1. 前言 實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)是支持發(fā)電廠SIS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備、各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的有機(jī)組合。實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)按照標(biāo)簽點(diǎn)的形式通過(guò)定時(shí)地收集、存儲(chǔ)電廠控制系統(tǒng)帶有時(shí)間序列性質(zhì)數(shù)據(jù)、離線手工數(shù)據(jù)、或者其他外部應(yīng)用數(shù)據(jù)，并針對(duì)這些數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)提供實(shí)時(shí)管理和應(yīng)用能力。實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分布采集、經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)、方便管理、可擴(kuò)展的協(xié)同應(yīng)用。 實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)要符合相關(guān)國(guó)內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，滿足軟件平臺(tái)、硬件平臺(tái)的兼容及各子系統(tǒng)間的互聯(lián)要求。實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)配置、軟件編制，應(yīng)滿足對(duì)電廠發(fā)電可靠運(yùn)行的要求。實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)必須保證生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)采集過(guò)程的實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)的完整性。從系統(tǒng)安全的角度考慮，實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)需要保證系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)的安全，采用適當(dāng)?shù)募用芊雷o(hù)措施、數(shù)據(jù)備份措施，提供嚴(yán)格的用戶認(rèn)證、權(quán)限管理和審計(jì)手段，并考慮信息保密的時(shí)效性。從開(kāi)放性和可擴(kuò)展性考慮，實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)采用應(yīng)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)和分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以滿足未來(lái)SIS應(yīng)用和企業(yè)信息綜合應(yīng)用的要求。 總的說(shuō)來(lái)，實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)至少應(yīng)具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分布采集、經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)、靈活管理、可擴(kuò)展的協(xié)同應(yīng)用等四個(gè)組成部分：  D1：數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)采集(Data Acquisition and Collection)  D2：數(shù)據(jù)歸檔與存儲(chǔ)(Data Archives and Storage)  D3：數(shù)據(jù)組態(tài)與數(shù)據(jù)庫(kù)管理(Data Configuration and Administration)  D4：數(shù)據(jù)應(yīng)用(Data Application Integration) 2. D1數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)采集 D1的功能是采集水、煤、灰、機(jī)、電等控制系統(tǒng)過(guò)程數(shù)據(jù)以及通過(guò)相應(yīng)功能或者開(kāi)發(fā)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)手工輸入數(shù)據(jù)、手持設(shè)備或者其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上支持通過(guò)硬件擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)連接、通過(guò)接口站或者控制系統(tǒng)上位計(jì)算機(jī)完成控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集；軟件上應(yīng)支持通過(guò)OPC服務(wù)器或者XML方式采集控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。 