Операторы перехода и вызова функции Техно IL

Синтаксис	Допустимый модификатор	Действие
JMP имя_метки	C, X	переход к строке с указанной меткой
CAL имя_функции(val1, ... valN)	C, X	вызов функции или функции-блока
RET	C, X	выход из программы, функции или функции-блока

Операторы перехода выполняются, если строка с указанной меткой находится в том же программном компоненте.

CALи CALLявляются равнозначными операторами. В круглых скобках через запятую указываются значения, передаваемые в функцию. Между именем функции и круглыми скобками пробел необязателен. Число передаваемых в функцию значений должно быть равно числу аргументов, заданных для этой функции.

При выполнении оператора RETи его разновидностей функция возвращает значение result.

Определены следующие модификации данных операторов:

JMP, CAL, RET– соответственно оператор безусловного перехода, безусловного вызова и безусловного выхода.

JMPX, CALX, RETX– соответственно оператор условного перехода, условного вызова и условного выхода. Инструкция, содержащая любой их этих операторов, выполняется только тогда, когда result=TRUE, в противном случае игнорируется.

JMPC, CALC, RETC– соответственно оператор условного перехода, условного вызова и условного выхода. Эти операторы следуют непосредственно за оператором сравнения. Инструкция, содержащая любой их этих операторов, выполняется только тогда, когда результат предыдущей операции сравнения истинен, в противном случае игнорируется.

 

Тема 5. Базы данных и системы управления базами данных

 

Модели баз данных

 

Выполнение прикладных программ предусматривает преобразование и логи­ческую обработку данных, их хранение, защиту и архивацию в базе данных (БД), а также взаимодействие прикладной программы с файловой системой операционной системы компьютера. Любое вновь созданное приложение выполняется в архитек­туре клиент-сервер [5.20-5.27].

Системой баз данных называют компьютерную систему хранения однотипных записей. Известны однопользовательские БД (single-user system) и многопользова­тельские БД (multi-user system). Все данные в БД являются интегрированными (пред­ставляют совокупность файлов данных) и разделяемыми (с возможностью исполь­зования одних и тех же данных разными пользователями). Обработка всех запросов пользователей к БД осуществляется программным обеспечением, которое принято называть диспетчер базы данных (database manager), сервер базы данных (database server) или, как принято в настоящее время, система управления базой данных — СУБД (DataBase Management System — DBMS). Под СУБД понимают совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и со­вместного использования БД многими пользователями. Большинство СУБД имеют встроенный язык запросов (SQL).

Основные достоинства БД: возможность совместного доступа к данным разных пользователей, сокращение избыточности данных, возможность поддержки транзак­ций, обеспечение целостности данных, организация защиты данных, возможность стандартизации данных и др.

Трехуровневая система организации БД по стандарту ANSI (American National Standards Institute — Американский национальный институт стандартов) приведена на рис. 5.2.

Архитектура системы БД представляет три уровня: внутренний или физический, концептуальный или логический и внешний или пользовательский).

Внешний (пользовательский) уровень

Рис. 5.2

Внутренний уровень — это внутреннее представление всей БД в виде внутрен­них (хранимых) записей. Данные размещаются в файлах или на внешних носителях. Внутреннее представление предполагает наличие неограниченного адресного про­странства.

Концептуальный (логический) уровень представлен реляционными таблицами и операторами выборки строк и столбцов таблиц. Таким образом, это уровень реляци­онной модели данных. Внешний (пользовательский) уровень — это индивидуальный уровень пользователей.

Доступ к данным БД происходит в следующей последовательности: пользователь на языке SQL выдает запрос на доступ к БД; СУБД перехватывает и анализирует за­прос; СУБД просматривает внешнюю и концептуальную схемы, а также структуру хранения данных и выполняет необходимые операции в хранимой БД с преобразо­ванием типов данных.

Если доступ к данным сервера осуществляется на уровне файлов с разделением доступа средствами ОС, то такие приложения построены по типу «файл-сервер».

Недостатками таких приложений является высокая нагрузка на клиентскую часть, трудность разделения доступа при работе нескольких пользователей, высокая нагрузка на сеть при передаче файлов от одного компьютера к другому. К файловым структурам хранения информации в базе данных относятся файлы прямого досту­па, файлы последовательного доступа, индексные файлы, инвертированные списки и взаимосвязанные файлы.

