《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于Wonderware平臺(tái)的自定義 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2015年微型機(jī)與應(yīng)用第17期
王立爍,張興波
(北京國(guó)際系統(tǒng)控制有限公司,北京 100083)
摘要: 針對(duì)Wonderware平臺(tái)自帶的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)無(wú)法滿足大量歷史數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)的問(wèn)題,對(duì)該平臺(tái)的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行了研究和分析,在保證Wonderware平臺(tái)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的正確性、及時(shí)性和完整性的前提下,結(jié)合Wonderware平臺(tái)與.NET能夠兼容的特性,設(shè)計(jì)了一種新的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法,使用C#語(yǔ)言完成了基于.NET的自定義歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)并投入實(shí)際使用,運(yùn)行效果良好。
Abstract:
Key words :

王立爍,張興波

(北京國(guó)際系統(tǒng)控制有限公司,北京 100083)

  摘  要: 針對(duì)Wonderware平臺(tái)自帶的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)無(wú)法滿足大量歷史數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)的問(wèn)題,對(duì)該平臺(tái)的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行了研究和分析,在保證Wonderware平臺(tái)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的正確性、及時(shí)性和完整性的前提下,結(jié)合Wonderware平臺(tái)與.NET能夠兼容的特性,設(shè)計(jì)了一種新的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法,使用C#語(yǔ)言完成了基于.NET的自定義歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)并投入實(shí)際使用,運(yùn)行效果良好。

  關(guān)鍵詞: Wonderware;歷史數(shù)據(jù)服務(wù);自定義歷史數(shù)據(jù)庫(kù);C#

0 引言

  美國(guó)Wonderware公司創(chuàng)建于1987年4月,致力于開(kāi)發(fā)基于IBM PC及其兼容計(jì)算機(jī)的、應(yīng)用于工業(yè)及過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的人機(jī)界面(HMI)軟件,是一家領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化與信息軟件解決方案供應(yīng)商[1]。Wonderware平臺(tái)是美國(guó)Wonderware公司為適應(yīng)嚴(yán)格的實(shí)時(shí)工業(yè)環(huán)境而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品,其提供了一個(gè)工業(yè)化的應(yīng)用服務(wù)、一個(gè)強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、一個(gè)易于使用的信息服務(wù)、以及無(wú)與倫比的連通性[2]。但是在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量多到一定程度時(shí),該平臺(tái)自帶的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)無(wú)法滿足同時(shí)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)的要求,歷史服務(wù)器的日志中會(huì)出現(xiàn)告警和錯(cuò)誤。針對(duì)該問(wèn)題,本文深入研究了Wonderware平臺(tái)收集歷史數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu),摒棄了平臺(tái)自帶的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù),并在此基礎(chǔ)上研發(fā)了一種新的歷史數(shù)據(jù)庫(kù),保證了在數(shù)據(jù)量巨大的情況下歷史數(shù)據(jù)仍然能夠正常進(jìn)行存儲(chǔ)。

1 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)

  1.1 Wonderware平臺(tái)配置歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)

  在Wonderware平臺(tái)的IDE中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)平臺(tái)服務(wù)的配置,在Platfrom級(jí)別和Engine級(jí)別的對(duì)象下包含歷史數(shù)據(jù)服務(wù)的配置[3]。如圖1所示,選中“Enable Storage To Historian”后,就開(kāi)啟了歷史數(shù)據(jù)服務(wù)功能,經(jīng)過(guò)正確配置后就可將該引擎下所有的歷史數(shù)據(jù)存入歷史服務(wù)器。

001.jpg

  通過(guò)圖1中的幾個(gè)關(guān)鍵配置項(xiàng),可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。其中Historian用來(lái)配置歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器名稱,Storeforward deletion threshold用來(lái)配置存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)塊的刪除臨界值,Storeforward minimum duration用來(lái)配置存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)最小間隔,F(xiàn)orwarding chunk size用來(lái)配置轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)塊大小。通過(guò)這些配置可以發(fā)現(xiàn),Wonderware自帶歷史數(shù)據(jù)服務(wù)的關(guān)鍵是通過(guò)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)完成歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),即通過(guò)簡(jiǎn)潔的界面配置就可在系統(tǒng)各平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。但是,在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),當(dāng)Wonderware平臺(tái)接入的數(shù)據(jù)點(diǎn)非常多時(shí),歷史數(shù)據(jù)服務(wù)存在低概率出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性,會(huì)影響系統(tǒng)的正常使用。

  1.2 自定義歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

  數(shù)據(jù)庫(kù)連接是一種關(guān)鍵的、有限的昂貴資源,建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接需要消耗大量系統(tǒng)資源,頻繁地創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)連接會(huì)大大削弱應(yīng)用性能,所以在自定義的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中,如何盡可能減少數(shù)據(jù)庫(kù)的連接是關(guān)鍵所在。通過(guò)研究Wonderware平臺(tái)自帶的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)可以發(fā)現(xiàn),歷史數(shù)據(jù)通過(guò)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)策略進(jìn)行存庫(kù)。同樣,在自定義歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中也采用這種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的策略,使用ADO.NET技術(shù),將系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)連續(xù)存入中轉(zhuǎn)文件[4],然后再將中轉(zhuǎn)文件內(nèi)容復(fù)制到歷史數(shù)據(jù)庫(kù),每一個(gè)中轉(zhuǎn)文件一旦被成功讀取并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)后就被刪除,這樣就在極大程度上節(jié)省了寶貴的數(shù)據(jù)庫(kù)資源,降低了系統(tǒng)負(fù)載,杜絕歷史數(shù)據(jù)存庫(kù)的失敗。本文中,在遙測(cè)對(duì)象中增加腳本程序,使用接口函數(shù)接收數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性和突發(fā)性地存儲(chǔ),然后將數(shù)據(jù)存入本地文件。在引擎中增加腳本程序,使用接口函數(shù)獲取本地文件,將本地文件周期性存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù),然后刪除已經(jīng)被讀取過(guò)的文件。流程如圖2。