為了平衡控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊負(fù)載，需要考慮D1支持針對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)特性針對(duì)每個(gè)標(biāo)簽點(diǎn)采集頻率、采集相位進(jìn)行獨(dú)立或者批量定義。D1可以采集的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)字量、模擬量、字符串等。 考慮到網(wǎng)絡(luò)中斷或者D2部分因?yàn)槟承┰驘o(wú)法及時(shí)響應(yīng)D1數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求，D1要求支持?jǐn)?shù)據(jù)緩存功能，能夠在D1部分將過(guò)程數(shù)據(jù)暫存于本地，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正?；蛘逥1響應(yīng)后后將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)緩存區(qū)的大小可按需配置。支持同類數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)復(fù)制功能。 3. D2數(shù)據(jù)歸檔與存儲(chǔ) D2的主要功能是支持對(duì)歷史數(shù)據(jù)歸檔文件的管理，包括創(chuàng)建、復(fù)制、刪除、備份的功能。數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)應(yīng)該提供面向過(guò)程數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)或者優(yōu)化存儲(chǔ)的手段，并且提供數(shù)據(jù)壓縮方法以及用戶可對(duì)壓縮能力選擇的途徑。提供計(jì)算引擎或者計(jì)算接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)的二次計(jì)算-存儲(chǔ)能力，既可直接存儲(chǔ)過(guò)程數(shù)據(jù)又可存儲(chǔ)過(guò)程數(shù)據(jù)中間計(jì)算結(jié)果。計(jì)算引擎以及接口支持統(tǒng)計(jì)功能包括最大值、最小值、平均值和累計(jì)值計(jì)算功能。 D2針對(duì)每條過(guò)程數(shù)據(jù)記錄包含如下內(nèi)容： 標(biāo)簽點(diǎn)名稱、標(biāo)簽點(diǎn)時(shí)間標(biāo)簽、標(biāo)簽點(diǎn)描述、數(shù)據(jù)源地址、數(shù)據(jù)點(diǎn)工程單元、數(shù)據(jù)類型、掃描周期、量程范圍、數(shù)據(jù)時(shí)間標(biāo)志、數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)狀態(tài)(含數(shù)據(jù)質(zhì)量或者其它數(shù)據(jù)點(diǎn)狀態(tài)信息)等。 考慮系統(tǒng)擴(kuò)容和更新，D2應(yīng)能提供針對(duì)已有歷史數(shù)據(jù)的移植和擴(kuò)容方案。 4. D3數(shù)據(jù)組態(tài)與數(shù)據(jù)庫(kù)管理 D3部分是指系統(tǒng)管理員對(duì)整個(gè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的管理和系統(tǒng)組態(tài)，它包括如下幾個(gè)方面的內(nèi)容：  用戶權(quán)限管理：實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)支持基于角色的用戶權(quán)限管理，可以對(duì)每個(gè)用戶指定具體的操作權(quán)限，確保其只能進(jìn)行權(quán)限范圍內(nèi)的操作。  數(shù)據(jù)組態(tài)：?jiǎn)为?dú)或者批量組態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)：創(chuàng)建、更新、刪除、查詢數(shù)據(jù)點(diǎn)以及相關(guān)屬性。離線和在線兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)和配置，所謂在線方式是指系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中修改數(shù)據(jù)庫(kù)配置避免數(shù)據(jù)庫(kù)停機(jī)時(shí)間(Downtime)和重裝（Reload）的修改。  運(yùn)行管理：設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視。（系統(tǒng)參數(shù)如：采集規(guī)模、歸檔文件、壓縮策略、采集接口、負(fù)載、并發(fā)用戶、系統(tǒng)報(bào)警和系統(tǒng)消息等）。  備份與恢復(fù)：通過(guò)手工方式或者自動(dòng)方式備份數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)配置信息和歷史歸檔數(shù)據(jù)，并可從備份文件恢復(fù)數(shù)據(jù)。  審計(jì)功能：記錄和追蹤數(shù)據(jù)庫(kù)配置信息與數(shù)據(jù)修改。  日志功能：記錄數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行中的操作信息、警告信息、錯(cuò)誤信息等。  遠(yuǎn)程維護(hù)：支持Web方式遠(yuǎn)程維護(hù)。 