理CM 分布式數據庫

9、系統的特點分布式數據庫技術分布式數據庫系統是數據庫技術和網絡技術兩者相互滲透和有機結合的結果。概念：分布式數據庫由一組數據組成，這些數據物理上分布在計算機網絡的不同結點上，邏輯上屬于同一個系統。特點：分布性、邏輯整體性分布式數據庫技術所謂的“分布式數據庫”實際上是一種虛擬的數據庫，它的各個組成部分物理地存儲在許多不同場地上的不同數據庫中。為什么要實施分布式數據庫企業自身經常就是分布是的，一個企業在邏輯上和地理上被分為公司、部門、工作組等等。每個部門都會有自己的數據。這樣，企業的整個信息資源就被分裂成信息孤島。分布式數據庫系統正是為把這些孤島聯系在一起的橋梁。使數據庫的結構能夠反映企業的結構。實

10、時數據庫技術現實世界中，有許多應用包含了對數據的“定時”存取和對“短暫有效”數據的存取。這些應用一方面需要維護大量共享數據和控制知識；另一方面其應用活動有很強的時間行們要求在一定的時刻和一定的時間期限內從外部采集數據，按比例之間的聯系存取已獲得的數據和處理采集的數據，再及時作出響應。同時需要數據庫技術和實時數據處理技術實時數據庫技術實時數據庫系統就是其事務和數據都可以具有定時特性或顯式的定時限制的數據庫系統。數據庫研究工作的動機在于利用數據庫技術的特點或優點來解決實時系統中的數據管理問題；實時系統研究工作則為給實時數據庫系統提供時間驅動調度和資源分配算法。實時應用要求結構復雜性可計劃性分布規律

11、性實時特性可預報性合作性不可逆性應急計劃數據庫與實時系統數據庫系統的主要功能：數據描述、數據正確性維護、有效的數據庫存取、查詢與事務的正確執行、數據的安全和可靠性保護當前實時系統處理的信息量很大，對數據庫的功能要求也越來越迫切。但這種數據庫系統不適合于實時應用，關鍵在于沒有考慮與數據及其處理相聯系的定時限制。系統的性能目標是吞吐量和平均響應時間。數據庫與實時系統實時系統所支持的應用具有很強的時間性要求，其處理活動與數據都是定時性的。實時系統強調的是定時性，系統目標是滿足各種時間限制。數據庫與實時系統的結合導致了實時數據庫系統的產生。實時數據庫的特征一個典型的實時系統包括被控系統：考慮的應用過程

12、、外部環境/物理世界執行控制系統：監視被控系統的狀態、協調和控制它的活動數據系統：有效地存儲、操縱與管理實時（準確和及時）的信息實時數據庫的特征數據以記錄的結構存儲在內存中特點：高速的數據存儲和恢復使用預定義的數據結構可加快實施進度嵌入式的數據進程處理，如數據時間標簽、變化率的計算、報警上下限的監測。實時數據庫的記錄結構一個記錄是一組各相關數據的集合。每一個記錄必須有一個為宜的名字，每一個數據項在記錄中作為一個域存儲。記錄中的每個域包括：絕對時間時間間隔指向其它記錄或域的指針整型、字符型、浮點型當前主流的實時數據庫產品OSIsoft PIHoneywell PHDAspenTech Infop

13、lus.21Wonderware InSQL衡量一個實時數據庫產品的標準性能和穩定性 服務器端管理工具 客戶端工具 數據收集接口 與關系型數據庫和管理軟件的連接 支持的數據類型 實時數據庫體系結構實時數據庫在工業控制中的應用近年來，各種控制系統在電力、化工、鋼鐵、造紙、水泥、煙草等流程工業中得到了廣泛的應用，在這些控制系統中蘊含著大量的生產實時數據，這些數據是企業生產狀況的實際體現，同時也是分析、優化運行和管理的基礎。因此，如何消除企業內部的信息孤島，建立全廠統一的生產實時數據平臺，就成了流程企業今后生產信息化的關鍵。 工業應用實時數據庫的主要功能功 能：1提供企業級的生產實時數據平臺2優異的

14、跨平臺性3良好的可管理性和維護性4隨時隨地享用生產信息工業過程的分類工業過程大致可以分為：連續過程工業：主要包括石油化工、煉油、電力、冶金、化工、建材、制藥、造紙等。連續流動著的物料，可測量，但不可點數，有誤差離散過程工業：機械制造業、汽車裝配等。單獨的零部件組成最終產成品的方式。因為其產成品的最終形成是以零部件的拼裝為主要工序，所以裝配自然就成了重點間隙過程工業：批量生產過程 工業過程控制的“金字塔”工業自動化系統的發展機械繼電器、電氣繼電器組成的邏輯控制系統控制器、PLC初步大型PLC，DCS現場總線，先進控制、模糊控制、人工神經網絡控制、智能技術與專家系統，CIMS2000年，“集成化、