К файлам прямого доступа относят файлы с постоянной длиной записи, располо­женные на устройствах прямого доступа (УПД).

Индексные файлы состоят из индексной области (индексного файла) и основной области (основного файла). Инвертированные списки представляют собой трехуров­невую структуру, начальный файл (или часть файла) которой содержит значение вто­ричного уровня (ключа). На втором уровне — блоки с номерами записей одинаковых значений вторичного ключа и на третьем уровне — основной файл.

Управление файловой структурой относится к ОС и в сравнении с СУБД имеет следующие недостатки: система управления файлами не имеет сведений о внутрен ней структуре записей; система защиты и поддержки целостности записей недоста­точна или отсутствует; восстановление данных и параллельный доступ к данным за­труднен или отсутствует; отдельные файлы не являются «интегрированными» или «разделяемыми».

В распределенных системах управления база данных используется многими пользователями, поэтому имеет место распределенная обработка данных. Если база данных распределена по нескольким компьютерам и используется многими пользо­вателями, то такая система называется системой распределенных баз данных. Досто­инства распределенной обработки данных [5.24]:

• возможность параллельной обработки данных и, как следствие, увеличение ско­рости обработки.

• серверный ПК может быть изготовлен более мощным по производительности.

• клиентский ПК может быть максимально приближен к потребностям конкрет­ного пользователя для увеличения сроков его готовности.

В распределенной клиент-серверной архитектуре доступа к данным функции между клиентским и серверным приложениями распределяются нижеследующим образом [5.24]. Функции ввода и отображения данных (Presentation Logic) и при­кладные функции (Business Logic) находят­ся на стороне клиента, а функции обработки данных внутри приложения (Database Logic). Также БД с ядром СУБД находятся на сторо­не сервера. Двухуровневая модель удаленного доступа к данным RDA (Remote Data Access) представлена на рис. 5.3. К недостаткам моде­ли RDA относятся большая загрузка клиент­ского приложения и сети обмена данными.

Современные СУБД поддерживаю! трех­уровневую модель «клиент-сервер», представ­ленную на рис. 5.4. В основе модели лежит механизм процедур— специальных про­граммных модулей, хранящихся в БД и управляемых непосредственно СУБД.

На стороне клиента сохраняются только функции ввода и отображения данных. Такой разгруженный клиент называется «тонким клиентом». Промежуточный уро­вень между клиентом и сервером занимает сервер приложений с прикладными функ­циями. При этом сервер БД выполняет исключительно функции СУБД — создание и ведение БД, хранение данных, создание резервных копий, управление транзакциями.

Хранимые процедуры (Stored Procedure) в сервере БД являются подпрограммами, которые выполняются на сервере. Они пишутся на специальных встроенных язы­ках программирования и включают любые операторы языка SQL (Structured Query Language — Структурированный Язык Запросов). В коммерческих СУБД использу­ются собственные языки программирования (PL/SQL в Oracle, Transact SQL в MS SQL Server).

В современных БД организация взаимодействия клиент-сервер осуществляется с использованием мультипроцессорных серверных платформ. При этом достигается возможность запуска нескольких серверных процессов на различных процессорах многопроцессорного сервера.

Многопотоковая мультисерверная архитектура представлена на рис. 5.5 [5.22].

 

Рис. 5.5

Одним из важнейших показателей надежности БД является степень защиты ин­формации. Так, в БД MS SQL Server 6.5 поддерживаются несколько режимов про­верки прав пользователя, — стандартный (Standard), интегрированный (Integrated Security) и смешанный (Mixed).

Стандартный режим предполагает наличие у пользователя учетной записи поль­зователя домена NT Server и MS SQL Server (имя пользователя и пароль).

Интегрированный режим предполагает наличие учетной записи в ОС как поль­зователя только домена (задается имя пользователя и пароль).

БД MS SQL Server 7.0 имеет два режима: интегрированный (Windows NT Authen­tication Mode) и смешанный (Mixed Mode). При этом последовательно проводятся проверки имени пользователя и пароля.

Для защиты закрытых сетей (особенно intranet) от несанкционированного до­ступа со стороны пользователей Internet используются системы, которые называются брандмауэр (Firewall). Все сообщения, которые входят или выходят из сети Intranet, проходят через брандмауэр.

Основные типы брандмауэров:

• Пакетный фильтр. Просматривается каждый пакет на соответствие его опреде­ленных пользователем правил.

