跨平台linux组态软件-紫金桥跨平台实时数据库

阿拉小牛帆

1、引言

·······中国在2002年提出工业化和信息化融合的发展思路,2012年又提出两化深度融合,再到2015年规划中国制造2025。伴随着数字化、网络化和智能化的深入发展,中国正在向智能制造迅速转型。
·······随着信息安全上升为国家战略,国家将自主可控提升到国家战略高度。作为一种基础软件,实时数据库系统是工业领域信息化的核心基础软件,是智能制造的支撑软件之一,是新一代信息技术应用产业中的关键环节之一。
·······我国核心软硬件技术经过近几年的快速发展已较为成熟,国产处理器方面如龙芯、飞腾、兆芯等已完成产业化并实现批量采购,国产操作系统方面如麒麟等已广泛应用于各行业及国家重点部门,基础软件和芯片的国产化正在加速落地。紫金桥跨平台实时数据库RealHistorian由紫金桥公司自主开发,具有完全自主知识产权,已成功应用于民船、军工等多个国家重点领域且得到用户的一致认可和好评。

2、产品概述

·······RealHistorian是工业领域信息化的核心基础软件,是大数据、云计算、物联网等产业的核心支撑软件。在国家“两化融合”的号召下,紫金桥软件凭借多年开发经验与大量用户反馈,精心打造紫金桥跨平台实时数据库RealHistorian,积极响应中国制造2025和深入贯彻落实国家现阶段规划纲要,帮助传统企业开展“智慧转型”,实现生产数字化、智能化,为民族智能制造的腾飞助力。
·······RealHistorian是一款基于C/S和B/S结构的实时数据库集成应用平台,其单机数据容量大,且采用最新的超文本标记语言实现多端一体化的WEB访问,完美支持智能手机、平板电脑等多种移动设备浏览,有效提高智能设备的自动化水平和可操作性,为实际操作提供便利。
·······RealHistorian是真正自主的跨平台软件,可与国产操作系统(如麒麟系列)及国产硬件(以龙芯、飞腾、兆芯等为代表的CPU)完美结合,极大的拓宽了软件适用领域,可广泛应用于国防信息建设和国计民生行业,为民族产业信息安全把好第一关,为我国的国防安全和信息安全做出贡献,助力重点数据生态系统国产化建设。

3、系统构成

·······RealHistorian的核心模块包括IODriver(设备驱动)、IDE(开发环境)、View(运行环境)、DB(数据库)、WebServer(Web服务)、对外接口等,各模块相互独立又相互联系,组合在一起构成紫金桥跨平台实时数据库RealHistorian。
·······IODriver:是RealHistorian的数据采集模块,是RealHistorian与外部设备的连接通道。通过IODriver,RealHistorian可以和生产现场联系起来。一方面,IODriver可以把实时数据采集到计算机中,另一方面,RealHistorian通过IODriver给IO设备发出相应的指令。
·······IDE:是RealHistorian集成开发环境,主要用于系统的配置和组态。包括点组态、设备组态、画面组态、用户管理、安全设置、代码编辑和编译等功能。
·······View:是RealHistorian的运行环境,是用户开发出来的应用系统的结果显示。可以与最终用户进行交互,提供流程图显示、历史/实时趋势显示、历史/实时报警显示、报表等多种数据表现方式。
·······DB:是RealHistorian的数据处理核心,是系统的中枢部分,它一方面管理系统的数据处理,如实时数据的处理、历史数据存储、报警处理、统计数据管理等;另一方面它还要为其它模块提供数据服务,比如为View、IODriver、WebServer等提供各种服务。
·······WebServer:是为用户提供Web服务的程序,用户可以通过各种浏览器来访问工程运行画面及数据,通过Internet远程查看现场数据,及时了解生产情况。
·······对外接口:提供了多种开放式接口,可以和其他程序实现数据动态交换。包括WebService、API、OPC Server、Modbus Server等。

4、系统架构

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5、核心优势

5.1跨平台支持能力

·······支持常用的Windows系列操作系统、支持国产麒麟系列操作系统以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多种Linux桌面操作系统和各种Linux嵌入式操作系统。除支持通用的Intel、AMD处理器,还支持龙芯、兆芯、飞腾、申威、众志等国产处理器。
·······软件本身具备跨平台能力,其制作的工程也具备跨平台应用能力,同一工程可复制到不同操作系统中直接运行,消除操作系统和硬件等诸多限制所带来的不便,即实现工程跨平台兼容。
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5.2海量数据处理能力

