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，SQLServer）。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/服務務器模式數數據庫技術術客戶/服務務器模式的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/服務務器模式數數據庫技術術邏輯結構數據庫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等等客戶/服務務器模式數數據庫技術術擴充的客戶戶/服務器器模式數據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/服務務器模式數數據庫技術術B/S結構構的數據庫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服務器信息的分散散+計算機機網絡技術術的發展分布式數據據庫指的是是由一組數數據組成，，這些數據據物理上分分散在計算算機網絡的的不同地點點上，邏輯輯上是屬于于同一個系系統。網絡絡中的每個個結點具有有獨立處理理能力，可可以執行局局部應用。。同時，每每個結點也也能通過網網絡通信子子系統執行行全局應用用分布式數據據庫技術結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求分成到不不同服務器器上的子查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據庫技術重重點1、數據分分片：實現現將整體的的數據庫分分成多個不不相交的片片段，分別別存放在不不同的數據據庫服務器器中。2、全局到到局部的映映射：用戶戶給出的是是一個查詢詢語句，但但需要分成成多個不同同的子查詢詢語句，并并能分別在在不同的片片段上執行行。3、查詢優優化：查詢詢的代價是是I/O代代價+CPU代價+通信代價價。要考慮慮在網絡中中傳輸數據據的大小。。4、分布式式事務處理理：為了保保證數據庫庫的完整性性和安全性性，提供2PC協議議實現分布式數據據庫應用技技術數據庫1數據庫2數據庫N網絡絡復制數據庫網絡分布式數據據庫系統的的特點什么是分布布式數據庫庫系統（DDBMS）分布式數據據庫系統是是地理上分分布在網絡絡的不同結結點而邏輯輯上屬于同同一個系統統的數據庫庫系統。局部應用，，全局應用用分布式數據據庫系統的的特點1.數據據是分布的的2.數據據是邏輯相相關的3.結點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據庫系統與與集中式數數據庫系統統的比較集中控制與與局部自治治數據獨立性性：邏輯獨獨立性、物物理獨立性性、分布透透明性數據冗余數據的一致致性、可串串行性、可可恢復性分布式數據據庫系統的的特性1．自治性好；；不同部門的的數據可按按需定制、、局部控制制2．效率高，可可用性好；；就近存放、、多副本增增加可用性性3．提高資源利利用率；可以將已有有數據庫聯聯合成DDB4．結構靈活，，易于擴充充。新應用增加加新結點，，勿擴充原原系統分布式數據據庫系統的的特點同構（數據據模型相同同）系統、、異構系統統LDBMSGDBMSGDDCM分布式數據據庫管理系系統的組成成1．局部數數據庫管理理系統(LDBMS)2．全局數數據庫管理理系統(GDBMS)3．全局數數據字典GDD4．網絡通通信管理CM分布式數據據庫系統的的特點分布式數據據庫技術分布式數據據庫系統是是數據庫技技術和網絡絡技術兩者者相互滲透透和有機結結合的結果果。概念：分布式數數據庫由一一組數據組組成，這些些數據物理理上分布在在計算機網網絡的不同同結點上，，邏輯上屬屬于同一個個系統。特點：分布性、邏邏輯整體性性分布式數據據庫技術所謂的“分分布式數據據庫”實際際上是一種種虛擬的數數據庫，它它的各個組組成部分物物理地存儲儲在許多不不同場地上上的不同數數據庫中。。