• Шлюз приложения. Применяется для серверов FTP и Telnet.

• Шлюз на уровне цепи. Проверяется безопасность на уровне TCP или UDP соеди­нения. После соединения пакеты передаются без проверки.

• Прокси-сервер. Программа, установленная на защитном экране, которая дей­ствует от имени внутреннего пользователя корпоративной сети. Прокси-сервер, называемый агентом, устанавливает связь с внешним пользователем, аутентифи­цирует его и разрешает (или запрещает) использовать ресурсы данной сети.

 

Клиент-серверная архитектура доступа к данным

Выполнение прикладных программ предусматривает преобразование и логи­ческую обработку данных, их хранение, защиту и архивацию в базе данных (БД), а также взаимодействие прикладной программы с файловой системой операцион­ной системы (ОС) компьютера. Любое вновь созданное приложение выполняется в архитектуре клиент-сервер. Серверная часть приложения обрабатывает данные на уровне файлов и БД. Сервер представляет по сути СУБД, которая поддерживает все функции СУБД: определение данных, манипулирование и защиту данных, поддер­жание их целостности и пр. Клиентская часть приложения служит для обработки данных, полученных от сервера данных. Клиент — это различные приложения как встроенные, так и написанные пользователями. Встроенные приложения — это при­ложения, поставляемые поставщиками СУБД (инструментальные средства) или дру­гими поставщиками ПО. К ним, например, относятся генератор отчетов, электрон­ные таблицы, статистические пакеты и др. К числу специальных «служебных» при­ложений (клиентов) относятся утилиты. Утилиты — это специальные программы администратора БД, в том числе инструменты загрузки, выгрузки и реорганизации БД, статистические инструменты показателей качества БД и др.

Наибольшее распространение получила архитектура клиент-сервер. БД служит для хранения данных, а система управления базой данных (СУБД) — для доступа к данным, их хранению, защите и резервному копированию. Файловые операции и об­мен с БД реализуются на сервере, а клиентские приложения освобождаются от этих функций. За клиентским приложением сохраняются функции запроса, получения и обработки данных от СУБД [5.26, 5.28].

Основные функции СУБД:

• управление данными во внешней памяти (на жестких дисках);

• управление буферной памятью ОЗУ для повышения скорости обмена данными;

• управление транзакциями для поддержания логической целостности БД; при выполнении операций над данными (выполнении транзакции) СУБД фиксирует (commit) все изменения в БД. В противном случае осуществляется откат (roll­back) транзакции и изменения в БД не производятся.

• протоколирование; в случае аппаратного или программного сбоя СУБД должна восстановить все данные в БД, находящиеся в ней до сбоя, поэтому все измене­ния в БД протоколируются в журнале до введения их в БД.

• Поддержка языков баз данных. В основном используются два языка: язык опреде­ления схем данных (Schema Definition Language, SDL), определяющий логическую структуру БД, и язык манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML), содержащий набор операторов манипулирования данными.

При размещении клиентского приложения и сервера на разных компьютерах в составе сети по сети передаются только запросы клиента и получение данных от СУБД. Тем самым снижается нагрузка на сеть. Обобщенная структура СУБД при­ведена на рис. 5.6 [ 5.24]

СУБД делятся на иерархические, сетевые, реляционные и объектно-ориен­тированные. Среди СУБД на рынке промышленной автоматизации получили приме­нение Oracle, MS SQL Server, Industrial SQL Server, Industrial Application Server, Sybase, DB2, iHistorian и др.

Наибольшее распространение имеют реляционные базы данных (Oracle 8i кор­порации Oracle, DB2 фирмы IBM, Ingress II корпорации Computer Associates Interna­tional, Inc., Informix Dynamic Server корпорации Informix Software, Inc., MS SQL Server корпорации Microsoft, Sybase Adaptive Server корпорации Sybase, Inc., Industrial SQL Server, Industrial Application Server и др.).

Реляционная модель данных представляет информацию в виде совокупности вза­имосвязанных таблиц, которые называются отношениями или реляциями [5.18-5.21]. К основным понятиям реляционной модели данных относят:

• Тип данных (целочисленные, вещественные, строковые, специальные типы дан­ных и типы двоичных объектов).

• Домен: множество неделимых значений одного и того же типа (по сути — это наименование столбцов таблицы).

