基于WONDERWARE平臺(tái)的自定義歷史數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王立爍，張興波

（北京國(guó)際系統(tǒng)控制有限公司，北京 100083）

0 引言

美國(guó)Wonderware公司創(chuàng)建于1987年4月，致力于開發(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)庫服務(wù)、一個(gè)易于使用的信息服務(wù)、以及無與倫比的連通性[2]。但是在實(shí)際使用過程中發(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)庫服務(wù)無法滿足同時(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，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，就開啟了歷史數(shù)據(jù)服務(wù)功能，經(jīng)過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。

通過圖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用來配置歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器名稱，Storeforward deletion threshold用來配置存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)塊的刪除臨界值，Storeforward minimum duration用來配置存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)最小間隔，F(xiàn)orwarding chunk size用來配置轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)塊大小。通過這些配置可以發(fā)現(xiàn)，Wonderware自帶歷史數(shù)據(jù)服務(wù)的關(guān)鍵是通過存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)完成歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，即通過簡(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)庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫連接是一種關(guān)鍵的、有限的昂貴資源，建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接需要消耗大量系統(tǒng)資源，頻繁地創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接會(huì)大大削弱應(yīng)用性能，所以在自定義的歷史數(shù)據(jù)庫中，如何盡可能減少數(shù)據(jù)庫的連接是關(guān)鍵所在。通過研究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)通過存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)策略進(jìn)行存庫。同樣，在自定義歷史數(shù)據(jù)庫中也采用這種存儲(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，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)庫資源，降低了系統(tǒng)負(fù)載，杜絕歷史數(shù)據(jù)存庫的失敗。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，然后刪除已經(jīng)被讀取過的文件。流程如圖2。

2 自定義歷史數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

Wonderware平臺(tái)以開發(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)和類庫使用起來不如在.NET中簡(jiǎn)單，所以此處采用編寫外部函數(shù)庫的方法，使用C#語言完成自定義函數(shù)庫的開發(fā)。數(shù)據(jù)庫平臺(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_HH-mm＂）+＂）.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

如果是用readline方法來逐行讀取TXT中的數(shù)據(jù)無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)庫連接資源。所以需要一種更加優(yōu)化的方法來進(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)庫中。雖然使用SqlBulkCopy類只能向SQL Server表寫入數(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DataT-able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

使用C#語言設(shè)計(jì)的基于.NET平臺(tái)的歷史數(shù)據(jù)庫具有存儲(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。

[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)庫項(xiàng)目案例導(dǎo)航[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.