為什么要實實施分布式式數據庫企業自身經經常就是分分布是的，，一個企業業在邏輯上上和地理上上被分為公公司、部門門、工作組組等等。每個部門都都會有自己己的數據。。這樣，企企業的整個個信息資源源就被分裂裂成信息孤孤島。分布式數據據庫系統正正是為把這這些孤島聯聯系在一起起的橋梁。。使數據庫的的結構能夠夠反映企業業的結構。。實時數據庫庫技術現實世界中中，有許多多應用包含含了對數據據的“定時時”存取和和對“短暫暫有效”數數據的存取取。這些應應用一方面面需要維護護大量共享享數據和控控制知識；；另一方面面其應用活活動有很強強的時間行行們要求在在一定的時時刻和一定定的時間期期限內從外外部采集數數據，按比比例之間的的聯系存取取已獲得的的數據和處處理采集的的數據，再再及時作出出響應。同時需要數據庫技術術和實時數據處處理技術實時數據庫庫技術實時數據庫庫系統就是是其事務和和數據都可可以具有定定時特性或或顯式的定定時限制的的數據庫系系統。數據庫研究究工作的動機在于利用數數據庫技術術的特點或或優點來解解決實時系系統中的數數據管理問問題；實時時系統研究究工作則為為給實時數數據庫系統統提供時間間驅動調度度和資源分分配算法。。實時應用要要求結構復雜性性可計劃性分布規律性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實時系統數據庫系統統的主要功功能：數據據描述、數數據正確性維護、有效效的數據庫庫存取、查查詢與事務務的正確執執行、數據據的安全和和可靠性保保護當前實時系系統處理的的信息量很很大，對數數據庫的功功能要求也也越來越迫迫切。但這這種數據庫庫系統不適適合于實時時應用，關關鍵在于沒沒有考慮與與數據及其其處理相聯聯系的定時限制。系統的性能能目標是吞吞吐量和平平均響應時時間。數據庫與實實時系統實時系統所所支持的應應用具有很很強的時間間性要求，，其處理活活動與數據據都是定時性的。實時系統強強調的是定定時性，系系統目標是是滿足各種種時間限制制。數據庫與實實時系統的的結合導致致了實時數數據庫系統統的產生。。實時數據庫庫的特征一個典型的的實時系統統包括被控系統：：考慮的應應用過程、、外部環境境/物理世世界執行控制系系統：監視視被控系統統的狀態、、協調和控控制它的活活動數據系統：：有效地存存儲、操縱縱與管理實實時（準確確和及時））的信息實時數據庫庫的特征數據以記錄錄的結構存存儲在內存存中特點：高速的數據據存儲和恢恢復使用預定義義的數據結結構可加快快實施進度度嵌入式的數數據進程處處理，如數數據時間標標簽、變化化率的計算算、報警上上下限的監監測。實時數據庫庫的記錄結結構一個記錄是是一組各相相關數據的的集合。每每一個記錄錄必須有一一個為宜的的名字，每每一個數據據項在記錄錄中作為一一個域存儲儲。記錄中中的每個域域包括：絕對時間時間間隔指向其它記記錄或域的的指針整型、字符符型、浮點點型當前主流的的實時數據據庫產品OSIsoftPIHoneywellPHDAspenTechInfoplus.21WonderwareInSQL衡量一個實實時數據庫庫產品的標標準性能和穩定定性服務器端管管理工具客戶端工具具數據收集接接口與關系型數數據庫和管管理軟件的的連接支持的數據據類型實時數據庫庫體系結構構實時數據庫庫在工業控控制中的應應用近年來，各各種控制系系統在電力力、化工、、鋼鐵、造造紙、水泥泥、煙草等等流程工業業中得到了了廣泛的應應用，在這這些控制系系統中蘊含含著大量的的生產實時時數據，這這些數據是是企業生產產狀況的實實際體現，，同時也是是分析、優優化運行和和管理的基基礎。因此此，如何消消除企業內內部的信息息孤島，建建立全廠統統一的生產產實時數據據平臺，就就成了流程程企業今后后生產信息息化的關鍵鍵。工業應用實時時數據庫的主主要功能功能：1．提供企業級的的生產實時數數據平臺2．優異的跨平臺臺性3．良好的可管理理性和維護性性4．隨時隨地享用用生產信息工業過程的分分類工業過程大致致可以分為：：連續過程工業業：主要包括石石油化工、煉煉油、電力、、冶金、化工工、建材、制制藥、造紙等等。