15、網絡化、智能化”流程工業的企業綜合自動化綜合自動化(CIPS，流程工業的CIMS )是流程企業提高核心競爭力的重要技術手段之一，是企業自動化技術的發展趨勢。企業自動化的發展概況70年代以前，自動化孤島模式的階段，其控制目標只能是保證生產平穩和少出事故。7080年代分布式工業控制計算機系統(DCS)得到大力的發展，為實現先進控制創造了條件，多變量預測控制等先進控制方法的應用，使自動化達到了新的水平，在實現優質、高產、低消耗的控制目標方面前進了一大步。流程工業的特點流程工業是加工業的一個大類。泛指煉油、石化、化工、冶金、制藥、電力等原材料加工和能源工業行業，其特點是對生產原料的連續加工過程，一般伴

16、有化學、物理等物性變化的過程。流程工業在國民經濟中占主導地位的行業，全球500強企業中，有70余家。流程工業的特點流程工業的生產過程是連續進行的，不能中斷。原材料按照一定的工藝流程連續不斷地通過一系列設備和裝置，被加工處理成產品。化工、煉油、造紙、制藥、煉鋼等流程生產過程的典型。流程工業的特點生產過程連續，生產批量大，加工能力強。生產工藝復雜，涉及多種化學變化與物理變化，生產控制技術要求高，信息量大。生產環境苛刻，如高溫、高壓、低溫、低壓、易燃易爆等。產品結構復雜，除了主產品外，還會產生大量副產品和中間產品。產品種類繁多，同一類產品根據規格可以細分為不同的產品，不同規格的產品相互混合可以產生更

17、多規格的產品。流程工業的特點對產品的存儲要求較高，大部分產品不允許混裝，存儲的時候需要保持一定的溫度和壓力。對公用工程的供應要求較高，需要大量不同形式的水、汽、風等能源的供應。基礎自動化水平比較高，對自動化的依賴性比較強，絕大部分的物料變量依靠儀表進行測量或間接獲得，少量人工計量。生產以安全、穩定、長周期、滿負荷、優質、均衡、高產、低耗和減少污染為主要目標。企業自動化的發展概況80年代后期，隨著多學科間的相互滲透與交又，人工智能和智能控制被引入實際的過程控制中。信號處理技術、數據庫、通訊技術以及計算機網絡的發展為實現高水平的自動控制提供了強有力的技術工具。工業自動化開始突破自動化孤島的傳統模式

18、，采用計算機集成制造的思想和方法來組織、管理和指揮整個生產過程，出現了集控制、優化、調度、管理于一體的新模式。在連續工業中，也將這種模式稱為綜合自動化CIMS或CIPS ( Computer integrated process system ) 。 企業綜合自動化的結構ERP企業資源計劃系統MES制造執行系統企業信息化平臺生產過程控制MESERP生產過程控制ERP的概念 ERP（Enterprise Resource Planning）：是20世紀90年代的一種企業管理理論，其當今國際上先進的企業管理模式，其目標是對企業的人力、資金、材料、設備、工藝方法、信息、時間等資源進行綜合平衡和優化。

19、注重產品和批次，以分鐘、小時為單位跟蹤產品的制造過程。面向市場，協調企業各部門圍繞市場導向開展業務活動，使企業能夠在市場競爭中全面發揮各種資源的作用，從而獲得最佳經濟效益。處于企業綜合自動化的最上層，經營計劃系統以產品的生產和銷售為處理對象，聚焦于定貨、交貨期、成本、和顧客的關系等，以月、周、日為單位。MES基本概念Manufacturing Execution System，MES 制造執行系統美國國家標準協會(NIST)對“MES”的定義:“從生產計劃/工單下達到成品產出的整個過程中，采集所有過程信息的數據，從而使我們能夠完成生產管理以及生產優化。是生產過程控制PCS與管理信息集成BPS的

