工业实时数据库.docx
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工业实时数据库
亚控科技——企业智能化解决方案组件之一KingHistorian——企业的历史数据采集平台
生产数据是现代企业生产正常运转的根源。
如果数据流能够很容易地从生产过程到达决策者的计算机上，就可以更快捷地作出灵活的商业决策。
不论是中小企业，还是全球性性企业，其成功都依赖于准确和快速的数据。
但是，如果生产系统和商业系统之间缺乏关键的连接，企业永远不能发挥其真正的潜力。
在当今快节奏和激烈竞争的商业环境中，控制和调节生产数据容量的需求已越来越紧迫。
作为“亚控科技”的“企业智能化解决方案”的核心，KingHistorian以其极富有竞争力的价格为您提供无与伦比的速度、优越的性能和海量的数据储存。
1.KingHistorian商业优势
任何软件产品的价值在于不断提升企业的商业表现。
KingHistorian在提升企业整体商业运营价值方面远远超过其它软件产品，企业只需较低的商业投入即可获得丰富的回报。
KingHistorian作为企业智能化应用的基石，是释放制造型企业潜力的关键，可有效提高生产率、产品质量和生产经营效益。
KingHistorian的商业优势包括：
●优化生产资源
KingHistorian可存储所有与生产相关的数据，任何部门可根据需要提取相应信息，改善工作。
Ø通过“实时”过程和生产信息与历史值的比较，快速改善企业整体生产过程。
Ø诊断设备故障停机，分析降低整体设备有效率的瓶颈和根本原因。
●满足ERP和商业智能系统需要
KingHistorian为ERP和MES系统的业务提供丰富、准确、可靠的数据。
KingHistorian通过采集生产和过程数据并提供基本的计算，把工业现场的生产数据传递到商业系统中，实现数据到信息的转换。
●用数据预测未来
KingHistorian易用的客户端工具确保决策者访问所有所需的信息；Kingview可以通过Web发布，将KingHistorian中的数据发布到Internet上，使得这些易于理解的信息贯穿整个企业，使所有企业员工共享这些信息。
Ø过程工程师、维护人员、生产经理可以解释以前很难解释的复杂的数据。
Ø经理可通过这些最新的准确信息做出相应决策，而非用原来书面或口头的信息。
●降低开发和维护费用
KingHistorian基于开放的、广泛地采用相应技术标准，极大地降低了业主的总体费用。
Ø通过引入许多开放的技术标准，使集成费降到最低。
Ø通过客户端管理工具、进一步降低维护费用。
2.KingHistorian的应用领域
生产与绩效管理
KingHistorian历史数据库可以作为你所有的工厂现场信息的存储中心，包括时间序列的数据、事件，实验室数据和人工录入的数值。
优势有：
Ø与现有的工厂、IT和企业系统进行集成，创建面向整个组织的一个有效系统。
Ø可以通过一个强大的传递关联信息的门户,来安全地、广泛地传递关键性能指标,停机、整体设备效率和统计过程控制等方面的报告。
Ø通过高级的趋势和报表功能提高数据分析和信息分享。
●监控HMI
对于HMI和监控系统，KingHistorian历史数据库为操作员显示提供高级的趋势和过程数据存储，并提供与其它工厂数据库和应用的集成。
优势有：
Ø强大的工厂范围历史数据库提供高级的HMI历史日志功能,帮助工厂人员轻松而简便地保持系统;
Ø与现有的HMI中的趋势和历史报表的组件轻松集成;
Ø提供高性能的存储和数据压缩功能。
●SCADA
KingHistorian历史数据库针对慢速和断续网络进行了优化，使其非常适合用于各种SCADA应用。
优势有：
Ø集中的、高容量的历史数据库，可以生成所有的操作员趋势和报表。
Ø与Web、Microsoft终端服务器和tablet电脑客户端集成，可以移动访问生产信息。
