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流程工业历史数据库的研究

作　者: 江勇
导　师: 王文海
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 流程工业历史数据库组态软件磁盘历史数据库旋转门压缩算法存储策略多级索引
分类号: TP311.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

随着现代化工业的发展，制造企业规模越来越大，生产技术也变得越来越复杂，因此，需要对整个生产过程进行监控，将分散使用的仪器、仪表、控制器等集中起来管理，于是，产生了工业组态软件(SCADA，Supervisory Control And Data Acquisition)。它一般由如下几个部分组成：数据采集与控制信息发送、历史数据记录与趋势显示、报警记录及事件处理、报表生成和打印等。其中，历史数据的存储和查询是工业组态软件不可或缺的部分，它主要服务于工艺流程的改进、设备性能的维护以及故障原因的诊断。历史数据库产品的开发自2000年以来逐步升温，一些国外知名自动化公司纷纷推出自己的历史数据库。因此，研究一套具有开放性的历史数据库体系结构，改善历史数据存储和查询过程、改进历史数据压缩方法，将会是一项很有意义的研究，有利于打破国外技术壁垒。具体内容可以概括为以下几个方面： 1．在分析我国流程工业和自动化组态软件现状和发展趋势的基础上，针对国内对历史数据库缺乏专门研究的情况，提出了历史数据库的体系结构和框架，并结合SunyTDC9200集散控制系统实现了一套历史数据库SunyHDB。在设计时，采用了ActiveX组件技术，使该系统具有良好的移植性和易用性。 2．通过分析工程数据库系统，论证了专用历史数据库系统比传统商用关系数据库更加适合流程工业的事实。同时结合实际运用，介绍了两个历史数据库产品。 3．总结了流程工业历史数据的特点，定义了信号点、过程数据以及历史数据库等的数据模型。 4．结合先进控制软件对历史数据的不同访问需要，提出了内存历史数据库和磁盘历史数据库两种可选数据存储模型。重点研究了磁盘历史数据库高效的存储和查询方法；改进了传统时间信息的组织方式；提出了集成文件管理体系以及多级索引和哈希链表的数据管理方式；并在理论上分析了数据文件的查询效率。 5．介绍三种节省磁盘空间的方法：定时存储和定差存储(死区压缩)策略、数据文件的归档策略，以及旋转门压缩算法。其中，在介绍旋转门压缩算法原理的基础上，重点比较了两种算法的实现策略，并且给出了实现细节。实践证明，浙江大学硕士学位论文通过这些方法，对减少数据量有着良好的效果。关键词:流程工业，历史数据库，组态软件，磁盘历史数据库，旋转门压缩算法，存储策略，多级索引

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-19
  1．1 引言  10-14
    1．1．1 流程工业自动化的现状  10-11
    1．1．2 自动化组态软件的历史与现状  11-12
    1．1．3 数据压缩概述  12-14
  1．2 SUNYTDC9200集散控制系统简介  14-16
  1．3 流程工业历史数据库简介  16-17
    1．3．1 流程工业历史数据库在自动化软件中的地位  16
    1．3．2 流程工业历史数据库的任务与目标  16-17
  1．4 本文的工作  17-19
第二章数据库系统概述  19-25
  2．1 引言  19-21
  2．2 工程数据库系统  21-22
    2．2．1 工程数据库系统简介  21
    2．2．2 工程数据库研究的必要性  21-22
  2．3 历史数据库的发展  22-23
  2．4 历史数据库两种实现方案的比较  23
  2．5 TRACEMODE和组态王数据库实现方案的介绍  23-25
第三章历史数据库系统设计与分析  25-37
  3．1 引言  25
  3．2 软件体系结构设计和目标  25-27
    3．2．1 软件体系结构  25-26
    3．2．2 软件体系结构设计准则  26-27
  3．3 历史数据特点  27-28
  3．4 功能分析  28-29
    3．4．1 数据采集  28
    3．4．2 数据存储  28-29
    3．4．3 数据查询  29
  3．5 设计目标  29-31
    3．5．1 稳定性  29
    3．5．2 可靠性  29-30
    3．5．3 低祸合  30
    3．5．4 开放性  30-31
  3．6 数据模型设计  31-33
    3．6．1 信号点模型  31
    3．6．2 过程数据模型  31-32
    3．6．3 数据库存储模型  32-33
  3．7 系统结构设计  33-37
    3．7．1 磁盘历史数据库设计概述  33-35
    3．7．2 内存历史数据设计概述  35-37
第四章磁盘历史数据库的实现  37-65
  4．1 引言  37
  4．2 接口设计  37-40
  4．3 采集模块设计  40-44
    4．3．1 采集方式  40-42
    4．3．2 存储策略  42-44
  4．4 数据处理  44-46
    4．4．1 毫秒存储对传统历史数据存储与查询的影响  44-45
    4．4．2 开关量存储的改进  45
    4．4．3 浮点数存储的改进  45-46
  4．5 数据文件集设计  46-50
    4．5．1 临时文件的设计  46-48
    4．5．2 索引文件和日数据文件设计  48-50
  4．6 归档过程分析  50
  4．7 查询过程分析  50-54
    4．7．1 数据插值  50-51
    4．7．2 查询过程描述  51-52
    4．7．3 日数据文件查询耗时分析  52-53
    4．7．4 临时文件查询耗时分析  53
    4．7．5 查询结构的优点  53-54
  4．8 压缩策略设计  54-60
    4．8．1 旋转门数据压缩原理  54-55
    4．8．2 旋转门压缩算法实现  55-59
      4．8．2．1 测试临时数据集实现方案  55-56
      4．8．2．2 斜率比较实现方案  56-59
    4．8．3 旋转门压缩算法的运用  59-60
  4．9 利用线程进行编程  60-65
    4．9．1 多线程的概念  60
    4．9．2 启动线程  60-62
    4．9．3 中止线程  62
    4．9．4 同步控制  62-65
第五章总结与展望  65-68
  5．1 总结  65-66
  5．2 展望  66-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
作者攻硕期间发表论文和参加科研、工程项目  72

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