20、重要橋梁和紐帶。 ” “它以生產行為信息為核心，為企業決策系統提供直接的支持” (MESA 1997)其他功能模塊其它功能模塊庫存管理模塊訂單/工單管理系統采購模塊生產計劃模塊ERP辦公室生產執行MES生產過程控制企業綜合自動化數據流做什么如何做做了什么（ 實時數據）做了什么（信息-決策依據）企業管理信息化的需求如何利用現有的DCS系統、遠距離抄表系統和電氣監督系統，將過程實時數據和生產信息集成，解決生產運行中的問題如何連續跟蹤各套生產裝置的實時信息，實現動態成本計算，在迅速變化的市場環境下獲取機會利潤企業管理信息化的需求如何將商品的銷售、價格狀況與生產的實時工況結合起來，實現優化調度如何連續

21、監視、跟蹤生產過程，將采集到的大量生產數據經加工提煉和挖掘，在更高的層次上提供決策支持，實現管理信息系統與生產現場的無縫連接將管理者設定的各類生產指標（單耗、能耗、關鍵參數穩定性等）在MES環境下進行連續跟蹤和績效考核，提升操作技能和運行水平實施企業綜合自動化帶來的效益MESA協會近期調查結果表明, 實施MES所帶來的效益：生產周期縮短數據輸入工作減少半成品的積壓減少交接班的紙面工作減少次品減少交貨時間縮短 企業的信息流和物流縮短信息流和物流之間的時間差，是度量管理信息系統功能優劣的重要指標。實施企業綜合自動化的關鍵技術實時數據庫關系數據庫信息集成平臺企業綜合自動化系統中的數據 在企業綜合自動

22、化體系結構中，各層次之間關聯的關鍵在于各類信息的有序流動，需要將正確的數據在正確的時間以正確的格式送到正確的地方。在流程工業自動化系統中中，各類信息一般分為兩類，一類是與生產過程直接相聯系的稱之為實時信息。另一類是與各職能部門相聯系的稱之為管理信息。與這兩類不同性質的數據相對應的數據庫管理系統也分別由實時數據庫和關系數據庫兩部分組成。實時數據庫是綜合自動化體系結構中的一個重要組成部分，它與關系數據庫一起構成了系統的信息集成環境。實時數據庫技術 實時數據本身具有許多區別于管理數據的性質，用戶在使用實時數據時有區別于管理數據的方式，特別指出，實時數據庫針對過程特點而設計，從結構和功能上保證了從過程

23、數據采集、傳輸、預處理到數據存儲、訪問、以及保證數據安全等各項任務的實現，從而有能力構成過程監控和先進控制的支撐平臺。實時數據庫系統的作用數據管理功能控制系統接口實時數據的管理歷史數據的壓縮存儲系統狀態監視系統安全備份和轉儲應用程序接口客戶端應用MES系統的數據流、信息流數據采集數據庫信息共享平臺數據校正MES功能模塊（客戶端應用）數 據信 息上海焦化MES系統主要模塊Message Bus 信息總線控制系統性能評估設備遠程監控先進過程控制生產過程信息集成管理系統生產優化調度質量分析與統計過程監控生產過程動態成本控制軟測量生產過程模擬與優化實時數據庫DCSPLC現場智能儀表數據校正關系數據庫上

24、海焦化MES系統網絡拓撲圖焦化MES系統核心實時數據庫信息集成平臺總廠信息集成平臺生產指揮中心焦化MES信息集成平臺 焦化MES系統的整體設計方案以實時數據庫為核心，以信息總線為基礎，建立集成的信息平臺，可以將實時數據、關系數據以及各個功能模塊和應用程序的數據和信息集成到統一平臺上，以實現信息數據資源的統一。 該方案提供了一個可靠的，并且是可擴充的體系結構，以便完成典型流程工業的數據模型。焦化MES功能模塊設計生產過程信息集成管理系統數據校正動態成本控制生產優化調度設備維護管理控制系統性能評估質量分析與統計過程監控SPCAPC軟測量生產過程實時模擬與優化生產過程信息集成管理系統基于角色分配的生

25、產信息管理集成平臺根據焦化的組織結構和對MES項目生產信息的角色權限，定義5個可視化角色決策層最高管理層經營層一般管理層操作層生產流程監控設計生產報表設計趨勢分析報表瀏覽數據庫技術在流程工業綜合自動化中的作用數據集成實現的基礎數據集成的技術實現從實時數據庫到關系數據庫從關系數據庫到文本文件系統讀取并處理數據 本節內容小節背景知識：863計劃流程工業綜合自動化綜合自動化的體系結構綜合自動化的關鍵技術數據庫在企業綜合自動化中的作用企業綜合自動化的信息集成平臺（第14講）考場作文開拓文路能力分解層次(網友來稿)江蘇省鎮江中學 陳乃香說明：本系列稿共24講，20XX年1月6日開始在資源上連載【要義解說