Ø针对数据完整性和可靠的数据传递的耐用且十分安全的通讯功能。
3.KingHistorian的客户群体
生产与制造人员的目标是提高产品质量，提高生产效率以及保护在工厂的投资。
如果没有关于工厂及产品的实时与历史信息，这些目标将不可能达到。
●控制工程师
需要了解控制及仪表系统的配置及性能。
KingHistorian提供诸如控制设定、流程设定与报警限设定等配置信息，并纪录诸如控制偏差、流程及报警等控制系统的行为，并提供如下问题的解答：
Ø此控制回路的设定值是否已最优化？
Ø保护联锁是否导致了虚假的工厂流程？
Ø报警是否对操作员提供了足够的警告？
●过程工程师
需要有关过程在稳定状态及过渡情形下之行为信息。
KingHistorian存储高分辨率的过程信息及过程事件。
工程师可分析过程瞬时及异常状况，并解决如下的问题：
Ø此容器是否受到金属压力的影响？
Ø这部机器是否为瓶颈？
Ø什么原因导致此泵无法工作？
●维修人员需要
分析工厂运作的历史及工厂的状况。
KingHistorian包含长期运转历史及现行工厂状况，提供如下问题的解答：
Ø此电机已开启几次？
Ø自上次翻修后轴承的温度是否已增加？
Ø此热交换器是否被淤塞？
●生产管理员
需要汇总生产数据以及有关主要生产事件的信息。
KingHistorian提供摘要与合计数据并易于与生产事件集成。
生产管理员可解答如下的问题：
Ø每天的生产总量是多少？
Ø本月的主要消耗是什么？
Ø工厂的排放量是否在规定限度内？
●质量管理人员
需要有关产品质量与规格不一致性及偏离的信息。
KingHistorian可记录产品测量，并与产品编号或批次信息联系在一起。
质量管理人员可解答如下的问题：
Ø配方的变更是否影响产品质量？
Ø此产品编号的不合格率是多少？
Ø此温度概况与此类型的非一致性之间是否有关联？
●操作员
需要具备一定的能力将当前的操作环境与以往的环境作比较，诊断异常过程的行为。
KingHistorian包含当前的及历史的信息，能提供类似以下问题的答案：
Ø为何无法开启此泵？
Ø镕炉温度是否慢慢升高？
Ø这次启动是否和上周一样？
4.KingHistorian的性能指标
●高效的数据采集、存储和检索
Ø毫秒级的数据采集：
KingHistorian的数据采集时间分辨率为毫秒。
Ø高效的数据压缩：
采用高效数据压缩算法，KingHistorian将存储的数据压缩到只占磁盘极小空间。
（一般工业过程数据可压缩到原数据的20%-30%，稳定数据，数据变化缓慢时可压缩达到原数据的3%）
Ø广泛的数据采集：
KingHistorian支持OPC数据采集器，文件采集器等多种采集器。
Ø单台服务器可容纳1,000,000个数据点。
Ø单个数据采集器每秒采集超过10，000点次。
Ø单台服务器存储速度每秒多达300，000点次。
Ø单客户端单点检索每秒查询超过120,000条记录,多点检索每秒查询多达100,000条记录；并发检索每秒查询多达20,000条记录。
Ø使用OLEDB供应者或软件开发工具包（SDK）及多种客户端或客户自定义的应用程序来访问KingHistorian数据。
●简便的组态和安全管理
Ø简便的组态
KingHistorian简化了数据词典的创建和组态，允许用户通过管理工具，在KingHistorian中自动创建数据标签。
这样无需输入任何数据就可以组态大量的数据标签，避免发生输入错误，并可以在几小时内完成从应用程序的安装到成千上万数据采集配置。
●便捷数据分析工具
Ø统计数据生成器，定时报表生成器，Excel加载宏（报表系统等）
Ø百科全书（SuperViewPortal）完成实时流程监控，历史流程回放，趋势对比，报表展示。
●稳健的系统结构
Ø高可扩充架构
KingHistorian具有健壮的系统架构和高度灵活的可扩展性，使系统具有最大的灵活性。
Ø可靠性架构（HighAvailability）
