实时数据库在管道实时监控系统中的应用研究
时间：2021-04-09 07:58:54 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：针对输油管道的打孔盗油现象,借助VC 6.0软件工具研究并开发了基于PI实时数据库的管道实时监控系统，首先介绍了组态软件中实时数据库的结构，接着分析了管道实时监控系统架构，最后探索了实时数据库在管道实时监控系统中应用的关键技术。
关键词：实时数据库；工业组态软件；实时监控；输油管道
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)22-5282-04
The Applied Research of the Real-time Database in the Real-time Monitoring of the Pipeline System
WANG Dong
(Xinxiang Transmit Oil Section,Sinopec Pipeline Storage, Ransportation Company, Xinxiang 453003, China)
Abstract: Aimed at the phenomenon of Drilling and stealing oil from the transportation pipeline, this papers uses VC 6.0 software tools to develop the real-time monitoring of the pipeline system based on the PI system of real-time database. Firstly, Real-Time Database System Framework in Industrial Configuration Software is introduced，and then the System Architecture of the real-time monitoring of the pipeline is analyzed, At last, the Key Technology of the real-time monitoring of the pipeline system based on the PI system of real-time database is introduced in detail.
Key words: industrial configuration software; real-time database; real-time monitor; transportation pipeline
输油管道大都分布在野外，且空间跨度很大，长期以来，需要巡视员或维修工对这些输油管道进行定期巡查，但是近年来输油管道的打孔盗油现象非常严重，特别是在一些打孔盗油“重灾区”，不法分子采取利用手机、步话机等先进的通讯工具传递信息，进行反跟踪；因此，有必要采用自动化监控系统对这些输油管道进行全过程的实时监控,在实时监控过程中，会产生大量的实时数据，必须采取有效措施对这些数据进行分析存储处理，而目前主要是采用关系数据库技术和分散控制系统(DCS)对这些数据进行处理，关系数据库对数据处理速度较低,无法满足对生产过程数据进行有效实时更新及存储，而DCS数据存储能力有限,在进行数据共享的过程中存在问题，这说明采用集散控制系统(DCS)和关系数据库技术无法解决数据的实时处理及共享问题。
为了解决上述问题,将实时数据库引入管道监控系统，实时数据库系统能够提供高速、及时的实时数据服务,能够有效的集成异构监控系统,在管道监控系统运行过程中,实时记录监控数据的运行情况,通过对输油管道监控过程的关键数据（温度，压力，流量）进行实时监控分析,随时随地掌握输油管道的运行情况,及时处理输油管道中出现的问题,使管道平稳进行输油。
1实时数据库
实时数据库是连接底层控制网络和上层管理信息系统网络连接的桥梁，是工控系统运行的核心部分,具有海量的存储数据,丰富完整的信息量等特点，其最大的优点是实时性强,可以实现最新的数据库状态、时间一致的数据值和及时处理事务，企业可以通过在工控组态软件中的实时数据库系统,进行质量监控、先进过程控制、计划调度、经营决策等，在工控组态软件中的实时数据库的结构如图1所示,可以看出，在结构上，实时数据库与传统数据库类似,最大区别在于调度和事务管理方面。
2管道实时监控系统分析
