王東

摘要：針對(duì)輸油管道的打孔盜油現(xiàn)象,借助VC 6.0軟件工具研究并開(kāi)發(fā)了基于PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，首先介紹了組態(tài)軟件中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)，接著分析了管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，最后探索了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；工業(yè)組態(tài)軟件；實(shí)時(shí)監(jiān)控；輸油管道

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)22-5282-04

The Applied Research of the Real-time Database in the Real-time Monitoring of the Pipeline System

WANG Dong

(Xinxiang Transmit Oil Section,Sinopec Pipeline Storage, Ransportation Company, Xinxiang 453003, China)

Abstract: Aimed at the phenomenon of Drilling and stealing oil from the transportation pipeline, this papers uses VC 6.0 software tools to develop the real-time monitoring of the pipeline system based on the PI system of real-time database. Firstly, Real-Time Database System Framework in Industrial Configuration Software is introduced，and then the System Architecture of the real-time monitoring of the pipeline is analyzed, At last, the Key Technology of the real-time monitoring of the pipeline system based on the PI system of real-time database is introduced in detail.

Key words: industrial configuration software; real-time database; real-time monitor; transportation pipeline

輸油管道大都分布在野外，且空間跨度很大，長(zhǎng)期以來(lái)，需要巡視員或維修工對(duì)這些輸油管道進(jìn)行定期巡查，但是近年來(lái)輸油管道的打孔盜油現(xiàn)象非常嚴(yán)重，特別是在一些打孔盜油“重災(zāi)區(qū)”，不法分子采取利用手機(jī)、步話機(jī)等先進(jìn)的通訊工具傳遞信息，進(jìn)行反跟蹤；因此，有必要采用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)這些輸油管道進(jìn)行全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控,在實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，必須采取有效措施對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析存儲(chǔ)處理，而目前主要是采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和分散控制系統(tǒng)(DCS)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)處理速度較低,無(wú)法滿足對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行有效實(shí)時(shí)更新及存儲(chǔ)，而DCS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力有限,在進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的過(guò)程中存在問(wèn)題，這說(shuō)明采用集散控制系統(tǒng)(DCS)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)無(wú)法解決數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理及共享問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題,將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)引入管道監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能夠提供高速、及時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù),能夠有效的集成異構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng),在管道監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,實(shí)時(shí)記錄監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的運(yùn)行情況,通過(guò)對(duì)輸油管道監(jiān)控過(guò)程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)（溫度，壓力，流量）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析,隨時(shí)隨地掌握輸油管道的運(yùn)行情況,及時(shí)處理輸油管道中出現(xiàn)的問(wèn)題,使管道平穩(wěn)進(jìn)行輸油。

1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是連接底層控制網(wǎng)絡(luò)和上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，是工控系統(tǒng)運(yùn)行的核心部分,具有海量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù),豐富完整的信息量等特點(diǎn)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)最新的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)、時(shí)間一致的數(shù)據(jù)值和及時(shí)處理事務(wù)，企業(yè)可以通過(guò)在工控組態(tài)軟件中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控、先進(jìn)過(guò)程控制、計(jì)劃調(diào)度、經(jīng)營(yíng)決策等，在工控組態(tài)軟件中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,可以看出，在結(jié)構(gòu)上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)類似,最大區(qū)別在于調(diào)度和事務(wù)管理方面。

2管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)分析

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是管理和維護(hù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及與其相關(guān)的信息，通常包含以下功能特點(diǎn):良好的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài),現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)檢索機(jī)制,訪問(wèn)調(diào)度和并發(fā)控制機(jī)制，供基于優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，滾動(dòng)存儲(chǔ)機(jī)制，預(yù)處理機(jī)制，自動(dòng)更新機(jī)制，支持不同類型的事務(wù)，補(bǔ)償機(jī)制，動(dòng)態(tài)匯總機(jī)制和人機(jī)界面等功能，為了能在管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中更好支持高速數(shù)據(jù)訪問(wèn)和實(shí)時(shí)應(yīng)用要求，文中選用了PI (Plant Information)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，它是由美國(guó)OSI軟件公司開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，可以對(duì)集成到系統(tǒng)中的所有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、挖掘、分析和存儲(chǔ),并能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示輸油管道實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，這有利于企業(yè)管理人員及時(shí)準(zhǔn)確地掌握輸油管道運(yùn)行狀況和各種信息,為他們做準(zhǔn)確的決策提供幫助，此外，其還是連接上層企業(yè)信息管理系統(tǒng)和輸油管道數(shù)據(jù)采集設(shè)備的橋梁，基于此，根據(jù)輸油管道的需求情況和PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn),設(shè)計(jì)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、海量歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警服務(wù),并通過(guò)完善的人機(jī)界面軟件以及管理配置軟件,完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、查詢、顯示和分析的功能。