• Атрибуты: именованные столбцы отношения (таблицы). Список имен атрибу­тов с указанием имен доменов называется схемой отношения, а число атрибу­тов — степенью отношения. Множество именованных схем отношений назы­вается схемой БД.

• Кортеж: имя атрибута и его значение. Степень кортежа (число элементов в корте­же) совпадает со степенью соответствующей схемы отношения.

• Ключ отношения: атрибут, однозначно определяющий каждый кортеж отноше­ния и обеспечивающий уникальность строк таблицы. Ключ, содержащий один атрибут, называется простым ключом. Ключ, состоящий из нескольких атрибу­тов, называется сложным или составным ключом.

Другим важным понятием реляционной модели является взаимосвязанность та­блиц. Эта связь устанавливается по общему атрибуту, который является внешним ключом. Таким образом, внешний ключ — это атрибут (или их множество) одно­го отношения, являющийся ключом другого отношения. Ключи реализуются в виде объектов, называемых индексами. Индекс дает информацию о точном физическом расположении данных в таблице. При установлении связи между таблицами одна из них является главной (master), содержащей все необходимые записи, а другая — под­чиненной (detail).Таким образом, реляционная база данных является совокупностью отношений (таблиц), содержащих всю информацию БД. Свойства таблиц реляционной БД:

• каждая таблица состоит из однотипных строк и имеет уникальное имя;

• строки таблицы имеют фиксированное число столбцов и значений;

• столбцы таблицы имеют уникальные имена и в каждом столбце размещаются однородные значения.

 

Структурированный язык запросов (SQL). Управление транзакциями.

Запрос данных от клиентского приложения к серверу осуществляется на язы­ке SQL (Structured Query Language — язык структурированных запросов). Язык SQL принят ANSI в качестве стандарта в 1986 г. и расширен в 1992 г. В настоящее время — это язык ANSI SQL-92 или SQL/92. Язык SQL является интегрированным языком реляционной БД и определяет как схему реляционной БД, так и манипули­рование данными. Специальные операторы языка SQL определяют представления БД [5.22-5.24, 5.28].

Типы команд языка SQL:

• Команды языка DDL (Data Definition Language — язык определения данных). Ис­пользуется для изменения структуры БД (создания и удаления таблиц).

• Команды языка DML (Data Manipulation I anguage — язык манипулирования дан­ными). Может загружать, модифицировать и удалять данные.

• Команды языка DCL (Data Control Language — язык управления данными). Обе­спечивает управление доступом к БД.

• Команды языка DQL (Data Query Language — язык запросов к данным). Форми­рует запросы к БД.

• Команды администрирования БД.

• Команды управления транзакциями.

Типы данных языка SQL: символьные строки переменной длины, целые и точные числа, типы представления даты, времени и временного интервала.

К числу операторов языка SQL относятся следующие операторы:

• SELECT — оператор выборки данных;

• INSERT — добавление в таблицу новых данных;

• UPDATE — обновление (изменение) данных таблицы;

• DELETE — удаление данных из таблицы;

• REFERENCES — ссылка на столбцы таблицы в описаниях требований поддержки целостности данных;

• USAGE — предоставление права использования доменов;

• GRANT — предоставление привилегий доступа к данным;

• REVOKE — отмена привилегий доступа к данным.

При обработке SQL-запросов СУБД обращается к системному каталогу БД, кото­рый представляет собой совокупность специальных таблиц. Все системные таблицы объединены системным идентификатором пользователя. В стандарте SQL определе­ны следующие системные таблицы: USERS (одна строка для каждого идентификатора пользователя с паролем), SCHEMA (одна строка для каждой информационной схе­мы), DOMAINS (одна строка для каждого домена), TABLES (одна строка для каждой таблицы с указанием имени, числа столбцов, размера данных столбцов).

Взаимодействие клиентского приложения и сервера определяется также меха­низмом транзакций [5.21-5.24].

Транзакцией называется логическая единица работы, состоящая из одного или более SQL-операторов и являющаяся неделимой. По стандарту ISO модель транзак­ций построена на операторах COMMIT и ROLLBACK. Транзакция запускается SQL- оператором, инициируемым пользователем, или программой. Завершается тран­закция вводом оператора COMMIT, что свидетельствует об успешном завершении транзакции (внесение изменений в БД). Ввод оператора ROLLBACK означает отказ от изменений в БД. Если SQL-оператор входит в текст программы, то транзакция бу­дет успешно завершена и без оператора COMMIT.

