摘 要：以Aspen公司的實時數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品IP21為例，介紹幾種不同的方式實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)庫和其它應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成。并對不同的數(shù)據(jù)集成方式在應(yīng)用范圍、性能、使用效果等方面進行比較。

關(guān)鍵詞：實時數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)集成；API；ODBC；WebService；

中圖分類號：TE-9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-04-00169-03

引言

實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是生產(chǎn)流程型企業(yè)（如：石化企業(yè)、電力企業(yè)、冶煉企業(yè)）的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)流程型企業(yè)主要使用實時數(shù)據(jù)進行生產(chǎn)管理、調(diào)度和數(shù)據(jù)分析。不同類型的企業(yè)對實時數(shù)據(jù)的要求不盡相同，如冶煉企業(yè)主要關(guān)注的是模擬量數(shù)據(jù)，對溫度、壓力、流量信號的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求較高；電力企業(yè)更加關(guān)注開關(guān)量數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)調(diào)度開關(guān)信號的響應(yīng)速度要求更高；石化企業(yè)則對模擬數(shù)據(jù)和開關(guān)數(shù)據(jù)的實時性都有較高的要求。

隨著信息化發(fā)展進程的深入，企業(yè)中越來越多的上層應(yīng)用系統(tǒng)需要使用到實時數(shù)據(jù)。如：MES（生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)）系統(tǒng)使用實時數(shù)據(jù)能減少人工數(shù)據(jù)的錄入、提高系統(tǒng)中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性；環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)使用實時數(shù)據(jù)在線監(jiān)控環(huán)保指標(biāo)，及時調(diào)整生產(chǎn)，達到國家環(huán)保要求；設(shè)備管理系統(tǒng)利用設(shè)備運行中的實時數(shù)據(jù)能分析出設(shè)備運行狀態(tài)等。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)如何能快速高效的和這些上層應(yīng)用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)集成，也已成為企業(yè)信息化建設(shè)過程中普遍關(guān)注的問題。

一、 實時數(shù)據(jù)庫介紹

（一） 實時數(shù)據(jù)庫特性。區(qū)別于關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實時數(shù)據(jù)庫的特性就是實時性。包括數(shù)據(jù)實時性和事務(wù)實時性兩個指標(biāo)。數(shù)據(jù)的實時性是指儀表IO數(shù)據(jù)的更新周期，這個指標(biāo)主要受儀表設(shè)備等硬件條件的制約。事務(wù)的實時性是指實時數(shù)據(jù)庫對其事務(wù)處理的速度。這個指標(biāo)根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫的軟件產(chǎn)品而有所不同。事務(wù)一般采取事件觸發(fā)或定時觸發(fā)這兩種方式。事件觸發(fā)是該事件一旦發(fā)生可以立刻獲得調(diào)度，這類事件可以得到立即處理，但是比較消耗系統(tǒng)資源；而定時觸發(fā)是在一定時間范圍內(nèi)獲得調(diào)度權(quán)。舉個簡單的例子，一般模擬量數(shù)據(jù)都有高低報警，如果采取事件觸發(fā)，報警方式為：一旦數(shù)據(jù)超過了報警上下限制，系統(tǒng)立即調(diào)度觸發(fā)事件；如果采取定時觸發(fā)，則報警的方式為：系統(tǒng)定時調(diào)度一段時間內(nèi)這個數(shù)據(jù)是否有超標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)生，并執(zhí)行相應(yīng)的事務(wù)。

（二）實時數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。主流實時數(shù)據(jù)庫有3 個產(chǎn)品：OSI公司的 PI （ Plant Information System ） 、HONEYWELL公司的 PHD （ Process History Database ） 、AspenTech公司的 IP21 （ InfoPlus .21 ）。 PI 采用了旋轉(zhuǎn)門壓縮專利技術(shù)對數(shù)據(jù)進行了最有效的壓縮，極大地節(jié)省了硬盤空間，是效率最高，在國際上也使用最廣泛的實時數(shù)據(jù)庫。PHD HONEYWELL主要使用在工控領(lǐng)域DCS端，其內(nèi)核使用的是簡化版的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，因此在數(shù)據(jù)存儲方面沒有優(yōu)勢。在國內(nèi)市場主要使用的是AspenTech公司IP21實時數(shù)據(jù)庫， IP21進入中國市場10 a多，現(xiàn)已成為中國石化使用的最多的實時數(shù)據(jù)庫。

二、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)總體架構(gòu)

實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集層通過OPC接口進行生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)采集并傳入IP21實時數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)存儲層主要是將采集的實時數(shù)據(jù)存儲到IP21的歷史庫中；數(shù)據(jù)應(yīng)用層主要是對采集上來的實時數(shù)據(jù)和保存的歷史數(shù)據(jù)進行一些基本應(yīng)用。