連續流動著的的物料，可測測量，但不可可點數，有誤誤差離散過程工業業：機械制造業業、汽車裝配配等。單獨的零部件件組成最終產產成品的方式式。因為其產產成品的最終終形成是以零零部件的拼裝裝為主要工序序，所以裝配配自然就成了了重點間隙過程工業業：批量生產過程程工業過程控制制的“金字塔塔”工業自動化系系統的發展機械繼電器、、電氣繼電器器組成的邏輯輯控制系統控制器、PLC初步大型PLC，，DCS現場總線，先先進控制、模模糊控制、人人工神經網絡絡控制、智能能技術與專家家系統，CIMS2000年，，“集成化、、網絡化、智智能化”流程工業的企企業綜合自動動化綜合自動化(CIPS，，流程工業的的CIMS)是流程企企業提高核心心競爭力的重重要技術手段段之一，是企企業自動化技技術的發展趨趨勢。企業自動化的的發展概況70年代以前前，自動化孤孤島模式的階階段，其控制制目標只能是是保證生產平平穩和少出事事故。70～80年年代分布式工工業控制計算算機系統(DCS)得到到大力的發展展，為實現先先進控制創造造了條件，多多變量預測控控制等先進控控制方法的應應用，使自動動化達到了新新的水平，在在實現優質、、高產、低消消耗的控制目目標方面前進進了一大步。。流程工業的特特點流程工業是加加工業的一個個大類。泛指指煉油、石化化、化工、冶冶金、制藥、、電力等原材材料加工和能能源工業行業業，其特點是是對生產原料料的連續加工工過程，一般般伴有化學、、物理等物性性變化的過程程。流程工業在國國民經濟中占占主導地位的的行業，全球球500強企企業中，有70余家。流程工業的特特點流程工業的生生產過程是連連續進行的，，不能中斷。。原材料按照照一定的工藝藝流程連續不不斷地通過一一系列設備和和裝置，被加加工處理成產產品。化工、、煉油、造紙紙、制藥、煉煉鋼等流程生生產過程的典典型。流程工業的特特點生產過程連續續，生產批量量大，加工能能力強。生產工藝復雜雜，涉及多種種化學變化與與物理變化，，生產控制技技術要求高，，信息量大。。生產環境苛刻刻，如高溫、、高壓、低溫溫、低壓、易易燃易爆等。。產品結構復雜雜，除了主產產品外，還會會產生大量副副產品和中間間產品。產品種類繁多多，同一類產產品根據規格格可以細分為為不同的產品品，不同規格格的產品相互互混合可以產產生更多規格格的產品。流程工業的特特點對產品的存儲儲要求較高，，大部分產品品不允許混裝裝，存儲的時時候需要保持持一定的溫度度和壓力。對公用工程的的供應要求較較高，需要大大量不同形式式的水、汽、、風等能源的的供應。基礎自動化水水平比較高，，對自動化的的依賴性比較較強，絕大部部分的物料變變量依靠儀表表進行測量或或間接獲得，，少量人工計計量。生產以安全、、穩定、長周周期、滿負荷荷、優質、均均衡、高產、、低耗和減少少污染為主要要目標。企業自動化的的發展概況80年代后期期，隨著多學學科間的相互互滲透與交又又，人工智能能和智能控制制被引入實際際的過程控制制中。信號處處理技術、數數據庫、通訊訊技術以及計計算機網絡的的發展為實現現高水平的自自動控制提供供了強有力的的技術工具。。工業自動化化開始突破自自動化孤島的的傳統模式，，采用計算機機集成制造的的思想和方法法來組織、管管理和指揮整整個生產過程程，出現了集集控制、優化化、調度、管管理于一體的的新模式。在在連續工業中中，也將這種種模式稱為綜綜合自動化CIMS或CIPS(Computerintegratedprocesssystem)。企業綜合自動動化的結構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的概念念ERP（EnterpriseResourcePlanning）：是20世紀90年代的一種種企業管理理理論，其當今今國際上先進進的企業管理理模式，其目目標是對企業業的人力、資資金、材料、、設備、工藝藝方法、信息息、時間等資資源進行綜合合平衡和優化化。注重產品品和批次，以以分鐘、小時時為單位跟蹤蹤產品的制造造過程。