5. D4數(shù)據(jù)應(yīng)用 D4部分提供面向D2的多用戶、多應(yīng)用的并發(fā)訪問(wèn)的機(jī)制（接口工具）：  針對(duì)用戶各種應(yīng)用在數(shù)據(jù)回取（Data Retrieve）或訪問(wèn)時(shí)的權(quán)限管理，如根據(jù)權(quán)限運(yùn)行服務(wù)器、配置標(biāo)簽點(diǎn)、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。  提供數(shù)據(jù)回取時(shí)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算能力：計(jì)算最大最小值、計(jì)算指定時(shí)間范圍均值、計(jì)算累計(jì)、計(jì)算記錄個(gè)數(shù)或者次數(shù)、最大最小值發(fā)生時(shí)間等。  提供采樣數(shù)據(jù)回取能力：指定間隔時(shí)間的采樣數(shù)據(jù)回取、指定采樣數(shù)目的數(shù)據(jù)回取。  為開(kāi)發(fā)SIS數(shù)據(jù)應(yīng)用提供二次開(kāi)發(fā)工具，以API或者SDK的方式提供函數(shù)調(diào)用接口，支持的函數(shù)應(yīng)包括：面向服務(wù)器管理和狀態(tài)信息的查詢、面向數(shù)據(jù)點(diǎn)管理和狀態(tài)信息的查詢、面向接口站和數(shù)據(jù)采集的管理和狀態(tài)信息的查詢、面向數(shù)據(jù)的查詢、更改、統(tǒng)計(jì)計(jì)算。  提供ODBC或OLE DB接口，支持SQL SELECT子集，以SQL語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)器信息的查詢、面向數(shù)據(jù)點(diǎn)屬性的查詢、面向接口站和數(shù)據(jù)采集信息的查詢、面向數(shù)據(jù)信息的查詢（計(jì)算方式或者采樣方式）。  提供具備圖形化的應(yīng)用開(kāi)發(fā)界面，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程圖動(dòng)態(tài)再現(xiàn)、關(guān)鍵性能指標(biāo)參數(shù)(KPI: Key Performance Index)動(dòng)態(tài)計(jì)算、趨勢(shì)顯示與分析工具。  支持Web訪問(wèn)解決方案：生產(chǎn)流程圖動(dòng)態(tài)再現(xiàn)、KPI動(dòng)態(tài)再現(xiàn)、趨勢(shì)顯示與分析工具。  提供以報(bào)表開(kāi)發(fā)手段：專門報(bào)表開(kāi)發(fā)工具、Excel加載宏或者其它形式的報(bào)表功能。 6. 實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)特征 事務(wù)是指一組作為一個(gè)單元成功執(zhí)行或者失敗的相關(guān)任務(wù)或者操作。從數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理的角度考慮，實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)以事務(wù)為單位分配CPU、數(shù)據(jù)等資源，進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的分配、調(diào)度處理等。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)的本質(zhì)區(qū)別就在于其有定時(shí)限制，通過(guò)在事務(wù)處理方面應(yīng)滿足定時(shí)性、語(yǔ)義相關(guān)性（結(jié)構(gòu)一致性，數(shù)據(jù)一致性，功能替代/結(jié)構(gòu)補(bǔ)償）要求來(lái)達(dá)到定時(shí)限制的事務(wù)比率最大的事務(wù)處理目標(biāo)。 除了在吞吐量方面追求數(shù)據(jù)庫(kù)性能以外，對(duì)單個(gè)事務(wù)定時(shí)限制的最大滿足是實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)特征的最突出的特征。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)的原子性和可串行化限制了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的事務(wù)執(zhí)行的并發(fā)度，對(duì)于滿足定時(shí)限制是不利的，所以實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)應(yīng)該保證數(shù)據(jù)的時(shí)態(tài)一致性方面，至少應(yīng)該滿足如下條件：  確保實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)值的時(shí)間戳與現(xiàn)場(chǎng)中物理值的時(shí)間戳相差不超過(guò)預(yù)定義的最大時(shí)間間隔。  確保實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)中計(jì)算點(diǎn)的時(shí)間戳在允許的范圍之內(nèi)。  分布數(shù)據(jù)源的采集后標(biāo)記時(shí)間戳的一致性。 實(shí)時(shí)事務(wù)的正確性包括數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)正確性和事務(wù)執(zhí)行正確性。數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)正確性包含內(nèi)部一致和時(shí)間一致；事務(wù)執(zhí)行正確性則包含其結(jié)果正確性、行為正確性、結(jié)構(gòu)正確性和時(shí)間正確性。