·······实时数据库在各行业的应用越来越广泛,应用规模越来越大,这对实时数据库的处理能力提出了越来越高的要求。单台服务器容量是衡量实时数据库的一项重要指标,紫金桥跨平台实时数据库系统采用高效的数据结构,使得单台服务器容量可达800万测点;每秒钟可存储100万测点数据;并发客户端连接可超过1000个;数据输入/输出处理周期最小可达10ms;历史存储精度的最小分辨率可达1ms;数据下置速度在100ms内;1万个位号占用内存50M之内。
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5.3嵌入式系统支持能力

·······基于嵌入式芯片和操作系统的工业自动化设备将获得长足的发展,目前已经有大量32位、64位嵌入式微控制器在应用中。网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径,如工业过程控制、交通管理、环境工程、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。
·······紫金桥跨平台实时数据库RealHistorian不仅可以实现云端部署进行大规模数据处理,也可完美支持嵌入式应用系统。系统采用可裁剪式架构,以及拥有良好的跨平台特性,能够适应多种不同配置的嵌入式设备及操作系统(嵌入式Linux、VxWorks、WinCE等)。方便不具备嵌入式软件开发经验的用户在极短的时间内,使用RealHistorian快速开发完成一个嵌入式系统,并极大缩短嵌入式产品进入市场的速度。而且使产品具有丰富的人机界面,嵌入式WEB应用及符合具体要求的控制逻辑功能,同时可以存储相当数量的历史数据,完成现场工作站级计算机的功能。

5.4多进程/多线程机制

·······随着CPU多核时代的到来与流行,由处理器技术的发展而催生的多核技术带动了软件编程的变革,以前只有在超级计算机中才能体验的并行计算目前被普及到了台式机中。只有充分利用多核CPU的性能,更好的发挥出多核的优势,让每个核能够同时处理任务,提高系统利用率,实时数据库才能做到极致的实时性。
·······RealHistorian采用多进程设计模式。数据库、集成开发环境、设备驱动、网络通信、实用工具、人机界面等程序分别是不同进程,每个进程又采用多个线程,可以充分利用系统硬件资源。多进程模式会使系统更稳定,因为进程运行在独立的地址空间中,一个进程的错误不会影响到另一个进程。同时可以将不同进程放到不同机器中,从而更合理的分配机器负荷,将重要的控制运算功能放到更为安全的机器上。另外,因为每个进程功能较单一,结构清晰,独立性强,调试和维护更加方便,因此能够更好的保证数据的实时性和可靠性,适合于大型应用。
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5.5组网能力

·······RealHistorian支持多级分布式部署,各节点间以专用连接作为通讯链路,快速搭建分布式架构。运行紫金桥数据库的计算机为服务器,它从I/O设备或其他的服务器采集数据,并且对数据进行加工处理,可为客户端提供数据。客户端主要是与用户交互的界面系统,包括流程图界面、数据查询、趋势分析等多种形式。它的数据从服务器而来,把数据以图形、报表或其它形式直观提供给最终用户,可以与用户交互,响应其操作指令,与服务器通讯。网络介质可以是以太网、串口网络、卫星网络等多种形式。
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5.6跨网连接

·······网络连通性对于系统分布式部署是最基本的要求,为了更好的适应网络情况,RealHistorian支持多种形式的网络连接。当只有一端有固定IP地址另一端没有固定IP地址,或双方都没有固定IP地址时,RealHistorian依然可以提供网络连接功能。
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··················(适合只有一端有IP的情况)

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·······················(适合双方都没有固定IP的情况)

5.7断点续传

为了保证分布式系统的可靠性及数据的完整性,RealHistorian提供了断点续传功能。RealHistorian数据提供端软件与数据采集端软件间进行通讯时,如果网络出现故障,或者数据采集端软件出现故障以及退出后重新启动,数据提供端软件能够暂存网络断线或故障期间的历史数据,并在故障修复后将数据自动恢复到数据采集端。
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5.8 可复用性