面向向市場，協調調企業各部門門圍繞市場導導向開展業務務活動，使企企業能夠在市市場競爭中全全面發揮各種種資源的作用用，從而獲得得最佳經濟效效益。處于企業綜合合自動化的最最上層，經營營計劃系統以以產品的生產產和銷售為處處理對象，聚聚焦于定貨、、交貨期、成成本、和顧客客的關系等，，以月、周、、日為單位。。MES基本概概念ManufacturingExecutionSystem，，MES——制造執行系統統美國國家標準準協會(NIST)對““MES”的的定義:“從生產計劃/工工單下達到成品產出的的整個過程中中，采集所有有過程信息的的數據，從而而使我們能夠夠完成生產管管理以及生產產優化。是生生產過程控制制PCS與管管理信息集成成BPS的重重要橋梁和紐紐帶。”“它以生產行為信息息為核心，為企企業決策系統統提供直接的的支持”(MESA1997)其他功能模塊塊其它功能模塊塊庫存管理模塊塊訂單/工單管管理系統采購模塊生產計劃模塊塊ERP辦公室生產執行MES生產過程控制制企業綜合自動動化數據流做什么如何做做了什么（實實時數據））做了什么（信信息--決策策依據）企業管理信息息化的需求如何利用現有有的DCS系系統、遠距離離抄表系統和和電氣監督系系統，將過程程實時數據和和生產信息集集成，解決生生產運行中的的問題如何連續跟蹤蹤各套生產裝裝置的實時信信息，實現動動態成本計算算，在迅速變變化的市場環環境下獲取機機會利潤企業管理信息息化的需求如何將商品的的銷售、價格格狀況與生產產的實時工況況結合起來，，實現優化調調度如何連續監視視、跟蹤生產產過程，將采采集到的大量量生產數據經經加工提煉和和挖掘，在更更高的層次上上提供決策支支持，實現管管理信息系統統與生產現場場的無縫連接接將管理者設定定的各類生產產指標（單耗耗、能耗、關關鍵參數穩定定性等）在MES環境下下進行連續跟跟蹤和績效考考核，提升操操作技能和運運行水平實施企業綜合合自動化帶來來的效益MESA協會會近期調查結結果表明,實實施MES所帶來的效效益：生產周期縮短短數據輸入工作作減少半成品的積壓壓減少交接班的紙面面工作減少次品減少少交貨時間間縮短企業的信信息流和和物流縮短信息息流和物物流之間間的時間間差，是是度量管管理信息息系統功功能優劣劣的重要要指標。。實施企業業綜合自自動化的的關鍵技技術實時數據據庫關系數據據庫信息集成成平臺企業綜合合自動化化系統中中的數據據在企業綜綜合自動動化體系系結構中中，各層層次之間間關聯的的關鍵在在于各類類信息的的有序流流動，需需要將正正確的數數據在正正確的時時間以正正確的格格式送到到正確的的地方。。在流程程工業自自動化系系統中中中，各類類信息一一般分為為兩類，，一類是是與生產產過程直直接相聯聯系的稱稱之為實實時信息息。另一類是是與各職職能部門門相聯系系的稱之之為管理理信息。。與這兩兩類不同同性質的的數據相相對應的的數據庫庫管理系系統也分分別由實實時數據據庫和關關系數據據庫兩部部分組成成。實時時數據庫庫是綜合合自動化化體系結結構中的的一個重重要組成成部分，，它與關關系數據據庫一起起構成了了系統的的信息集集成環境境。實時數據據庫技術術實時數據據本身具具有許多多區別于于管理數數據的性性質，用用戶在使使用實時時數據時時有區別別于管理理數據的的方式，，特別指指出，實實時數據據庫針對對過程特特點而設設計，從從結構和和功能上上保證了了從過程程數據采采集、傳傳輸、預預處理到到數據存存儲、訪訪問、以以及保證證數據安安全等各各項任務務的實現現，從而而有能力力構成過過程監控控和先進進控制的的支撐平平臺。實時數據據庫系統統的作用用數據管理理功能控制系統統接口實時數據據的管理理歷史數據據的壓縮縮存儲系統狀態態監視系統安全全備份和轉轉儲應用程序序接口客戶端應應用MES系系統的數數據流、、信息流流數據采集集數據庫信息共享享平臺數據校正正MES功功能模塊塊（客戶端端應用））數據據信息上海焦化化MES系統主主要模塊塊MessageBus信信息總線線控制系統統性能評估估設備遠程程監控先進過