工业实时数据库
一种工业分布式实时数据库系统的设计与实现
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KingSCADA和工业实时数据库软件在垃圾渗滤液工程上的应用.pdf
82·案例篇·Application Chapter ★ 北京亚控科技发展有限公司 魏 东，张金强★ 上海三颐恩环保节能科技有限公司 席为民★ 广东省环境保护工程研究设计院 张 伟KingSCADA和工业实时数据库软件在垃圾渗滤液工程上的应用KingSCADA and Industrial Real-time Database Software Application Works on Landfill Leachate魏东（1981-），男，山东蒙阴人，硕士研究生，现任北京亚控科技有限公司解决方案工程师，从事燃气行业、垃圾处理行业、灌区信息化等行业的监控系统的方案设计、技术服务等工作。
张金强（1976-）男，山东德州人，现任北京亚控科技发展有限公司市政事业部总经理。
摘要：本文介绍亚控KingSCADA软件和工业库KingHistorian搭建的系统实现了对垃圾渗滤液处理项目的工艺展示、数据实时监视、设备控制等功能，达到很好的应用效果。
关键词：垃圾填埋；渗液处理；SCADA软件；工业库Abstract: This paper introduces a system built by the KingSCADA software of sub-control and the KingHistorian industrial laboratory. The system conducts the demonstration of the industrial process of landfill leachate treatment, real-time data monitoring, device control and other functions, which achieve good results. Key words: Landfill; Exudate handling; SCADA software; Industrial library作者简介1 行业概述垃圾渗滤液是指来源于垃圾填埋场中垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土层的饱和持水量，并经历垃圾层和覆土层而形成的一种高浓度的有机废水。
什么是实时数据库实时数据库简介(一)
什么是实时数据库实时数据库简介（一）引言概述：实时数据库是一种可以快速处理和响应实时数据的数据库系统。
随着互联网和物联网的迅速发展，实时数据的处理需求也越来越高。
实时数据库通过提供快速的数据存储和检索功能，使得实时数据的传输和分析更加高效和精确。
本文将介绍什么是实时数据库，并针对其特点和应用领域进行详细讨论。
正文内容：一、实时数据库的定义与特点1. 实时数据库的定义2. 实时数据库的特点3. 实时数据库的工作原理4. 实时数据库与传统数据库的区别5. 实时数据库的优势和局限性二、实时数据库的应用领域1. 工业自动化领域2. 金融行业3. 物流与供应链管理4. 交通运输领域5. 互联网应用与物联网三、实时数据库的关键技术1. 数据存储与索引技术2. 数据传输与同步技术3. 快速数据检索与查询技术4. 实时数据分析与处理技术5. 容错性与高可用性技术四、实时数据库的主要产品和开发平台1. Oracle TimesTen2. Microsoft SQL Server3. Apache Kafka4. Redis5. MongoDB五、实时数据库的未来发展趋势1. 大数据与实时数据库的融合2. 人工智能在实时数据库中的应用3. 边缘计算与实时数据库的结合4. 数据安全与隐私保护5. 实时数据库的性能与扩展性改进总结：本文针对什么是实时数据库进行了全面的介绍。
首先从定义与特点出发，解释了实时数据库是如何工作的，以及与传统数据库的区别和优势。
接着，分析了实时数据库在不同应用领域的具体应用场景。
然后，着重讨论了实时数据库的关键技术和主要产品。