实时数据库是管理和维护实时数据及与其相关的信息，通常包含以下功能特点:良好的数据模型，数据库组态,现场数据采集，数据检索机制,访问调度和并发控制机制，供基于优先级的数据访问，滚动存储机制，预处理机制，自动更新机制，支持不同类型的事务，补偿机制，动态汇总机制和人机界面等功能，为了能在管道实时监控系统中更好支持高速数据访问和实时应用要求，文中选用了PI (Plant Information)实时数据系统，它是由美国OSI软件公司开发的实时数据系统，在系统中，可以对集成到系统中的所有现场运行数据进行监控、挖掘、分析和存储,并能实时动态显示输油管道实时运行情况，这有利于企业管理人员及时准确地掌握输油管道运行状况和各种信息,为他们做准确的决策提供帮助，此外，其还是连接上层企业信息管理系统和输油管道数据采集设备的桥梁，基于此，根据输油管道的需求情况和PI实时数据库特点,设计的系统架构如图2所示。
3实时数据库在管道实时监控系统中的应用
PI实时数据库提供实时数据、海量历史数据和报警服务,并通过完善的人机界面软件以及管理配置软件,完成对数据的采集、存储、查询、显示和分析的功能。
3.1数据库的功能模块
系统中，对于经常变化的实时数据（如DO、DI、D/A、A/D值），这些数据每个采样周期都更新，采用内存缓冲区存取加快了存取速度；对于非共享型数据（如组态软件的组态参数），这些数据不需要经常更新，可以采用文件管理系统存取，减轻了系统负担；对于输油管道状态的历史数据，由于其数据量非常巨大，采用关系数据库SQL Server存取。
采用面向对象编程(OOP)技术对实时数据库进行设计,采用平衡二叉树的数据结构来组织内存实时数据，提高对实时数据库的查询、插入、删除和更新的效率,此外，将管理程序的所有功能封装成一个专用的实时数据库类，通过对这些接口函数实现对各种功能操作，如：读写数据函数，事故处理函数，报警函数，计算函数，显示链接函数，初始化函数，基本操作函数和数据采集函数，具体实时数据库类如图3所示。
3.2实时数据库的事务调度系统
管道实时监控系统运行后,要同时进行多个事务调度处理，如DCS数据采集、越限报警、紧急事件报警、事故处理、图形刷新显示、数据传输、现场监控、数据计算处理、历史数据存取等事务活动，这些事务需要并行处理,必须对实时数据库进行事务调度，使得其同时满足各种约束条件事务请求，实现各个部分协调动作，当前常用的事务调度策略可分为三类:优先级调度算法，时间片轮算法和多级反馈队列调度算法，系统采用优先级调度算法，基于优先级的调度算法主要有如下几种：先来先服务，截止期最早最优先，可达截止期最早最优先，可达截止期最早最优先，价值密度最大最优先和价值最高最优先(HVF，highest value first)，在系统中，采用价值最高最优先算法，价值最高最优先函数为V(T)=c(w1(t-ts)-w2d+w3p-w4s)，其中，s为空余时间，d为事务的截止期，p为已执行
图4实时数据库事务调度
3.3 I/O接口
I/O接口是实现上层应用软件，客户端，智能终端，实时数据库之间进行通信的关键部件，由于在现场采集设备可能是来自不同厂商的不同时期的产品，其所采用的接口种类不统一，其系统结构和通讯方式也可能不一样，为了使本实时数据库达到具有开放性接口功能，在通用接口软件框架下对IO接口进行了简化, I/O接口体系结构图如图5所示。
实时数据库共提供了两个接口模块：下层接口模块和上层接口模块，下层接口模块用于与各种智能终端设备（如智能控制设备PLC与DCS，智能总线备ProfiBus、CanBus与ModBus等，PC总线PCI/ISA/USB等）通讯和交换数据；而上层接口模块用于与企业信息管理系统软件的数据通信，如：数据查询，Internet的通信等应用程序。
为了提高系统的实时性能和统一数据接口，利用Windows的DLL技术和全局内存共享技术来建立系统运行时的实时数据库，针对不同的接口方式开发不同的动态库链接的策略，通过调用动态连接库中的函数,实现不同任务间的快速通信及数据处理。
4结束语
管道实时监控系统中存在着大量的实时数据处理、存储和集成问题，仅依靠分散控制系统(DCS)和关系数据库技术并不能满足数据实时性和数据有效共享要求，实时数据库是实时技术与数据库技术相结合的产物,是DCS组态软件体系结构的关键部分，能够提供高速、及时的实时数据服务。将PI系统应用到管道实时监控系统中,其能够提供高速、及时的实时数据服务,其完善的人机界面软件以及管理配置软件,完成对数据的采集、存储、查询、显示和分析的功能，使得PI系统在工控监控中具有着广阔的应用前景。
参考文献：
[1]实时数据库系统方案的设计与实现[J].电脑知识与技术,2009(26).
[2]于继武.基于GSM短信平台的油田输油管道监控系统的设计[J].电脑知识与技术,2008(27).
[3]余卫江.数据监控系统在海洋石油勘探开发中的应用[J].计算机与应用化学,2011(8).
[4]陈鑫.GIS的输油管道辅助设计系统的关键技术[J].油气储运,2011(12).
[5]张勇.组态软件实时数据库系统的开发与设计[J].自动化仪表,2011(12).