При типовых часто повторяющихся запросах к серверу, когда со стороны сервера включается механизм распознавания запроса и проверки его правильности, увели­чивается время на обмен данными.

В современных серверах данных используется механизм предопределенных вы­борок (VIEW) и хранимых процедур сервера. И в этом случае работа клиентских приложений не зависит от типа СУБД. Подсистема обработки транзакций типичной СУБД приведена на рис. 5.7.

Менеджер транзакций координирует работу транзакций. Планировщик отвечает за управление параллельности. Менеджер восстановления возвращает БД в исходное состояние в случае отказа, а менеджер буферов отвечает за передачу данных из ОЗУ в дисковую память.

Для сокращения времени обмена данными между клиентскими приложениями и сер­вером используется динамически загружаемые библиотеки (DLL — Dynamic Link Library). Клиентское приложение формирует запрос к соответствующей функции DLL на языке SQL. После установления связи с сервером DLL передает запрос, получает ответ и передает его клиентскому приложению. Поскольку для определенного типа сервера существует своя DLL со своими функциями, клиентские приложения зависят от типа СУБД.

Для устранения этого недостатка фирмой Microsoft разработан стандарт ODBC (Open Database Connectivity — открытый доступ к базам данным), использующий единый универсальный интерфейс доступа к различным БД (рис. 5.8). Для этого тре­буется лишь соответствующий ODBC-драйвер и источник данных. В настоящее вре­мя ODBC-драйверы имеются для более чем 50 различных типов БД.

В архитектуру стандарта ODBC входят:

• приложение, которое выполняет обработку данных, вызов функций библиотеки ODBC для отправки SQL-операторов в СУБД и выборки полученной СУБД ин­формации;

• менеджер драйверов, выполняющий загрузку драйверов (представляет собой би­блиотеку DLL);

• драйверы и агенты баз данных, обрабатывающие вызовы функций ODBC и на­правляющие SQL-запросы к БД, а также возвращающие полученные результаты приложению;

• источники данных (данные БД).

ODBC драйвер передает запросы клиента базе данных на языке, поддерживае­мом конкретной СУБД. Источник данных содержит имя пользователя и его пароль. Клиентское приложение взаимодействует с сервером путем набора системных вызо­вов к источнику данных. Последний транслирует запросы клиента драйверу ODBC и получает ответы. Драйвер ODBC обменивается данными с СУБД. При необходимо­сти работы с др. СУБД в источнике данных указывается другой тип ODBC-драйвера. Тем самым достигается независимость ПО клиентского приложения от типа СУБД.

Современные лицензируемые СУБД, ориентированные на работу большого чис­ла пользователей, избавляют разработчика клиентских приложений самостоятельно разрабатывать средства хранения и разделения доступа к данным, их защиты от не­санкционированного доступа и резервного копирования. Эти функции осуществля­ются выбранной СУБД. Хотя функции управления данными реализуются на сервере, обработка этих данных выполняется клиентскими приложениями, что является од­ним из немногих недостатков обмена данными в архитектуре клиент-сервер.

Доступ к БД через Internet на основе Web-технологии используется в локальных сетях, называемых интрасетями (intranets) [ 5.29]. Язык HTML интерпретируется Web- браузером ОС клиента для доступа к БД, размещаемой на Web-сервере (рис. 5.9).

Для доступа к БД через Web используется преобразование содержимого БД в стати­ческие или динамические гипертекстовые документы. Для организации динамических гипертекстовых документов используются специальные приложения CGI, ISAPI, ASP и др., которые вызываются Web-сервером после получения запросов от Web-клиента. После обработки приложением запроса клиента и выборки информации из БД, прило­жение формирует выходной HTML-документ и передает его клиенту. Интерфейс CGI (Common Gateway Interface — общий шлюзовый интерфейс) представляет собой про­грамму преобразования форматов баз данных в формат языка HTML, программу реа­лизации задач поиска в удаленных базах данных, использования графических меню. Интерфейс ISAPI (Internet Server Application Programming Interface — прикладной про­граммный интерфейс для Интернет-сервера) представляет собой интерфейс доступа к серверу Интернета фирмы Microsoft, предназначенный для программного управления сервером. ISAPI-программы — это специальный вид приложений, обрабатывающих пользовательские запросы и отображающих их вывод в виде потока HTML, который поступает непосредственно в web-браузер клиента [5.29, 5.30].