3.1數(shù)據(jù)庫(kù)的功能模塊

系統(tǒng)中，對(duì)于經(jīng)常變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（如DO、DI、D/A、A/D值），這些數(shù)據(jù)每個(gè)采樣周期都更新，采用內(nèi)存緩沖區(qū)存取加快了存取速度；對(duì)于非共享型數(shù)據(jù)（如組態(tài)軟件的組態(tài)參數(shù)），這些數(shù)據(jù)不需要經(jīng)常更新，可以采用文件管理系統(tǒng)存取，減輕了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)；對(duì)于輸油管道狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)，由于其數(shù)據(jù)量非常巨大，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server存取。

采用面向?qū)ο缶幊?OOP)技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì),采用平衡二叉樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組織內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提高對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢、插入、刪除和更新的效率,此外，將管理程序的所有功能封裝成一個(gè)專用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)類，通過(guò)對(duì)這些接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種功能操作，如：讀寫數(shù)據(jù)函數(shù)，事故處理函數(shù)，報(bào)警函數(shù)，計(jì)算函數(shù)，顯示鏈接函數(shù)，初始化函數(shù)，基本操作函數(shù)和數(shù)據(jù)采集函數(shù)，具體實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)類如圖3所示。

3.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)調(diào)度系統(tǒng)

管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行后,要同時(shí)進(jìn)行多個(gè)事務(wù)調(diào)度處理，如DCS數(shù)據(jù)采集、越限報(bào)警、緊急事件報(bào)警、事故處理、圖形刷新顯示、數(shù)據(jù)傳輸、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)計(jì)算處理、歷史數(shù)據(jù)存取等事務(wù)活動(dòng)，這些事務(wù)需要并行處理,必須對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行事務(wù)調(diào)度，使得其同時(shí)滿足各種約束條件事務(wù)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分協(xié)調(diào)動(dòng)作，當(dāng)前常用的事務(wù)調(diào)度策略可分為三類:優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，時(shí)間片輪算法和多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法，系統(tǒng)采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度算法主要有如下幾種：先來(lái)先服務(wù)，截止期最早最優(yōu)先，可達(dá)截止期最早最優(yōu)先，可達(dá)截止期最早最優(yōu)先，價(jià)值密度最大最優(yōu)先和價(jià)值最高最優(yōu)先(HVF，highest value first)，在系統(tǒng)中，采用價(jià)值最高最優(yōu)先算法，價(jià)值最高最優(yōu)先函數(shù)為V(T)=c(w1(t-ts)-w2d+w3p-w4s)，其中，s為空余時(shí)間，d為事務(wù)的截止期，p為已執(zhí)行

圖4實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)調(diào)度

3.3 I/O接口

I/O接口是實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用軟件，客戶端，智能終端，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行通信的關(guān)鍵部件，由于在現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備可能是來(lái)自不同廠商的不同時(shí)期的產(chǎn)品，其所采用的接口種類不統(tǒng)一，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通訊方式也可能不一樣，為了使本實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)達(dá)到具有開(kāi)放性接口功能，在通用接口軟件框架下對(duì)IO接口進(jìn)行了簡(jiǎn)化, I/O接口體系結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)共提供了兩個(gè)接口模塊：下層接口模塊和上層接口模塊，下層接口模塊用于與各種智能終端設(shè)備（如智能控制設(shè)備PLC與DCS，智能總線備ProfiBus、CanBus與ModBus等，PC總線PCI/ISA/USB等）通訊和交換數(shù)據(jù)；而上層接口模塊用于與企業(yè)信息管理系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)通信，如：數(shù)據(jù)查詢，Internet的通信等應(yīng)用程序。

為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，利用Windows的DLL技術(shù)和全局內(nèi)存共享技術(shù)來(lái)建立系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)不同的接口方式開(kāi)發(fā)不同的動(dòng)態(tài)庫(kù)鏈接的策略，通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)中的函數(shù),實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)間的快速通信及數(shù)據(jù)處理。

4結(jié)束語(yǔ)

管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中存在著大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和集成問(wèn)題，僅依靠分散控制系統(tǒng)(DCS)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)并不能滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)有效共享要求，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是實(shí)時(shí)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是DCS組態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，能夠提供高速、及時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)。將PI系統(tǒng)應(yīng)用到管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中,其能夠提供高速、及時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù),其完善的人機(jī)界面軟件以及管理配置軟件,完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、查詢、顯示和分析的功能，使得PI系統(tǒng)在工控監(jiān)控中具有著廣闊的應(yīng)用前景。

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