26、】文章主旨確立以后，就應該恰當地分解層次，使幾個層次構成一個有機的整體，形成一篇完整的文章。如何分解層次主要取決于表現主旨的需要。【策略解讀】一般說來，記人敘事的文章常按時間順序分解層次，寫景狀物的文章常按時間順序、空間順序分解層次；說明文根據說明對象的特點，可按時間順序、空間順序或邏輯順序分解層次；議論文主要根據“提出問題分析問題解決問題”順序來分解層次。當然，分解層次不是一層不變的固定模式，而應該富于變化。文章的層次，也常常有些外在的形式：1小標題式。即圍繞話題把一篇文章劃分為幾個相對獨立的部分，再給它們加上一個簡潔、恰當的小標題。如世界改變了模樣四個小標題：壽命變“長”了、世界變“小”了

27、、勞動變“輕”了、文明變“綠”了。 2序號式。序號式作文與小標題作文有相同的特點。序號可以是“一、二、三”，可以是“A、B、C”，也可以是“甲、乙、丙”從全文看，序號式干凈、明快；但從題目上看，卻看不出文章內容，只是標明了層次與部分。有時序號式作文，也適用于敘述性文章，為故事情節的展開，提供了明晰的層次。 3總分式。如高考佳作人生也是一張答卷。開頭：“人生就是一張答卷。它上面有選擇題、填空題、判斷題和問答題，但它又不同于一般的答卷。一般的答卷用手來書寫，人生的答卷卻要用行動來書寫。”主體部分每段首句分別為：選擇題是對人生進行正確的取舍，填空題是充實自己的人生，判斷題是表明自己的人生態度，問答題

28、是考驗自己解決問題的能力。這份“試卷”設計得合理而且實在，每個人的人生都是不同的，這就意味著這份人生試卷的“答案是豐富多彩的”。分解層次，應追求作文美學的三個價值取向：一要勻稱美。什么材料在前，什么材料在后，要合理安排；什么材料詳寫，什么材料略寫，要通盤考慮。自然段是構成文章的基本單位，恰當劃分自然段，自然就成為分解層次的基本要求。該分段處就分段，不要老是開頭、正文、結尾“三段式”，這種老套的層次顯得呆板。二要波瀾美。文章內容應該有張有弛，有起有伏，如波如瀾。只有這樣才能使文章起伏錯落，一波三折，吸引讀者。三要圓合美。文章的開頭與結尾要遙相照應，把開頭描寫的事物或提出的問題，在結尾處用各種方式

29、加以深化或回答，給人首尾圓合的感覺。【例文解剖】 話題：忙忙，不亦樂乎 忙，是人生中一個個步驟，每個人所忙的事務不同，但是不能是碌碌無為地白忙，要忙就忙得精彩，忙得不亦樂乎。 忙是問號。忙看似簡單，但其中卻大有學問。忙是人生中不可缺少的一部分，但是怎么才能忙出精彩，忙得不亦樂乎，卻并不簡單。人生如同一張地圖，我們一直在自己的地圖上行走，時不時我們眼前就出現一個十字路口，我們該向哪兒，面對那縱軸橫軸相交的十字路口，我們該怎樣選擇?不急，靜下心來分析一下，選擇適合自己的坐標軸才是最重要的。忙就是如此，選擇自己該忙的才能忙得有意義。忙是問號，這個問號一直提醒我們要忙得有意義，忙得不亦樂乎。 忙是省略

30、號。四季在有規律地進行著冷暖交替，大自然就一直按照這樣的規律不停地忙，人們亦如此。為自己找一個目標，為目標而不停地忙，讓這種忙一直忙下去。當目標已達成，那么再找一個目標，繼續這樣忙，就像省略號一樣，毫無休止地忙下去，翻開歷史的長卷，我們看到牛頓在忙著他的實驗；愛迪生在忙著思考；徐霞客在忙著記載游玩；李時珍在忙著編寫本草綱目。再看那位以筆為刀槍的充滿著朝氣與力量的文學泰斗魯迅，他正忙著用他獨有的刀和槍在不停地奮斗。忙是省略號，確定了一個目標那么就一直忙下去吧!這樣的忙一定會忙出生命靈動的色彩。 忙是驚嘆號。世界上的人都在忙著自己的事，大自然亦如此，小蜜蜂在忙，以蜂蜜為回報。那么人呢?居里夫人的忙，以放射性元素的發現而得到了圓滿的休止符；愛因斯坦在忙，以相對論的問世而畫上了驚嘆號；李白的忙，以那豪放的詩歌而有了很大的成功；張衡的忙，