为确保准确、连续地记录企业数据，KingHistorian采用真正分布式高可靠性的架构，采用冗余、镜像的技术，确保KingHistorian数据库中的生产数据是连续的、非中断的。
5.工业库主要特性
●工业库KingHistorian目标
开发适用于工厂数据的高性能的实时数据库系统作为工厂智能化整体解决方案的基础平台，实现对大量工厂数据的采集、存储、管理、检索和统计分析，并提供开放的数据访问和开发接口支持。
实时数据库系统既作为监控软件的核心部分，也可以被独立应用以作为企业信息集成的基本平台，用户可选用其他客户端工具连接或自行开发以满足其特殊需求。
开发构建于实时数据库系统之上的应用工具软件集，为用户提供功能强大的可视化工具集，包括管理工具、SQL查询工具、开发工具包（SDK和OLEDBProvider、OLEAutomation）、报表工具、统计分析工具等。
具体来说，应实现如下目标：
1）建立高效的实时/历史数据库系统，实现对实时数据、历史数据、统计数据的压缩、存储和管理维护的功能（包括事务处理和并发控制）；
2）提供开放的数据访问接口，包括各种数据操作、查询处理、存取方法、完整性检查等；
3）提供开放的编程接口，为用户提供良好的二次开发功能；
4）提供图形化界面的系统监控、管理和维护功能；
5）存取控制安全性检验功能；
6）数据库备份和灾难恢复功能；
●工业库KingHistorian主要特性
7）高性能的数据采集和存储，高容量和高吞吐能力：
Ø存储速度：
每秒可存储（插入）超过300,000个输入值；
Ø检索速度：
单点检索每秒查询多达120,000条记录；并发检索每秒查询多达20,000条记录；
Ø数据点数：
单台服务器可最多存储1，000,000个数据点的历史数据；
Ø数据容量：
可以保存长达数月甚至数年的历史数据保存和归档，最长保存10年历史数据，数据文件占有的磁盘空间可高达几十TB；
Ø并发客户：
支持最多256个并发客户同时存储和检索实时及历史数据；
Ø三一集团测试项目：
测试数据60万点，数据量240亿条记录（客户半年的真实数据3万多点，207万条关系记录进行数据迁移，复制20份）。
⏹数据迁移过程迅速、稳定，迁移数据完全正确，单采集器平均插入速度为158,736条/s，，工业库平均插入速度为3,046,220条/s。
⏹测试数据查询5万条记录，2秒以内完成；30万条记录，5秒以内完成；200万条记录，14秒完成，1900万条记录，240秒完成。
⏹并发测试300-500客户端，测试插入、查询，性能稳定。
8）变量数值与时间戳的高分辨率：
Ø时间戳分辨率：
毫秒
Ø整型变量：
64位
Ø模拟变量：
双精度（64位）
9）更加丰富的数据类型：
Ø离散量（开关量）；
Ø整型量（有符号/无符号，8位/16位/32位/64位）；
Ø模拟量（32位单精度、64位双精度）
Ø字符串（ANSI/UNICODE，定长、不定长）
Ø日期型数据（日期、时间、时间戳）
10）高效的数据压缩算法实现了存储空间和数据精度之间的最佳平衡，在保证用户指定的数据精度的条件小，能够极大的减小存储数据所需的磁盘空间；同时，高效的还原算法也最大限度的保证了数据的压缩和还原几乎不影响系统的性能；支持精细到变量点的压缩配置，可单独针对每一个标签点的进行压缩方法和压缩参数的配置。
Ø一般工业过程数据10%左右，稳定数据，数据变化缓慢时可达3%
11）功能强大的计算引擎：
Ø支持定义虚拟数据点（即计算变量），允许用户将真实变量的统计计算值保存在历史数据库当中，包括变量在某时间段内的最大值、最小值、平均值、标准方差、累计值、移动平均值等；计算变量不仅限于一个变量的统计值，可以是复杂的数学公式，公式中可以包括一些常数和若干其他变量；
Ø支持VB脚本编程（VBScript），可以完成非常复杂的计算功能；
Ø支持调用外部算法（通过OLEAutomation接口），使得重用用户现有的算法库成为可能；