最后，探讨了实时数据库的未来发展趋势。
通过对这些内容的全面介绍，读者将对实时数据库有更深入的理解，从而能够更好地应用于实际项目中。
X-DB实时数据库介绍
X-DB实时/历史数据库一、简介X-DB是基于云架构实时数据库，能够支持海量标签点数据，是数据库技术在工业控制领域深入应用，能够对快速变化的实时数据进行长期高效的存储和检索，是架设工厂控制层（DCS、PLC等）与生产管理层之间的桥梁，是企业流程仿真、生产控制、生产优化，故障诊断、数据走势分析等信息化系统核心数据平台。
X-DB提供了丰富、易用的客户端管理工具，包括授权许可管理，日志管理，安全管理，标签管理，实时/历史数据库管理，分布式管理，目录管理，数据镜像，报表工具，数据告警，组态工具，曲线分析，数据采集，数据计算等功能，以帮助用户进行数据库数据的各项管理、分析和维护X-DB主要应用于：电力、钢铁、石油化工、煤炭，智能交通、航空航天、电信、证券、制药等领域。
X-DB总体框架图主要技术特点：1.云部署和管理，X-DB可以分布式部署在异地服务器上，通过一个数据管理中心进行统一管理。
图1 云架构网络拓扑图2.数据云存储和计算。
数据基于云存储，数据的访问不必关心数据存储位置，给上层开发应用提供比较灵活的解决方案；通过网络上多台服务器并行大数据量计算，突破单台服务器性能瓶颈，提高数据访问效率。
3.海量数据存储能力，支持百万千万级标签点数据，对标签点的容量不受限制，满足企业未来数据不断增长的需求。
4.高效的历史数据压缩采用独有的X-BIT按位无损压缩编码算法，此算法专为时序数据压缩而研发，相对于传统的字节压缩算法，压缩效率更高，可以达到20:1的效果，在同类压缩技术中处于先进水平，已获得国家专利。
图2 X-BIT压缩原理二、主要性能参数：三、主要功能1.数据采集支持异构数据源的采集功能：1）控制系统数据采集，支持包括目前国内外主流DCS系统和Siemens、Modicon 、ABB、GE、Omron等PLC系统；支持各种工业标准包括：TCP/IP、OPC /DDE、Modbus、Profibus、RTU、电力规约101/102/104、RS232/485等几十种通讯协议。
工业实时数据库
亚控科技——企业智能化解决方案组件之一KingHistorian——企业的历史数据采集平台生产数据是现代企业生产正常运转的根源。
如果数据流能够很容易地从生产过程到达决策者的计算机上，就可以更快捷地作出灵活的商业决策。
不论是中小企业，还是全球性性企业，其成功都依赖于准确和快速的数据。
但是，如果生产系统和商业系统之间缺乏关键的连接，企业永远不能发挥其真正的潜力。
在当今快节奏和激烈竞争的商业环境中，控制和调节生产数据容量的需求已越来越紧迫。
作为“亚控科技”的“企业智能化解决方案”的核心，KingHistorian以其极富有竞争力的价格为您提供无与伦比的速度、优越的性能和海量的数据储存。
1. KingHistorian商业优势任何软件产品的价值在于不断提升企业的商业表现。
KingHistorian在提升企业整体商业运营价值方面远远超过其它软件产品，企业只需较低的商业投入即可获得丰富的回报。
KingHistorian作为企业智能化应用的基石，是释放制造型企业潜力的关键，可有效提高生产率、产品质量和生产经营效益。
KingHistorian的商业优势包括：●优化生产资源KingHistorian可存储所有与生产相关的数据，任何部门可根据需要提取相应信息，改善工作。
通过“实时”过程和生产信息与历史值的比较，快速改善企业整体生产过程。
诊断设备故障停机，分析降低整体设备有效率的瓶颈和根本原因。
●满足ERP和商业智能系统需要KingHistorian为ERP和MES系统的业务提供丰富、准确、可靠的数据。
北京亚控科技发展有限公司KingHistorian通过采集生产和过程数据并提供基本的计算，把工业现场的生产数据传递到商业系统中，实现数据到信息的转换。
●用数据预测未来KingHistorian易用的客户端工具确保决策者访问所有所需的信息；Kingview可以通过Web发布，将KingHistorian中的数据发布到Internet上，使得这些易于理解的信息贯穿整个企业，使所有企业员工共享这些信息。
