基于WONDERWARE平臺的自定義歷史數據庫的設計與實現

王立爍，張興波

（北京國際系統控制有限公司，北京 100083）

0 引言

美國Wonderware公司創建于1987年4月，致力于開發基于IBM PC及其兼容計算機的、應用于工業及過程自動化領域的人機界面（HMI）軟件，是一家領先的工業自動化與信息軟件解決方案供應商[1]。Wonderware平臺是美國Wonderware公司為適應嚴格的實時工業環境而開發的產品，其提供了一個工業化的應用服務、一個強大的歷史數據庫服務、一個易于使用的信息服務、以及無與倫比的連通性[2]。但是在實際使用過程中發現，當歷史數據的數據量多到一定程度時，該平臺自帶的歷史數據庫服務無法滿足同時存儲這些數據的要求，歷史服務器的日志中會出現告警和錯誤。針對該問題，本文深入研究了Wonderware平臺收集歷史數據的體系結構，摒棄了平臺自帶的歷史數據庫服務，并在此基礎上研發了一種新的歷史數據庫，保證了在數據量巨大的情況下歷史數據仍然能夠正常進行存儲。

1 歷史數據存儲體系結構

1.1 Wonderware平臺配置歷史數據庫服務

在Wonderware平臺的IDE 中可以實現對整個平臺服務的配置，在Platfrom級別和Engine級別的對象下包含歷史數據服務的配置[3]。如圖1所示，選中“Enable Storage To Historian”后，就開啟了歷史數據服務功能，經過正確配置后就可將該引擎下所有的歷史數據存入歷史服務器。

通過圖1中的幾個關鍵配置項，可以實現歷史數據的存儲。其中Historian用來配置歷史數據服務器名稱，Storeforward deletion threshold用來配置存儲轉發數據塊的刪除臨界值，Storeforward minimum duration用來配置存儲轉發最小間隔，Forwarding chunk size用來配置轉發數據塊大小。通過這些配置可以發現，Wonderware自帶歷史數據服務的關鍵是通過存儲轉發完成歷史數據的存儲，即通過簡潔的界面配置就可在系統各平臺內進行歷史數據存儲。但是，在實際運行中發現，當Wonderware平臺接入的數據點非常多時，歷史數據服務存在低概率出現錯誤的可能性，會影響系統的正常使用。

1.2 自定義歷史數據庫的數據存儲結構

數據庫連接是一種關鍵的、有限的昂貴資源，建立一個數據庫連接需要消耗大量系統資源，頻繁地創建數據庫連接會大大削弱應用性能，所以在自定義的歷史數據庫中，如何盡可能減少數據庫的連接是關鍵所在。通過研究Wonderware平臺自帶的歷史數據服務可以發現，歷史數據通過存儲轉發策略進行存庫。同樣，在自定義歷史數據庫中也采用這種存儲轉發的策略，使用ADO.NET技術，將系統接收的數據連續存入中轉文件[4]，然后再將中轉文件內容復制到歷史數據庫，每一個中轉文件一旦被成功讀取并將數據存儲到數據庫后就被刪除，這樣就在極大程度上節省了寶貴的數據庫資源，降低了系統負載，杜絕歷史數據存庫的失敗。本文中，在遙測對象中增加腳本程序，使用接口函數接收數據，對數據進行周期性和突發性地存儲，然后將數據存入本地文件。在引擎中增加腳本程序，使用接口函數獲取本地文件，將本地文件周期性存入歷史數據庫，然后刪除已經被讀取過的文件。流程如圖2。

2 自定義歷史數據庫的設計

Wonderware平臺以開發工具包的形式擴展了Microsoft Visual Studio.NET，并且在腳本中支持絕大部分.NET函數。但是由于在腳本中進行代碼編輯不方便，并且有些函數和類庫使用起來不如在.NET中簡單，所以此處采用編寫外部函數庫的方法，使用C#語言完成自定義函數庫的開發。數據庫平臺選用SQL Server。

2.1 將歷史數據存入中轉文件

歷史數據分為周期性存儲和突發性存儲，定義周期性存儲間隔為5 s，當歷史數據發生突變并且變化范圍超過閾值時，進行突發性存儲。在每一個對象的Function Script中獲取數據后，將數據用“，”分隔，拼接成string類型的字符串，先放在動態數組里。動態數組是C#提供的一種優秀的數據結構，可以動態地分配存儲空間，而不是像普通數組那樣必須先定義好數組長度，所以使用List可以有效節省內存。

代碼如下：

string combinedata=time+“，”+name+“，”+value+“，”+quality；

public static List＜string＞ Liststr=new List＜string＞（）；

Liststr.Add（combinedata）；

中轉文件可以采用多種格式，此處采用TXT文件，按照存儲周期為1 min將數組存入TXT文件。TXT文件被特定的命名格式（如“站名-點名-時間精確到分”）存放在D盤的名為“Data”的文件夾下。代碼如下：

string Path=＂D：\中轉文件 \Engine_＂+EngineName+＂_當 前 時 間 ＂+＂（＂+DateTime.Now.ToString（＂yyyyMMdd_HH-mm＂）+＂）.txt＂； //時間精確到分鐘

2.2 將中轉文件數據存入數據庫

如果是用readline方法來逐行讀取TXT中的數據無疑是最容易被想到的辦法，但是這樣會大大降低數據存儲速度，并且會持續性占用大量數據庫連接資源。所以需要一種更加優化的方法來進行數據的存儲。

利用ADO.NET中的Datatable技術和SqlBulkCopy類，將TXT文本文件中的數據存儲到數據表中，然后將數據表中的數據復制到數據庫中。雖然使用SqlBulkCopy類只能向SQL Server表寫入數據，但數據源不限于SQL Server，可以使用任何數據源，只要數據可加載到DataT-able實例或可使用IDataReader實例讀取數據即可[5]。此方法可以大量節省數據庫資源，是一種高效的處理方式。

創建DataTable實例：

DataTable dt=new DataTable（）；

dt.Columns.Add（new DataColumn（＂時間＂））；

dt.Columns.Add（new DataColumn（＂名稱＂））；

dt.Columns.Add（new DataColumn（＂數據＂））；

dt.Columns.Add（new DataColumn（＂質量＂））；

…

SqlBulkCopy將DataTable復制到數據庫中：

System.Data.SqlClient.SqlBulkCopy sbc=new

System.Data.SqlClient.SqlBulkCopy（SQL

ConnectionString）；

{

…

sbc.BulkCopyTimeout=5000；

sbc.BatchSize=dt.Rows.Count；

sbc.DestinationTableName=＂中轉文件＂；

sbc.WriteToServer（dt）；

…

}

3 結束語

使用C#語言設計的基于.NET平臺的歷史數據庫具有存儲速度快、占用資源少、保證數據完整性的優點，與Wonderware自帶的歷史數據庫服務相比具有更優良的海量數據存儲性能。目前該數據庫已經應用到遠動監控系統中，運行效果良好。

[1]Invensys Systems，Inc.Alarm toolkit guide[R].UK： Invensys Systems，Inc，2009.

[2]Invensys Systems，Inc.IT alarms and events[R].UK： Inven sys Systems，Inc，2009.

[3]Anon.Wonderware[EB/OL].（2013-12-19）[2015-05-10].http：//www.baike.baidu.com.

[4]NAGEL C.Professional C#4 and.NET 4[M].李銘，譯.北京：清華大學出版社，2010.

[5]張奇，李律松，衛建偉，等.Visual C#數據庫項目案例導航[M].北京：清華大學出版社，2005.