Ø支持时间触发和事件触发；
12）真正意义上的实时/历史数据库系统，支持事务、复制、DML命令和版本跟踪：
Ø支持DML命令，允许用户使用Insert、Update、Delete命令来更新数据；
Ø支持版本跟踪功能，变量的原始数据和修后的数据都能够访问到；
Ø支持满足ACID属性（原子性、一致性、隔离性、持久性）要求的本地事务，提供高效的事务调度和并发控制机制；
Ø支持实时数据（当前值）的检索；
Ø支持事件和报警数据的存储和检索；
Ø提供历史数据查询能力，支持指定间隔时间与指定记录个数的数据查询；并且提供数据查询时的统计计算能力，包括计算最大最小值、计算指定时间范围均值、计算累计、计算记录个数或者次数、最大最小值发生时间等；
Ø系统和变量点的配置数据也可以通过数据库接口进行访问；
Ø支持结构化（表格化）的数据存储和检索功能，提供类似于关系型数据表的存储和检索机制（但不提供外键约束、触发器之类的功能）；
Ø支持系统的备份与恢复，包括配置信息与数据的备份与恢复，并且提供不同的备份方式，包括完全备份和差异备份；
Ø支持数据库系统之间的数据复制功能；
Ø支持旧版本数据库的移植；支持数据库系统的扩容；
13）功能强大可视化的管理和数据分析工具，大大简化管理、维护和数据分析处理工作：
Ø支持单独或者批量组态标签点，包括创建、更新、删除、查询标签点以及相关属性；为了平衡控制系统的数据通讯负载，系统支持针对过程数据特性，进行单独或者批量定义标签点采集频率；
Ø支持在线新增、删除标签点，修改标签点属性；
Ø支持离线和在线两种方式进行数据库组态和配置；
Ø定义采集变量的方式可以是手工输入，也可以直接从组态王工程文件中导入；
Ø历史数据的在线备份、转储和还原，数据的备份和还原不需要系统停机；
Ø支持历史数据归档文件的管理，包括文件的创建、复制、删除、备份等功能；
Ø支持瘦客户端管理模式，可以使用Web浏览器和图形化管理工具远程对系统进行管理和配置；
Ø提供图形界面的智能化SQL查询工具，用户可以手工输入SQL查询语句，也可以通过鼠标点击来自动生成SQL语句；并且提供若干SQL语句模板，以方便用户执行复杂高级的用于数据分析的查询；
Ø提供图形化的管理工具，能监视系统状态，启动、停止数据采集接口和系统，能对归档进行管理以及生成系统的管理报表；
Ø支持系统审计，能够记录和追踪数据库配置信息与数据修改；
Ø提供系统日志，记录系统信息、系统管理命令、检测到的系统状态变化，错误信息、警告信息，以及其他有关数据采集和存储的信息，以便在需要的时候帮助用户对系统进行诊断和分析；
Ø提供图形化的趋势分析和报表统计、数据分析工具，简化用户的数据处理和分析工作；
Ø提供性能分析和调整的工具，方便用户在特定应用场合下对系统参数进行调整以达到更好的性能；
Ø支持Web访问解决方案：
生产流程图动态再现、趋势显示与分析工具等；
14）支持多个节点同时运行各种接口类型的数据源：
Ø可以从组态王运行系统中采集实时数据和读取历史数据，包括报警和事件；
Ø可以从DDE服务器、OPC服务器采集数据；
Ø可以从文件中导入数据到数据库当中，支持的文件格式包括CSV和XML；
Ø可以手工（通过工具软件）插入数据到历史数据库；
Ø可以从其他的应用程序或其他数据库中导入数据到历史数据库当中，例如SQLServer、Oracle、Excel、Access等；
Ø支持从另外的工业实时数据库服务器采集数据（可用于双机冗余热备体系）；
Ø支持虚拟变量（计算点），可以将现有变量点的统计值保存在数据库当中；
Ø支持各种数据采集器之间的时钟同步；
15）支持开放的数据访问接口OLEDB（ADO）、SQL-92（99）、XML、OPC标准：
Ø支持标准的OLEDB数据访问接口；