·······一般实时数据库的复用率并不高,尤其在国内。但复用的好处是可以得到较高的生产效率和随之而来的成本降低以及较高的软件质量,恰当的使用复用也可以改善系统的可维护性。RealHistorian提供了很好的软件复用性,主要体现在代码复用、对象复用和窗口复用三个方面。
·······代码复用通过软件的自定义函数实现。可以将一些公共、通用的运算或操作定义成自定义函数,然后在脚本中引用。根据作用域不同,自定义函数可以分成全局自定义函数和窗口自定义函数。函数只需声明一次,便可以复用多次,这样可以做到高内聚、低耦合,利用模块化思想使程序的结构更为简洁,逻辑更为清晰。
对象复用是通过软件的图形模板实现。对于需要大量图元形状相同,只是关联的变量、方位、旋转角度等不同的图形对象,可以先定义图形模板,然后在模板中定义图元的形状,动画等属性,以模板为范本创建图形对象。当图形需要修改时,只要修改模板即可,这样就大大减少制作和修改图形的工作量。
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·······除代码复用和对象复用外,RealHistorian还支持窗口复用。对于在一个领域或行业深耕多年的企业,在多年的技术服务过程中一定会积累数量可观的常用功能窗口,这些窗口会分布在以往的工程中,一是难以寻找,二是在实施新工程时还需重新制作或拷贝这些窗口,十分繁琐。RealHistorian提供窗口模板功能解决了此类问题。可以将所有常用窗口制作成窗口模板,在新制作相似窗口时可以选择相应的窗口模板作为基准生成新的窗口,然后在新窗口基础上进行修改。窗口模板将所有常用窗口集中管理,形成模板窗口库。而且随着时间的推移,模版库会越来越丰富,工程制作也会越加轻松。
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5.9系统冗余

·······系统冗余是RealHistorian保障应用系统及数据安全的重要手段,它可以有效的提高系统的稳定性和可靠性。可以指定一台机器为主数据库,另一台作为热备数据库。热备数据库内容与主数据库内容实时同步,包括实时数据、历史数据、统计数据、操作事件,报警记录以及各种组态文件等内容的同步。热备数据库实时监测主数据库状态,一旦发现主数据库停止响应,便接管控制。
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5.10支持64位系统

·······32位系统仅支持最大4G内存,而64位系统可以进行更大范围的整数运算,可以支持更大的内存,最高可达128G。RealHistorian既可适应32位系统也可完美支持64位系统,能够充分利用64位系统计算优势和超大内存管理能力,使得RealHistorian的处理性能得到极大提升。

5.11缓存机制

·······为提高数据读写速度和数据检索速度,RealHistorian采用了多种缓存机制,降低对物理磁盘访问频次,提高数据处理效率。RealHistorian主要有数据读写缓存和数据检索缓存。
·······为了解决磁盘IO的性能瓶颈,RealHistorian开辟缓存空间,将常用数据置入缓存。数据读缓存是应用先查看缓存中是否有该数据,有则直接使用,如果没有,从数据库加载,然后放入缓存,下次再访问就可以直接从缓存中获得。数据写缓存是在数据更新时只写入缓存,然后由一个后台队列检查缓存中数据的变化,再根据一定的算法将数据写到后端数据库文件中。
·······为了提高数据检索速度,RealHistorian采用了数据检索缓存机制。在执行每次查询时,系统会将结果集缓存,当下次再执行相同查询时,可以直接返回缓存中的结果集,减少数据检索响应时间。

5.12网络发布

·······RealHistorian支持网络发布,采用最新的HTML5技术,结合Websocket和JS进行开发,将制作好的工程发布到Intranet/Internet中。HTML5技术是全新的web发布方式,能够摆脱对平台的依赖,适配多种终端,并且非常适合与其他信息系统进行集成。WEB客户端不需要下载任何插件,不需要下载任何客户端软件,只需要支持HTML5的浏览器即可查看所有工程画面,这种发布技术可适应所有操作系统。同时支持智能手机等移动设备的在线浏览,其效果与PC端相同。
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5.13系统安全

·······RealHistorian采用多种方式来保证开发系统和运行系统的安全性。RealHistorian的安全包括在窗口级和模块级控制数据库访问和使用的机制,这是通过数据库用户来实现的。数据库用户是定义在数据库中的一个名称,它是存取数据库中信息的令牌,是RealHistorian的基本访问控制机制。其操作权限机制采用用户组、用户和用户级别的概念来进行操作权限的控制。
·······一方面,系统可以对试图访问的人员进行身份识别,防止非法用户不适当地访问系统,当然退出系统时也需要身份验证;另一方面,能够根据实际需要自由设定各种对象的操作权限,使得被保护的对象和数据只有具备相应权限的用户才能访问,防止数据被非法修改;另外,RealHistorian之间进行数据通讯时,可进行加密传输,防止报文被截获后破解。

5.14数据压缩

·······RealHistorian采用线性拟合压缩算法。通过调整精度参数,可以控制误差大小。精度值越小,误差越小,就越能反映数据真实情况。系统缺省精度值为0.5,表示最大的误差是数值的0.5%。数据压缩技术的使用能够大大减少硬盘占用空间,可以存储数十年的历史数据,为后续的数据分析提供坚实的数据基础。
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5.15历史数据回放