002.jpg

2 自定義歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

  Wonderware平臺(tái)以開(kāi)發(fā)工具包的形式擴(kuò)展了Microsoft Visual Studio.NET,并且在腳本中支持絕大部分 .NET函數(shù)。但是由于在腳本中進(jìn)行代碼編輯不方便,并且有些函數(shù)和類庫(kù)使用起來(lái)不如在.NET中簡(jiǎn)單,所以此處采用編寫(xiě)外部函數(shù)庫(kù)的方法,使用C#語(yǔ)言完成自定義函數(shù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)選用SQL Server。

  2.1 將歷史數(shù)據(jù)存入中轉(zhuǎn)文件

  歷史數(shù)據(jù)分為周期性存儲(chǔ)和突發(fā)性存儲(chǔ),定義周期性存儲(chǔ)間隔為5 s,當(dāng)歷史數(shù)據(jù)發(fā)生突變并且變化范圍超過(guò)閾值時(shí),進(jìn)行突發(fā)性存儲(chǔ)。在每一個(gè)對(duì)象的Function Script中獲取數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)用“,”分隔,拼接成string類型的字符串,先放在動(dòng)態(tài)數(shù)組里。動(dòng)態(tài)數(shù)組是C#提供的一種優(yōu)秀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),可以動(dòng)態(tài)地分配存儲(chǔ)空間,而不是像普通數(shù)組那樣必須先定義好數(shù)組長(zhǎng)度,所以使用List可以有效節(jié)省內(nèi)存。

  代碼如下:

  string combinedata=time+“,”+name+“,”+value+“,”+quality;

  public static List<string> Liststr=new List<string>();

  Liststr.Add(combinedata);

  中轉(zhuǎn)文件可以采用多種格式,此處采用TXT文件,按照存儲(chǔ)周期為1 min將數(shù)組存入TXT文件。TXT文件被特定的命名格式(如“站名-點(diǎn)名-時(shí)間精確到分”)存放在D盤(pán)的名為“Data”的文件夾下。代碼如下:

  string Path="D:\\中轉(zhuǎn)文件\\Engine_"+EngineName+"_當(dāng)前時(shí)間"+"("+DateTime.Now.ToString("yyyyMMdd_HHmm")+").txt";//時(shí)間精確到分鐘

  2.2 將中轉(zhuǎn)文件數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)

  如果是用readline方法來(lái)逐行讀取TXT中的數(shù)據(jù)無(wú)疑是最容易被想到的辦法,但是這樣會(huì)大大降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度,并且會(huì)持續(xù)性占用大量數(shù)據(jù)庫(kù)連接資源。所以需要一種更加優(yōu)化的方法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

  利用ADO.NET中的Datatable技術(shù)和SqlBulkCopy類,將TXT文本文件中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)表中,然后將數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)庫(kù)中。雖然使用SqlBulkCopy類只能向SQL Server表寫(xiě)入數(shù)據(jù),但數(shù)據(jù)源不限于SQL Server,可以使用任何數(shù)據(jù)源,只要數(shù)據(jù)可加載到DataTable實(shí)例或可使用IDataReader實(shí)例讀取數(shù)據(jù)即可[5]。此方法可以大量節(jié)省數(shù)據(jù)庫(kù)資源,是一種高效的處理方式。

  創(chuàng)建DataTable實(shí)例:

  DataTable dt=new DataTable();

  dt.Columns.Add(new DataColumn("時(shí)間"));

  dt.Columns.Add(new DataColumn("名稱"));

  dt.Columns.Add(new DataColumn("數(shù)據(jù)"));

  dt.Columns.Add(new DataColumn("質(zhì)量"));

  …

  SqlBulkCopy將DataTable復(fù)制到數(shù)據(jù)庫(kù)中:

  System.Data.SqlClient.SqlBulkCopy sbc=new

  System.Data.SqlClient.SqlBulkCopy(SQL

  ConnectionString);

  {

  …

  sbc.BulkCopyTimeout=5000;

  sbc.BatchSize=dt.Rows.Count;

  sbc.DestinationTableName="中轉(zhuǎn)文件";

  sbc.WriteToServer(dt);

  …

  }

3 結(jié)束語(yǔ)

  使用C#語(yǔ)言設(shè)計(jì)的基于.NET平臺(tái)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)具有存儲(chǔ)速度快、占用資源少、保證數(shù)據(jù)完整性的優(yōu)點(diǎn),與Wonderware自帶的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)相比具有更優(yōu)良的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能。目前該數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)應(yīng)用到遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中,運(yùn)行效果良好。

  參考文獻(xiàn)

  [1] Invensys Systems, Inc. Alarm toolkit guide[R]. UK: Invensys Systems, Inc, 2009.

  [2] Invensys Systems, Inc. IT alarms and events[R]. UK: Inven sys Systems, Inc, 2009.

  [3] Anon. Wonderware[EB/OL]. (2013-12-19)[2015-05-10]. http://www.baike.baidu.com.

  [4] NAGEL C.Professional C#4 and .NET 4[M].李銘,譯.北京:清華大學(xué)出版社,2010.

  [5] 張奇,李律松,衛(wèi)建偉,等.Visual C#數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目案例導(dǎo)航[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.


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