БД и СУБД

Ниже рассматриваются некоторые БД для систем управления.

IndustrialSQL Server

IndustrialSQL Server— открытая реляционная база данных реального времени (БД РВ) промышленного назначения, разработанная корпорацией Wonderware [5.31].

IndustrialSQL Server является расширением MicrosoftSQL Server и предоставляет возможность регистрации больших объемов данных с высокой скоростью (разреше­ние около одной мс). Данные о производственном процессе в РВ интегрируются в базе данных с архивными данными, событийными, итоговыми и отчетными данными.

Доступ ко всей информации возможен с любого клиентского приложения, ко­торое имеет доступ к MS SQL Server. IndustrialSQL Server использует язык структу­рированных запросов SQL в качестве интерфейса между серверной и клиентскими частями.

По сравнению с традиционными реляционными базами данных IndustrialSQL Server позволяет хранить данные на небольшом объеме дискового пространства. Так, двухмесячный архив предприятия с 4000 параметров, опрашиваемых с периодично­стью от нескольких секунд до нескольких минут, занимает до 2 Мбайт дискового пространства. При этом алгоритм сжатия информации гарантирует высокое раз­решение и качество данных. IndustrialSQL Server содержит временные характеристи­ки событий (изменение переменных, обновление, удаление, вставка) с выполнением определенных действий в зависимости от событий (например, выдача сменных отче­тов, посылка сообщений о запуске оборудования и пр.). За счет того, что IndustrialSQL Server автоматически обновляет сводные таблицы с заданной производительностью, записывая в них максимальные, минимальные, средние значения параметров и др., таблица всегда отражает реальное состояние процесса.

Все приложения, работающие с MS SQL Server, могут быть подключены и к Indus­trialSQL Server. Таким образом, текущая информация (сводные или конфигурацион­ные данные и другая информация) сохраняются в IndustrialSQL Server.

Области применения IndustrialSQL Server охватывают задачи широкого круга специалистов: инженеров АСУ ТП, службы ремонта оборудования, персонала ОТК, операторов, экономистов. Клиентские приложения, размещенные на рабочих стан­циях специалистов предприятия, включают набор клиентских программ фирмы Wonderware. К ним относятся SCADA-система InTouch, SQL-приложения, MS Access, Excel, Word, Lotus, программы математического и статистического анализа, приложе­ния пользователя (разработанные с использованием инструментальных программ­ных средств, включая Visual Basic, Delphi, Power Builder, C++).

Таким образом, IndustrialSQL Server представляет собой мощную БД с возмож­ностями традиционных реляционных БД, так как базируется на MS SQL Server, но обладает дополнительными свойствами, связанными с регистрацией БД в реальном времени. Со сформированными в РВ таблицами возможна работа по стандартным SQL-запросам. IndustrialSQL Server использует такие возможности встроенного MS SQL Server, как интерфейсы для обмена электронной почтой, Internet-обмена данны­ми (передача и прием данных через Internet), мощные возможности MS SQL Server по фильтрации и обработке данных, но в реальном времени.

Основные характеристики IndustrialSQL Server:

• Архитектура клиент/сервер является средой между станциями верхнего уровня,

ответственными за обработку финансовой и экономической информации предприятия, и станциями диспетчерского уровня, обеспечивающими визуализацию данных процесса в РВ.

• Программно-аппаратные требования: ОС — MS Windows NT 4.0; Internet Explor­er 5.0; ПРЦ — Pentium Pro 200 МГц; 256 Мб RAM; сети — Ethernet, Novell, Token Ring, Arcnet, Decnet.

• Масштабируемость (обработка от нескольких сотен до сотен тысяч параметров).

• Использование клиентских программ и программных пакетов третьих фирм, вклю­чающих средства статистического анализа, создания и управления отчетами, диа­граммы, тренды, графики, в том числе по интеграции с системами верхнего уровня. Для отображения данных в SCADA-системе InTouch из БД IndustrialSQL Server

через Internet используются следующие ActiveX-объекты:

• ActiveDataGrid служит для выполнения SQL-запроса, который возвращает ре­зультаты выборки из БД любых SQL-серверов;

• ActiveGraph используется для поиска исторических данных из БД IndustrialSQL Server и отображения значений переменных в виде трендов;

• ActiveTagBrowser дает иерархический обзор имен тэгов (переменные, события, серверы ввода/вывода) в базе данных IndustrialSQL Server.