實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理按照關(guān)鍵性分類（也就是按事務(wù)超截止期對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響分類）如下：  硬（截止期/ 實(shí)時(shí)）事務(wù)超截止期會(huì)導(dǎo)致惡果（價(jià)值函數(shù)取大且可能不斷增加的負(fù)值）。它對(duì)應(yīng)于安全危急性活動(dòng)。  軟（截止期/ 實(shí)時(shí)）事務(wù)超截止期仍有一定的價(jià)值，且價(jià)值不斷下降，直到某一時(shí)刻（稱為最終有效時(shí)間）降到零，此后保持為零（不會(huì)為負(fù)）。  固（截止期/ 實(shí)時(shí)）事務(wù)一旦到達(dá)截止時(shí)間，其價(jià)值立即降為零，此后固定為零（也不會(huì)為負(fù)）。 實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理按照按事務(wù)功能分類如下：  數(shù)據(jù)接收事務(wù)：用來(lái)記錄電廠控制系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)狀態(tài)或發(fā)生的事件到數(shù)據(jù)庫(kù)中。包括新數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和已有數(shù)據(jù)修改。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的" 外部一致" 和跟蹤記錄，它應(yīng)是短的、周期的，且應(yīng)是被立即執(zhí)行（不能等待和阻塞）的硬實(shí)時(shí)事務(wù)。  數(shù)據(jù)處理事務(wù)：類似傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)。它用來(lái)恢復(fù)已違反了一致性（可能由于數(shù)據(jù)接收事務(wù)的結(jié)果）的數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)。這種事務(wù)可看作維護(hù)正常運(yùn)行的監(jiān)控器，它可能是" 長(zhǎng)壽" 的。  控制事務(wù)：引起對(duì)外部或者數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部中有關(guān)活動(dòng)的執(zhí)行。像數(shù)據(jù)接收事務(wù)一樣，這種事務(wù)是很短的，盡管所引起的現(xiàn)實(shí)活動(dòng)可能要執(zhí)行很長(zhǎng)時(shí)間。它通常也是硬實(shí)時(shí)的。這種事務(wù)還可以作為數(shù)據(jù)處理事務(wù)的子事務(wù)而被調(diào)用，而它本身也可以觸發(fā)子事務(wù)，比如以一子事務(wù)來(lái)檢測(cè)所引起的現(xiàn)實(shí)活動(dòng)。 實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理按照按數(shù)據(jù)處理方式分類如下：  數(shù)據(jù)更新事務(wù)：數(shù)據(jù)更新事務(wù)包含的操作有：事務(wù)開(kāi)始、更新數(shù)據(jù)時(shí)間、更新數(shù)據(jù)值、檢查數(shù)據(jù)狀態(tài)、設(shè)置數(shù)據(jù)狀態(tài)、事務(wù)結(jié)束。  數(shù)據(jù)計(jì)算事務(wù)：即二次計(jì)算點(diǎn)的數(shù)據(jù)更新，其包含的操作有：事務(wù)開(kāi)始、獲取二次計(jì)算所需的數(shù)據(jù)點(diǎn)值及其對(duì)應(yīng)時(shí)間、產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果、更新二次計(jì)算點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)間、更新二次計(jì)算點(diǎn)的數(shù)據(jù)值、檢查數(shù)據(jù)狀態(tài)、設(shè)置數(shù)據(jù)狀態(tài)、事務(wù)結(jié)束。  數(shù)據(jù)回取事務(wù)：其包含的操作有：事務(wù)開(kāi)始、按照指定條件獲取數(shù)據(jù)、事務(wù)結(jié)束。 實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)為了保證持久性，即系統(tǒng)必須保持提交的事務(wù)所產(chǎn)生的影響，并且從以下的單點(diǎn)失敗中恢復(fù)之后確保數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性：  持久介質(zhì)出現(xiàn)不可恢復(fù)的失效。  系統(tǒng)或者部分子系統(tǒng)失效。  內(nèi)存或者部分內(nèi)存失效。  突然斷電。 7. 實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)性能指標(biāo) 針對(duì)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的性能可以通過(guò)事務(wù)吞吐量、數(shù)據(jù)新鮮度、數(shù)據(jù)壓縮能力、單機(jī)采集規(guī)模、采集速度等幾個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。 事務(wù)吞吐量：采用TPS (Transact