Ø支持SQL92（99）标准，最小的支持包括SQL_SUBMINIMUM级别所定义的SQL查询SELECT命令语法，以及LIKE、聚合函数等扩充语法；支持DELETE、INSERT、UPDATE命令；支持SQL时间域扩展：
采样分辨率（时间间隔）、数据分辨率（记录条数）、数据检索方式（是否插值还是原始数据等）；
Ø支持OPCDAServer、OPCHADServer和OPCA&E；
Ø支持XML标准，查询数据结果可以保存为XML文件；也支持从XML文件导入数据；
16）开放的编程接口和开发工具包（SDK），支持API和OLEAutomation：
Ø开放的底层API编程接口和工具包，允许用户和第三方开发定制高效的工具程序；支持的函数包括服务器与接口站的配置函数和状态信息的查询函数、标签点配置函数、实时/历史数据的查询、修改、删除与统计计算函数等；
Ø提供COM自动化的编程模型，允许用户使用诸如VBScript之类的脚本语言来方便的开发自己的应用；
17）全面的本地化（国际化）语言支持和时区支持，包括支持在标记名、标记描述及字符串标记中使用单字节和多字节字符，以及所有字符串资源的本地化；支持不同的时区设置，可自动将时间按客户端的时区进行转换；数据始终以UTC格式时间存储；
18）良好的安全性，提供严格的用户认证、权限管理和审计手段：
Ø支持用户对数据的存取授权和控制，以限制不同用户的访问权限，防止非法用户的入侵；
Ø提供对变量的配置和变量值进行的任何修改进行审查和记录日志的功能；
Ø可以定义用户、用户组，以及分配用户权限；支持基于角色的用户权限管理，可以对每个用户指定具体的操作权限，确保其只能进行权限范围内的操作；
19）高可用性、高容错性（健壮性）和高可靠性，支持双机冗余配置：
Ø双机冗余配置可以保证极高的可用性；
Ø系统状态和性能监视能够及时的检测出异常和错误，防止错误进一步扩散，并正确报告错误信息，从而大大提高了系统的整体可靠性；
Ø当网络或通讯出现故障时，系统具有自动恢复历史数据的能力，并且能够保证不丢失数据；支持数据缓存功能，能够在网络中断或者其它无法进行正常数据发送的情况下，将过程数据暂存于本地，待恢复正常后将数据送入数据库，数据缓存区的大小可按需配置；
Ø高容错性的灾难恢复机制，数据库系统在任何情况下（包括系统崩溃、突然掉电、程序异常退出等）都能保证数据的完整性和一致性（即使是在保存数据库文件的磁盘出现无法恢复的硬件故障时，也可以通过还原备份数据库文件来做到这一点）；
20）良好的集成能力、伸缩性和可扩展性：
Ø可与组态王无缝集成，组态王可以将历史数据、报警、事件等存储在历史库当中，也可以从历史库中检索这些数据；
Ø通过标准的数据访问接口可与MES、ERP、Office和其他关系型数据库系统集成，实现数据的双向交换和共享；既可以将这些系统中的数据保存（导入）到历史库中，也可以在这些系统中访问到历史库中的历史数据和系统配置数据（这种集成能力是通过提供标准的数据存储接口来实现的）；
Ø系统具有良好的伸缩性，既可以满足只有几百个点的小型应用，也可以满足使用几万个点的中大型系统用户的应用需求；
Ø软件组成部分能逐步升级或替换，易于扩充功能；
Ø支持多种不同的通讯协议，如TCP/IP、共享内存等，大大提供了系统的灵活性；
Ø支持对称多处理器系统（SMP）；
21）真正的分布式客户机/服务器体系结构，可以跨越所有支持TCP/IP的网络：
Ø提供良好的网络连通能力和分布式功能，支持多客户端－多服务器体系，允许在一个应用中存在多个实时数据库系统，允许一个客户端同时访问多个数据库服务器；支持在服务器之间交换和共享数据；
Ø支持多数据服务器的对等体系结构和层次体系结构；
Ø客户端的应用程序接口从局域网或广域网的任何一处访问系统数据时都是透明的，这些程序可以驻留在终端用户的PC或其他工作站上；
Ø支持多客户端并发存储和访问实时、历史数据；
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