《面向工业领域的实时数据仓库的设计与实现》
《面向工业领域的实时数据仓库的设计与实现》一、引言随着工业 4.0时代的到来，工业领域的数据量呈现出爆炸式增长。
为了有效管理和分析这些数据，实时数据仓库的设计与实现显得尤为重要。
实时数据仓库能够为工业领域提供高效、准确的数据支持，帮助企业实现智能化、精细化的管理。
本文将介绍面向工业领域的实时数据仓库的设计与实现，包括设计目标、系统架构、关键技术及实现方法等方面。
二、设计目标面向工业领域的实时数据仓库的设计目标主要包括以下几个方面：1. 数据实时性：确保数据的实时采集、传输和存储，以满足工业领域的实时决策需求。
2. 数据准确性：保证数据的准确性和可靠性，为企业的决策提供有力支持。
3. 高效性：提高数据处理和分析的效率，降低系统响应时间。
4. 可扩展性：系统应具备较好的可扩展性，以适应未来数据量的增长。
5. 易用性：提供友好的用户界面，方便用户进行数据查询和分析。
三、系统架构面向工业领域的实时数据仓库的系统架构主要包括数据源、数据采集、数据传输、数据处理、数据存储和数据服务六个部分。
1. 数据源：包括工业设备、传感器、数据库等，负责产生和收集原始数据。
2. 数据采集：通过传感器、接口等方式，实时采集原始数据。
3. 数据传输：将采集到的数据传输到数据中心。
4. 数据处理：对传输到的数据进行清洗、转换和加工，以满足不同的分析需求。
5. 数据存储：将处理后的数据存储到实时数据库中，以支持实时查询和分析。
6. 数据服务：提供数据查询、分析、报表等服务，以满足用户的需求。
四、关键技术1. 数据采集与传输技术：采用高效的通信协议和传输技术，确保数据的实时采集和传输。
2. 分布式存储技术：利用分布式存储技术，将数据存储在多个节点上，提高数据的可靠性和可扩展性。
3. 数据处理与分析技术：采用大数据处理和分析技术，对数据进行清洗、转换和加工，以满足不同的分析需求。
4. 实时计算引擎：提供高效的实时计算引擎，支持实时查询和分析。
实时数据库系统
实时数据库系统在当今数字化的时代，数据的产生和处理速度日益加快，对于企业和各种应用场景来说，能够实时获取、处理和分析数据变得至关重要。
实时数据库系统应运而生，成为了满足这一需求的关键技术。
什么是实时数据库系统呢？简单来说，它是一种能够实时处理和存储数据的数据库系统。
与传统的数据库系统相比，其最大的特点就是能够在极短的时间内响应数据的变化，并保证数据的准确性和完整性。
实时数据库系统在许多领域都发挥着重要作用。
比如在工业控制领域，工厂中的各种设备会不断产生大量的数据，包括温度、压力、流量等参数。
这些数据需要被实时采集、处理和分析，以便及时发现生产过程中的异常情况，进行调整和优化，从而提高生产效率和产品质量。
实时数据库系统能够快速地存储和处理这些海量的实时数据，为工厂的智能化管理提供支持。
在电力系统中，实时数据库系统也有着广泛的应用。
电力的生产、传输和分配需要精确的监控和调度。
系统中的电压、电流、功率等数据必须实时获取和处理，以确保电网的安全稳定运行。
实时数据库系统可以帮助电力部门实现对电力系统的实时监测和控制，快速响应各种突发情况，保障电力的可靠供应。
在金融交易领域，每一笔交易都需要在瞬间完成处理，对数据的实时性要求极高。
实时数据库系统能够快速存储和更新交易数据，支持风险评估和决策制定，确保金融交易的顺利进行。
实时数据库系统之所以能够实现实时处理数据，依赖于一系列关键技术。
首先是高效的数据采集技术。
它能够快速从各种数据源获取数据，并将其传输到数据库中。
其次是优化的数据存储结构。
通过合理设计数据的存储方式，提高数据的读写速度。
再者是强大的索引和查询优化算法，能够在海量数据中迅速找到所需信息。
此外，还有高效的并发控制和事务处理机制，确保在多用户并发操作时数据的一致性和准确性。
为了保证实时数据库系统的性能和可靠性，系统的架构设计至关重要。
常见的架构包括集中式架构和分布式架构。
集中式架构将所有的数据处理和存储集中在一个中心节点上，管理相对简单，但存在单点故障的风险。