系統(tǒng)架構(gòu)圖如下所示：三、實時數(shù)據(jù)庫集成方式的實現(xiàn)

（一）ODBC方式。ODBC（Open Database Connectivity）是微軟提出的數(shù)據(jù)訪問接口標(biāo)準(zhǔn)。其定義了訪問數(shù)據(jù)的一個規(guī)范，這個規(guī)范獨立于具體編程語言，是一種通用的數(shù)據(jù)集成的方式。按照ODBC規(guī)范，數(shù)據(jù)庫廠商提供ODBC驅(qū)動程序以方便用戶訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。一般比較熟悉使用的是如：ORACLE、SQL SERVER等關(guān)系數(shù)據(jù)庫的ODBC驅(qū)動，和關(guān)系數(shù)據(jù)庫類似的，實時數(shù)據(jù)庫也提供了ODBC的驅(qū)動程序。

IP21的ODBC驅(qū)動程序主要包含3個動態(tài)鏈接庫：ip21odbc.dll、libc21.dll和PFWAuth.dll。在使用驅(qū)動程序之前，需要在系統(tǒng)中注冊這3個庫文件。當(dāng)然，注冊前需要將這3個庫文件拷貝到SYSTEM32系統(tǒng)目錄下。

32位系統(tǒng)中注冊信息為：

[HKEY_LOCAL_MACHINE＼SOFTWARE＼ODBC＼ODBCINST.INI＼AspenTech SQLplus]

\"UsageCount\"=dword：00000007

\"Driver\"=\"C：＼＼WINDOWS＼＼system32＼＼ip21odbc.dll\"

\"Setup\"=\"C：＼＼WINDOWS＼＼system32＼＼ip21odbc.dll

[HKEY_LOCAL_MACHINE＼SOFTWARE＼ODBC＼ODBCINST.INI＼ODBC Drivers]

\"AspenTech SQLplus\"=\"Installed\"

64位系統(tǒng)中注冊信息為：

[HKEY_LOCAL_MACHINE＼SOFTWARE＼Wow6432Node＼ODBC＼ODBCINST.INI＼AspenTech

SQLplus]

\"UsageCount\"=dword：00000007

\"Driver\"=\"C：＼＼AspenODBC32＼＼system32＼＼ip21odbc.dll\"

\"Setup\"=\"C：＼＼AspenODBC32＼＼system32＼＼ip21odbc.dll\"

[HKEY_LOCAL_MACHINE＼SOFTWARE＼Wow6432Node＼ODBC＼ODBCINST.INI＼ODBC Drivers]

\"AspenTech SQLplus\"=\"Installed\"

IP21的ODBC驅(qū)動在系統(tǒng)中注冊完成后，可以直接在操作系統(tǒng)的ODBC數(shù)據(jù)源管理器中進行數(shù)據(jù)源配置。如下圖所示：

建立完數(shù)據(jù)源后，即可通過編程方式使用這個數(shù)據(jù)源來訪問IP21，訪問方法和通過ODBC訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫是一樣的。也可在一些應(yīng)用程序中直接訪問ODBC數(shù)據(jù)源，如通過使用Excel軟件中的MICROSOFT QUERY功能，可以直接在Excel表格中引用IP21的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

（二）API方式

IP21實時數(shù)據(jù)庫提供了一組靈活的用于數(shù)據(jù)訪問的API接口，程序開發(fā)人員可以調(diào)用接口中的函數(shù)來訪問和操作數(shù)據(jù)庫。調(diào)用API函數(shù)需要用到的動態(tài)鏈接庫有：infoplus21_api.dll、cimsrvapi.dll、CimWin32Util.dll、ip21admin_client.dll、ip21ezrpcw32.dll、ip21winrpc32.dll、libc21.dll。由于IP21的API接口是非托管代碼，在dotnet環(huán)境下進行開發(fā)的開發(fā)人員，在使用前需要對接口進行重新封裝。下面給出主要的封裝代碼：