• ActiveTimeSelector используется для просмотра и выбора исторических данных за определенный период времени из IndustrialSQL Server.

Благодаря тому что IndustrialSQL Server отличается простотой обслуживания и низкой стоимостью, IndustrialSQL Server может использоваться как выделенный сер­вер производственной линии или определенного производственного оборудования. В условиях удаленного доступа IndustrialSQL Server может использоваться как Web- Server или GPRS Server.

Для генерации отчетов и обновления графиков из IndustrialSQL Server и исполь­зования их в процессах управления производством используется ActiveFactory.

Новая версия БД IndustrialSQL Server 9.0 снабжена дополнительными функция­ми [5.32]:

• возможностью интеграции с информационными системами фирм Siemens, ABB, Rockwell Automation, Honeywell и др.;

• интеграцией с Industrial Application Server (IAS) — сервером промышленных приложений, который используется для интеграции систем нижнего и верхнего уровней системы.

Совмещение и анализ данных РВ и архивной информации способствует более эффективному управлению предприятием. Коммуникационные возможности Indus­trialSQL Server основаны на технологиях ОРС, DDE, стандарте SQL и средствах до­ступа к БД ODBC IndustrialSQL Server.

Полный набор инструментального ПО для управления предприятием объединя­ется в открытую программную архитектуру ArchestrA. Помимо ActiveFactory в со­став ArchestrA входят следующие программные компоненты [2.32]:

• QI Analyst — статистический анализ в РВ, базирующийся на данных о технологи­ческом процессе из IndustrialSQL Server;

• DT Analyst — анализ работы оборудования, отслеживание времени работы, про­стоев оборудования;

• Web-портал SuiteVoyager — функция ПО SuiteVoyager, обеспечивающая обмен данными между IndustrialSQL Server и другими программными продуктами ком­пании Wonderware;

• РЕМ — набор объектов для IAS, осуществляющих сбор данных и сохранение их в IndustrialSQL Server.

Сбор данных для IndustrialSQL Server осуществляется, помимо IAS, также через IndustrialSQL Data Acqusition Service (IDAS). IDAS и IAS поддерживают функции ре­зервирования и защиты от сбоев IndustrialSQL Server.

Надежность сервера БД IndustrialSQL Server поддерживается на кластерных си­стемах. Когда возникает сбой IndustrialSQL Server, установленного на основном ком­пьютере, автоматически запускается IndustrialSQL Server на резервном компьютере. К основным особенностям архитектуры ArchestrA относятся следующие:

• централизованная настройка приложений в соответствии с заданными требова­ниями;

• архивная БД для сбора производственных данных, сигналов тревог и событий.

• интеграция полевых и локальных устройств и сетей;

• средства управления предприятием на основе технологии TCP/IP;

• наличие функций удаленной диагностики на базе локальных Web-серверов. Основой архитектуры является Industrial Application Server (IAS), представляю

щий собой сервер интеграции данных в РВ, сигналов тревог и событий. IAS удовлет­воряет следующим требованиям производства в РВ:

• высокой скоростью выполнения операций в РВ;

• возможностью обработки больших объемов данных и сообщений о событиях;

• возможностью взаимодействия с тысячами локальных или удаленных устройств. БД IndustrialSQL Server и Industrial Application Server широко используются в раз­личных отраслях промышленности (целлюлозно-бумажная, химическая, нефтепере­рабатывающая и др.).

iHistorian.

Для интеграции систем нижнего и верхнего уровней системы автоматизации производства фирмой Intellution (США) разработан программный пакет iHistorian [5.33, 5.34]. Концепция построения многоуровневой информационно-управляющей системы на базе ПО iHistorian получила название Plant Intelligence.

Архитектура iHistorian представлена на рис. 5.10.

К основным достоинствам системы относятся: масштабируемость, высокая про­изводительность и простота настройки. Объем архива, создаваемого средствами iHistorian, составляет от 100.. .300 до 100000 параметров на одном сервере. Кроме того, iHistorian поддерживает многосерверную распределенную архитектуру. Сбор данных осуществляется с помощью специальных программных модулей (коллекторов). Коллекторы делят на две группы:

• Plant Data Collectors: сбор данных от ПЛК, SCADA-систем и от др. источников данных.

• Transformation Collectors: реализация вычислительных функций и обмена дан­ными между серверами.