实时数据库及其在工业综合自动化中的应用
实时数据库在钢铁行业中主要用于监控和记录炼钢、 轧制等生产过程的数据，如温度、压力、液位、物料 比例等。通过实时数据库的监控和记录，能够及时发 现生产过程中的异常情况，及时采取措施调整生产参 数，提高生产效率和产品质量。同时，实时数据库还 能够对生产过程中的能耗进行监控和记录，为企业节 能减排提供数据支持。
实时数据库在工业综合自动化中的优势
数据存储与管理
实时数据库具有大容量、高速度、高可靠性的数据存储与管理能力 ，能够满足工业综合自动化领域对数据存储和管理的要求。
数据传输与通信
实时数据库具有高效的数据传输和通信能力，能够实现数据的实时 传输和可靠通信，满足工业控制网络的要求。
数据处理与分析
实时数据库具有强大的数据处理和分析能力，能够对海量的数据进行 处理和分析，提供决策支持和服务。
VS
详细描述
物联网技术的广泛应用将使得大量设备和 传感器产生的数据量剧增。实时数据库需 要与物联网技术结合，实现对这些设备的 实时监控、数据采集和处理，提供更准确 的生产过程控制和设备状态监测能力。
06
实时数据库案例分析
案例一：电力系统中实时数据库的应用
总结词
电力系统中实时数据库的应用非常广泛，能 够实时监控和记录系统的运行状态，提高电 力系统的稳定性和可靠性。
云计算与实时数据库的结合
总结词
云计算技术的引入将进一步提高实时数据库的性能和可扩展性。
详细描述
通过将实时数据库部署在云平台上，可以利用云计算的高性能计算、存储和网络资源，实现实时数据 的快速处理和传输，同时还可以实现实时数据库的动态扩展，以应对业务增长的需求。
物联网与实时数据库的结合
总结词
物联网设备和传感器将产生大量数据， 实时数据库将需要与物联网技术结合以 实现高效处理。
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亚控科技——企业智能化解决方案组件之一KingHistorian——企业的历史数据采集平台生产数据是现代企业生产正常运转的根源。
如果数据流能够很容易地从生产过程到达决策者的计算机上，就可以更快捷地作出灵活的商业决策。
不论是中小企业，还是全球性性企业，其成功都依赖于准确和快速的数据。
但是，如果生产系统和商业系统之间缺乏关键的连接，企业永远不能发挥其真正的潜力。
在当今快节奏和激烈竞争的商业环境中，控制和调节生产数据容量的需求已越来越紧迫。
作为“亚控科技”的“企业智能化解决方案”的核心，KingHistorian以其极富有竞争力的价格为您提供无与伦比的速度、优越的性能和海量的数据储存。
1. KingHistorian商业优势任何软件产品的价值在于不断提升企业的商业表现。
KingHistorian在提升企业整体商业运营价值方面远远超过其它软件产品，企业只需较低的商业投入即可获得丰富的回报。
KingHistorian作为企业智能化应用的基石，是释放制造型企业潜力的关键，可有效提高生产率、产品质量和生产经营效益。
KingHistorian的商业优势包括：●优化生产资源KingHistorian可存储所有与生产相关的数据，任何部门可根据需要提取相应信息，改善工作。
通过“实时”过程和生产信息与历史值的比较，快速改善企业整体生产过程。
诊断设备故障停机，分析降低整体设备有效率的瓶颈和根本原因。
●满足ERP和商业智能系统需要KingHistorian为ERP和MES系统的业务提供丰富、准确、可靠的数据。
北京亚控科技发展有限公司KingHistorian通过采集生产和过程数据并提供基本的计算，把工业现场的生产数据传递到商业系统中，实现数据到信息的转换。
●用数据预测未来KingHistorian易用的客户端工具确保决策者访问所有所需的信息；Kingview可以通过Web发布，将KingHistorian中的数据发布到Internet上，使得这些易于理解的信息贯穿整个企业，使所有企业员工共享这些信息。
过程工程师、维护人员、生产经理可以解释以前很难解释的复杂的数据。
经理可通过这些最新的准确信息做出相应决策，而非用原来书面或口头的信息。
●降低开发和维护费用KingHistorian基于开放的、广泛地采用相应技术标准，极大地降低了业主的总体费用。
