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組態軟件是數據采集與過程控制的專用軟件，是建立在系統監控層的軟件平臺和開發環境。以組態方式提供用戶開發界面和使用方法，組態軟件的結構可分三個層次，如圖1所示[1]。

組態軟件的層次結構
圖1　組態軟件的層次結構
Fig.1 Hiberarchy of configuration software

**層是與現場控制站相連的I/O驅動程序接口模塊，它主要完成上層軟件與現場控制站之間的數據信號的轉換和緩存。I/O驅動程序之上的中間層是實時數據庫控制模塊，實現實時數據、歷史數據、設備數據等數據之間的關聯和控制，并對圖形顯示模塊、實時趨勢模塊和報警模塊進行通信控制。最上層是關系型數據庫控制模塊。主要完成用戶對數據庫提出的各種操作查詢請求，根據要求定期對數據庫進行維護管理和備份，包括實時數據記錄庫、登錄庫和其它的事件、操作、故障記錄庫，并通過它實現報表生成、歷史曲線的顯示等功能。

2 實時數據庫系統的設計

實時數據庫是組態軟件的核心，實時數據庫能夠及時準確地獲取現場數據是整個工業控制系統正常工作的基本前提。實時數據庫管理系統是事務調度中心，數據采集事務、圖形顯示事務、報警事務、歷史存盤事務等都由實時數據庫系統中的事務調度系統完成，從而達到監控的實時性、正確性和一致性。

2.1實時數據庫的存儲策略
設計實時數據庫系統時，考慮到時空矛盾，應該優先考慮系統的效率。實時數據庫是組態軟件的核心，應該根據組態軟件對不同類型的數據所要求的響應速度以及數據量的大小來制定數據的存儲策略。為此，我們采用傳統的數據庫系統、文件管理系統和內存緩沖區三者相結合的方法，利用多種存儲介質來構建組態軟件的實時數據庫。

（1）對于需要長期保存的非共享數據(如采樣值的數模轉換系數、控制組態值等)采用文件管理系統直接存取。
（2）對于數據量大而工控軟件無特殊要求的共享數據(如操作者紀錄等)，將其存放在外存數據庫中。外存數據庫采用Microsoft SQL Server數據庫，由實時數據庫提供的接口函數對它進行操作。
（3）對于每個采樣周期都要更新的數據。這樣，通過使用外存數據庫(Microsoft SQL Server數據庫)、文管系統和內存數據庫(實時數據庫)，既保證了數據的共享性、獨立性、安全性、完整性，又節約了內存，保證了系統的響應速度。

2.2實時數據庫的功能模塊

我們采用面向對象編程（OOP）技術，將實時數據庫定義為類的形式。各功能模塊通過對實時數據庫的接口函數調用實現與實時數據庫的關聯，現將實時數據庫類的各操作函數定義為幾個操作模塊，如圖2所示。



現將圖2中各模塊說明如下：
（1）初始化模塊：實時數據庫是以數據鏈表的方式存放在內存中，在系統運行之初，按照用戶組織好的數據庫動態生成實時數據庫類，并根據組態數據庫域的內容給相應的實時數據庫類對象賦值，從而完成初始化工作。同時建立SQL歷史數據庫和實時數據庫各數據對象對應的對象名索引，從而提高訪問數據的速度。
（2）基本操作模塊：提供對數據對象的基本操作，如對數據對象的查找操作，通過數據對象名或ID取得數據對象的其他屬性，或通過名稱取得數據對象的ID等等。
（3）數據采集模塊：實時數據庫中的每個數據對象都對應于工業現場的某種實時量，并與現場狀態保持一致。數據采集模塊負責對指定設備進行讀操作，將現場設備值寫入內存緩沖區。
（4）讀寫數據模塊：根據實時數據庫類對象的屬性調用相應的讀寫方法，實現對數據對象的讀寫操作。
（5）計算模塊：完成實時數據庫的計算功能，并觸發相應事件。
（6）顯示鏈接模塊：主要完成動態顯示、實時趨勢功能，使圖形、實時數據報表、實時曲線圖的顯示與現場數據的變化保持一致。
（7）數據存儲模塊：按照實時數據庫類對象的屬性決定記錄方式，并觸發相應方法將需要保存的數據存入SQL Server數據庫中。
（8）報警模塊：讀取數據對象的報警上下限，以及存儲報警信息。
（9）事故處理模塊：進行事故判斷、報警、防止事故擴大對有關設備的操作，保存事故前的操作記錄及現場參數值。

資訊來源：13818880443