历史数据回放是对过去一段时间内流程图、趋势、实时报表及实时报警中的数据以一定的时间周期自动进行播放,将这段时间内的历史数据变化过程呈现出来。历史数据回放可指定时间段,指定历史数据播放时间间隔,可暂停和继续播放,也可进行快进快退操作。
通过历史数据回放,可帮助技术人员快速认定事故数据与时间点,辅助优化分析工艺流程,是工程监控必不可少的重要工具。

5.16二次开发

·······RealHistorian提供了多种开发包供用户进行二次开发,包括驱动开发包、组件开发包以及子图开发包。
·······RealHistorian提供了开放的驱动程序开发包,任何有经验的开发人员都可以使用此开发包编制驱动程序,增加系统对新硬件的支持。为简化驱动开发难度和工作量,RealHistorian提供了驱动框架。驱动框架将通用的功能和某具体设备的实现部分相分离,将通用功能部分放在一个独立的程序中,就是调度程序。有了调度程序,驱动开发人员不需要了解很多实现细节,只需专注于通讯协议的解析部分即可,大大提高开发效率。
·······RealHistorian的组件开发包提供了构建组件的基本框架,基本方法、数据存储、消息处理,与数据库通信等手段,开发人员可在组件中进行外观绘制,事件处理、数据通信以及定义组件的函数和属性。
·······RealHistorian内预置几千种具有立体效果的精美子图,覆盖各行各业,但依然不可能完全覆盖所有需求,为此RealHistorian提供了自定义子图的功能,可以让用户在不编写代码的情况下快速完成子图的制作。自定义子图可有效降低子图制作技术门槛,节省成本,缩短工程制作时间,提高工作效率。

5.17脚本语言

·······为了能更好的满足现场不同的要求,能够更便捷从容地处理各种问题,RealHistorian提供了高效、灵活且功能强大的脚本语言,提供了用户对应用软件的二次开发功能,其语法类似于BASIC 语言和C 语言。

脚本提供了基本的赋值语句、条件语句、多分支语句、循环语句、跳转语句等功能,同时提供了大量的函数,包括数学函数、字符串操作函数、各种对象函数等。
RealHistorian提供了诸多的智能化手段辅助脚本编写。用可视化的方式选择需要的变量或对象,免去忘记变量或对象名称的烦恼;脚本助手则用可视化的方式查找并选择需要的函数;同时提供了以下三种智能提示手段:
  1. 名称过滤:当用户输入任意字符(串)时,系统会将以该字符(串)开始的对象、函数、变量在列表框中显示;
  2. 名称提示:当用户在对象名后输入“.”时,会自动显示列表框,其中列出了该对象所有包含的对象、函数和属性;
  3. 函数原型提示:如果选择的是函数,系统会以提示信息的形式显示该函数的原型,包括函数的参数类型和数量。在依次输入函数各参数时,提示信息会将下一个将要输入的参数背景变成灰色,提示用户该参数的数据类型。
5.18内置SQL(SQL和查询向导)

·······一般实时数据库提供的数据查询手段都是单点按时间段或时间点查询,没有提供批量查询的方法,工作效率较低。而且实时数据库与传统意义上的关系型数据库不同,实时数据库中数据的一个重要特性就是实时性,它的数据是一种时间序列数据,而且多数情况下其数值具有一定的连续性。由于实时数据库存储数据的特殊性,其内部数据存储结构不能以关系数据表的方式进行存储,这样就给查询数据增加了难度。
·······结构化查询语言是一种数据库查询和程序设计语言,它的可描述性、灵活性及强大的功能已使它成为当前数据批量查询及处理的通用语言。RealHistorian借助了结构化查询语言的优势开发出适合实时数据库数据查询的内置SQL查询功能。它遵循标准SQL语言规范,沿用标准SQL查询的基本规则,并针对时间序列数据的查询提供了相应技术手段,丰富了数据查询手段,提高了批量数据查询的效率。
·······虽然软件提供了内置SQL查询功能,但对于一部分自动化工程师而言要全面掌握SQL语法还是有些难度。为了简化SQL语句构建复杂度,降低内置SQL查询的应用难度,RealHistorian提供了查询向导。应用可视化的方式经过简单的逐步配置,即可生成所需SQL语句,在所有需要使用内置SQL的场景均可使用查询向导。

6、系统环境

6.1软件环境

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6.2硬件参考配置

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注:以上配置仅供参考,如系统并发客户数较多请适当提高系统配置。

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