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"DaInitialize\"）]

private static extern bool Init（bool isReadCfgFile）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"DaShutdown\"）]

private static extern bool UnInit（）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"DaAddServer\"）]

private static extern short AddServer（string configLine， ref ERRBLOCK err）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"GETNAMDB\"）]

private static extern void GetNameByRecID（ref int recid， byte[] name， ref short len）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"DECODFT\"）]

private static extern void GetFldIDByFldName（string name， short len， ref int id， ref ERRBLOCK err）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"FIELDDEFNINFO\"）]

private static extern void GetFldInfo（int recid， int fldid， int seq， ref FIELDDEFN flddefinfo， ref short stop， ref ERRBLOCK err）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"DB2REAL\"）]

private static extern void ReadFloat（int recid， int ft， ref float data， ref ERRBLOCK err）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"DB2DUBL\"）]

private static extern void ReadDouble（int recid， int ft， ref double data， ref ERRBLOCK err）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"RHIS21DATA\"）]

private static extern void ReadHisData（int mode， int step， int outsiders， int recid， int fid， ref XUSTS startTime， ref XUSTS endTime， short numFts， int[] fts， short[] ptdtypes， int maxNum， short[] keyLevels， XUSTS[] keyTimes， IntPtr ptdatas， ref short occsok， ref short ftsok， ref ERRBLOCK err）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"REALADD2DB\"）]

private static extern void WriteFloat（int recid， int ft， ref float data， ref ERRBLOCK err）；

[DllImport（\"infoplus21_api.dll\"， EntryPoint = \"DUBLADD2DB \"）]

private static extern void WriteDouble（int recid， int ft， ref double data， ref ERRBLOCK err）；

封裝完成后，可以在微軟的集成開發(fā)環(huán)境visual studio中直接調(diào)用函數(shù)來訪問IP21中的數(shù)據(jù)。

（三）webservice方式

Web Service技術(shù)能使得運行在不同機器上的不同應(yīng)用無須借助第三方軟件或硬件，就可相互交換數(shù)據(jù)或集成。以這種方式實現(xiàn)IP21的數(shù)據(jù)集成能更容易達到利用實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的目的。實現(xiàn)方法為先基于實現(xiàn)了ODBC或API方式正常獲取IP21中的數(shù)據(jù)后，再開發(fā)部署取數(shù)服務(wù)。筆者用微軟IIS服務(wù)管理器來部署IP21的數(shù)據(jù)服務(wù)。webservice代碼整理如下：

using System；

using System.Collections.Generic；

using System.Web；

using System.Web.Services；

using IPLIB；

using System.Configuration；

namespace IPServices

[WebService（Namespace = \"http：//tempuri.org/\"）]

[WebServiceBinding（ConformsTo = WsiProfiles.BasicProfile1_1）]

[System.ComponentModel.ToolboxItem（1）]

public class IPService ： System.Web.Services.WebService

[WebMethod]

public double GetRDData（string tagName）

Rtdb db = new Rtdb（）；

return db.GetTagData（tagName）；

[WebMethod]

public double GetHisRDData（string tagName，DateTime dataTime）

Rtdb db = new Rtdb（）；

return db.GetTagDataByTime（tagName， dataTime）；

以上代碼提供取數(shù)的web服務(wù)，IPLIB命名空間實現(xiàn)IP21的取數(shù)邏輯，可以由ODBC或API來實現(xiàn)。服務(wù)部署后，其它應(yīng)用系統(tǒng)可以在代碼中直接引用服務(wù)器地址，通過上面代碼中的兩個方法獲取實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

四、3種集成方式的比較

采用webService方式獲取IP21的數(shù)據(jù)，開發(fā)成本最低，部署一臺服務(wù)器提供IP21取數(shù)服務(wù)，就可實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個應(yīng)用系統(tǒng)對IP21的數(shù)據(jù)集成，但這種方式數(shù)據(jù)響應(yīng)速度相對較慢，執(zhí)行效率不高，對有大批量數(shù)據(jù)需求的應(yīng)用系統(tǒng)有性能瓶頸；應(yīng)用系統(tǒng)通過ODBC方式實現(xiàn)對IP21的數(shù)據(jù)集成可以解決一部分的性能問題，但由于每個客戶端都需要部署安裝IP21的驅(qū)動，這樣就增加了應(yīng)用系統(tǒng)的實施難度和應(yīng)用范圍。以API方式集成IP21實時數(shù)據(jù)，技術(shù)難度和開發(fā)成本較高，每個要集成IP21數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)都需要單獨開發(fā)取數(shù)模塊，但這種方式具有性能優(yōu)勢，取數(shù)效率最高。

五、結(jié)論

針對這三種不同方式的優(yōu)缺點，筆者建議：類似于生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）這種應(yīng)用范圍廣但實時數(shù)據(jù)需求量不大的系統(tǒng)，可以使用webService方式獲取數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)需求量大且用戶數(shù)也較多的應(yīng)用系統(tǒng)，如在線監(jiān)測系統(tǒng)，工藝參數(shù)分析系統(tǒng)等可以使用API方式進行數(shù)據(jù)集成；數(shù)據(jù)需求量大但用戶數(shù)較少的應(yīng)用系統(tǒng)則直接用ODBC方式獲取數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、全流程優(yōu)化系統(tǒng)等。