通过引入许多开放的技术标准，使集成费降到最低。
通过客户端管理工具、进一步降低维护费用。
2. KingHistorian的应用领域生产与绩效管理KingHistorian历史数据库可以作为你所有的工厂现场信息的存储中心，包括时间序列的数据、事件，实验室数据和人工录入的数值。
优势有：与现有的工厂、IT和企业系统进行集成，创建面向整个组织的一个有效系统。
可以通过一个强大的传递关联信息的门户,来安全地、广泛地传递关键性能指标,停机、整体设备效率和统计过程控制等方面的报告。
通过高级的趋势和报表功能提高数据分析和信息分享。
●监控HMI对于HMI和监控系统，KingHistorian历史数据库为操作员显示提供高级的趋势和过程数据存储，并提供与其它工厂数据库和应用的集成。
优势有： 强大的工厂范围历史数据库提供高级的HMI历史日志功能,帮助工厂人员轻松而简便地保持系统;与现有的HMI中的趋势和历史报表的组件轻松集成;提供高性能的存储和数据压缩功能。
●SCADAKingHistorian历史数据库针对慢速和断续网络进行了优化，使其非常适合用于各种SCADA应用。
优势有：集中的、高容量的历史数据库，可以生成所有的操作员趋势和报表。
与Web、Microsoft 终端服务器和tablet电脑客户端集成，可以移动访问生产信息。
针对数据完整性和可靠的数据传递的耐用且十分安全的通讯功能。
3. KingHistorian的客户群体生产与制造人员的目标是提高产品质量，提高生产效率以及保护在工厂的投资。
如果没有关于工厂及产品的实时与历史信息，这些目标将不可能达到。
●控制工程师需要了解控制及仪表系统的配置及性能。
KingHistorian 提供诸如控制设定、流程设定与报警限设定等配置信息，并纪录诸如控制偏差、流程及报警等控制系统的行为，并提供如下问题的解答：此控制回路的设定值是否已最优化？保护联锁是否导致了虚假的工厂流程？报警是否对操作员提供了足够的警告？●过程工程师需要有关过程在稳定状态及过渡情形下之行为信息。
KingHistorian 存储高分辨率的过程信息及过程事件。
工程师可分析过程瞬时及异常状况，并解决如下的问题： 此容器是否受到金属压力的影响？这部机器是否为瓶颈？什么原因导致此泵无法工作？●维修人员需要分析工厂运作的历史及工厂的状况。
KingHistorian 包含长期运转历史及现行工厂状况，提供如下问题的解答：此电机已开启几次？自上次翻修后轴承的温度是否已增加？此热交换器是否被淤塞？●生产管理员需要汇总生产数据以及有关主要生产事件的信息。
KingHistorian 提供摘要与合计数据并易于与生产事件集成。
生产管理员可解答如下的问题：每天的生产总量是多少？本月的主要消耗是什么？工厂的排放量是否在规定限度内？●质量管理人员需要有关产品质量与规格不一致性及偏离的信息。
KingHistorian 可记录产品测量，并与产品编号或批次信息联系在一起。
质量管理人员可解答如下的问题： 配方的变更是否影响产品质量？此产品编号的不合格率是多少？此温度概况与此类型的非一致性之间是否有关联？●操作员需要具备一定的能力将当前的操作环境与以往的环境作比较，诊断异常过程的行为。
KingHistorian 包含当前的及历史的信息，能提供类似以下问题的答案： 为何无法开启此泵？镕炉温度是否慢慢升高？这次启动是否和上周一样？4. KingHistorian的性能指标●高效的数据采集、存储和检索毫秒级的数据采集：KingHistorian的数据采集时间分辨率为毫秒。
高效的数据压缩：采用高效数据压缩算法，KingHistorian将存储的数据压缩到只占磁盘极小空间。
（一般工业过程数据可压缩到原数据的20%-30%，稳定数据，数据变化缓慢时可压缩达到原数据的3%）广泛的数据采集：KingHistorian支持OPC数据采集器，文件采集器等多种采集器。
单台服务器可容纳1,000,000个数据点。
单个数据采集器每秒采集超过10，000点次。
单台服务器存储速度每秒多达300，000点次。