К Plant Data Collectors относятся коллекторы для SCADA-систем iFIX, FIX 32, ОРС и файл-коллектор. ОРС-коллектор используется для сбора данных от серверов. Файл-коллектор осуществляет сбор данных из файлов в формате CSV и XML.

В группу Transformation Collectors входят вычислительные модули, которые осу­ществляют преобразование собранных данных с использованием Visual Basic Script и сохранение их на сервере iHistorian.

Рис. 5.10

Сервер iHistorian имеет мультифайловую структуру архива. Благодаря нереляци­онному типу базы данных, сервер iHistorian имеет более высокое быстродействие (ско­рость записи и чтения с жесткого диска составляет более 20000 событий в секунду).

Администрирование iHistorian носит упрощенный характер по сравнению с реляционными базами данных. С помощью OLE DB провайдера пользователь мо­жет работать с архивом iHistorian как с обычной реляционной базой, состоящей из восьми таблиц, используя SQL-запросы. Вместе с OLE DB провайдером поставляется программа-утилита выполнения SQL-запросов — iHistorian Interactive SQL.

Для увеличения объема сохраняемых данных используется двойное сжатие мас­сива данных, — на уровне коллектора и на уровне сервера. Для iHistorian Server долж­ны соблюдаться минимальные требования: процессор Pentium III 500 МГц, 256 Мб RAM, 2 Гб на жестком диске.

Настройка iHistorian осуществляется с помощью ПО Administrator Website, уста­навливаемого на сервере. Web-администратор предоставляет графический интер­фейс для конфигурирования тегов, коллекторов, данных, копирования, анализа си стемных тревог и сообщений.

Данные iHistorian поступают от клиентских приложений, в частности от SCADA- системы iFIX. В SCADA-системе iFIX можно строить графики и мнемосхемы на осно­ве данных из iHistorian. Встраиваемые в iFIX модуль Excel Add-In позволяет создавать отчеты, модуль iDownTime — анализировать события (продолжительность работы и простоев). Модуль infoAgent представляет собой Web-клиента для визуализации и анализа данных из iHistorian. Компонента iHistorian API — программный интерфейс iHistorian, который обеспечивает связь между клиентами и сервером iHistorian.

БД ORACLE фирмы Oracle

Реляционные базы данных ORACLE в настоящее время являются широко распро­страненными БД и достигают размеров сотен гигабайт. Для более детального озна­комления с БД ORACLE можно рекомендовать литературу [5.36, 5.37]. БД ORACLE поддерживается большим числом пользователей и удовлетворяет международным стандартам по ОС, протоколам, интерфейсам, языкам доступа к БД.

БД ORACLE может быть представлена физической и логической структурами. Физическая структура — это файлы ОС трех типов: один или несколько файлов дан­ных; два и более файлов журнала повторения работы; один или несколько управляю­щих файлов.

Файлы данных принадлежат одной БД и не могут изменять свой размер. Фай­лы данных формируют логическую структуру в виде табличного пространства. Та­бличные пространства — это логические единицы хранения данных; они служат для того, чтобы группировать вместе взаимосвязанные логические структуры. Каждая БД имеет одно или более табличных пространств, для каждого из которых создаются файлы данных для физического хранения данных. Емкость памяти табличного про­странства равна сумме емкости его файлов, а суммарная емкость табличных про­странств составляет общую емкость БД. Табличное пространство может быть в со­стоянии ONLINE (доступно) или OFFLINE (недоступно). При обращении к файлам данных последние размещаются в кэш-памяти ORACLE.

Файлы журнала повторения работы регистрируют все изменения в БД. При не­возможности доступа к данным в процессе работы эти данные могут быть получены из журнала повторения. Таким образом, в случае сбоя или отключения питания дан­ные могут быть восстановлены.

Управляющие файлы БД служат для записи и хранения физической структуры БД. Управляющий файл имеет имя БД, имена файлов данных, временную метку соз­дания БД.

Логическая структура БД ORACLE определяется помимо табличных пространств также объектами схем БД (схемы, объекты схем, таблицы, кластеры и пр.).

Схема — это набор объектов. Объекты схемы включают такие структуры, как таблицы, индексы, хранимые процедуры, кластеры. Объекты одной и той же схе­мы могут находиться в различных табличных пространствах. Таблица — основ­ная единица хранения данных в БД ORACLE. Данные хранятся в виде строк и столбцов. Каждая таблица являетс