单客户端单点检索每秒查询超过120,000条记录 ,多点检索每秒查询多达100,000条记录；并发检索每秒查询多达20,000条记录。
使用OLE DB供应者或软件开发工具包(SDK)及多种客户端或客户自定义的应用程序来访问KingHistorian数据。
●简便的组态和安全管理简便的组态KingHistorian简化了数据词典的创建和组态，允许用户通过管理工具，在KingHistorian中自动创建数据标签。
这样无需输入任何数据就可以组态大量的数据标签，避免发生输入错误，并可以在几小时内完成从应用程序的安装到成千上万数据采集配置。
●便捷数据分析工具统计数据生成器，定时报表生成器，Excel 加载宏（报表系统等）百科全书（SuperView Portal）完成实时流程监控，历史流程回放，趋势对比，报表展示。
●稳健的系统结构高可扩充架构KingHistorian 具有健壮的系统架构和高度灵活的可扩展性，使系统具有最大的灵活性。
可靠性架构（High Availability）为确保准确、连续地记录企业数据，KingHistorian采用真正分布式高可靠性的架构，采用冗余、镜像的技术，确保KingHistorian数据库中的生产数据是连续的、非中断的。
5. 工业库主要特性●工业库KingHistorian目标开发适用于工厂数据的高性能的实时数据库系统作为工厂智能化整体解决方案的基础平台，实现对大量工厂数据的采集、存储、管理、检索和统计分析，并提供开放的数据访问和开发接口支持。
实时数据库系统既作为监控软件的核心部分，也可以被独立应用以作为企业信息集成的基本平台，用户可选用其他客户端工具连接或自行开发以满足其特殊需求。
开发构建于实时数据库系统之上的应用工具软件集，为用户提供功能强大的可视化工具集，包括管理工具、SQL查询工具、开发工具包（SDK和OLE DB Provider、OLE Automation）、报表工具、统计分析工具等。
具体来说，应实现如下目标：1)建立高效的实时/历史数据库系统，实现对实时数据、历史数据、统计数据的压缩、存储和管理维护的功能（包括事务处理和并发控制）；2)提供开放的数据访问接口，包括各种数据操作、查询处理、存取方法、完整性检查等；3)提供开放的编程接口，为用户提供良好的二次开发功能；4)提供图形化界面的系统监控、管理和维护功能；5)存取控制安全性检验功能；6)数据库备份和灾难恢复功能；●工业库KingHistorian主要特性1)高性能的数据采集和存储，高容量和高吞吐能力•：存储速度：每秒可存储（插入）超过300,000个输入值；检索速度：单点检索每秒查询多达120,000条记录；并发检索每秒查询多达20,000条记录；数据点数：单台服务器可最多存储1，000,000个数据点的历史数据；数据容量：可以保存长达数月甚至数年的历史数据保存和归档，最长保存10年历史数据，数据文件占有的磁盘空间可高达几十TB；并发客户：支持最多256个并发客户同时存储和检索实时及历史数据；三一集团测试项目：测试数据60万点，数据量240亿条记录（客户半年的真实数据3万多点，207万条关系记录进行数据迁移，复制20份）。
⏹数据迁移过程迅速、稳定，迁移数据完全正确，单采集器平均插入速度为158,736条/s，，工业库平均插入速度为3,046,220条/s。
⏹测试数据查询5万条记录，2秒以内完成；30万条记录，5秒以内完成；200万条记录，14秒完成，1900万条记录，240秒完成。
⏹并发测试300-500客户端，测试插入、查询，性能稳定。
2)变量数值与时间戳的高分辨率•：时间戳分辨率：毫秒整型变量：64位模拟变量：双精度（64位）3)更加丰富的数据类型•：离散量（开关量）；整型量（有符号/无符号，8位/16位/32位/64位）；模拟量（32位单精度、64位双精度）字符串（ANSI/UNICODE，定长、不定长）日期型数据（日期、时间、时间戳）4)高效的数据压缩算法实现了存储空间和数据精度之间的最佳平衡，在保证用户指定的数据精度的条件小，能够极大的减小存储数据所需的磁盘空间；同时，高效的还原算法也最大限度的保证了数据的压缩和还原几乎不影响系统的性能；支持精细到变量点的压缩配置，可单独针对每一个标签点的进行压缩方法和压缩参数的配置。