发电厂电气综合自动化管理系统的研究_史振宇.docx

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1、 分类号 : 学校代码： 10079 华 北 电 力 大 学 硕 士 学 位 论 文 题 目：发电厂电气综合自动化管理系统的研究 英文题目 ： Research on The Power Plant Electric Integrated Automation Manage System 研究生姓名：史振宇 专业：电力系统及其自动化 研究方向：电力系统微机保护 导师姓名：王增平 职称：教授 2005年 12月 30日 声明 本人郑重声明 ： 此处所提交的硕士学位论文发电厂电气综合自动化管理系统的研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所

2、知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教存机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 : 先冰穿 n 期 ： A 多 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件； 学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校 可以学术交流为目的，复制赠送 _交换学位论文； 同意学校可以用不

3、同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (涉密的学位论文在解密后遵守此规定 ) 作者签名： 凌 香 导师签名： 日 期： 离 ,1.如 日 期 : 摘 要 随着机组向大容量、高参数发展，发电厂的电气自动化程度越来越重要，但电 气的监控由于传统的原因，自动化水平较低。针对目前发电厂中，电气系统自动化 水平与热工自动化水平存在较大差异的问题，本文基于 CAN总线和以太网的系统构 建进行发电厂电气监控系统的设计。该文介绍了发电厂电气自动化的发展现状，根 据电厂电气系统的特点以及系统功能需求，设计建立的电气监控管理系统的硬件结 构，在此基础上架设软件系统。重点阐述了系统实时数据库的设

4、计，对于实时数据 采用实时内存数据库技术进行存储。分析了监控系统的通信策略，论述了系统的软 件体系结构和具体设计。 关键词：发电厂，电气监控，实时数据库，现场总线 ABSTRACT With the development toward large capacity and high paramenter of unit , the electrical automation level is increasingly emphasized in the power plant. However,the automation level of electrical monitor and co

5、ntroller is still lower due to traditional reason. Against to the situation of the difference of control level between electric automation and thermal process automation in power plant, the Power plant electric supervisory system based on CAN bus and Ethernet is designed in this paper. The paper int

6、roduces the current status of the power plant electrical automation.Based on the analysis of electrical systems specialty and the system function demand， the hardware structure of electrical supervisory and management system in power plant was designed. Then on the basis of the hardware structure, t

7、he software system was developed. The design of real-time database is elaborated with emphasis.The real-time data is stored by the way of Memory database. The strategy of communication is analyzed. The systems software struction and concrete design are elaborated. Shi Zhenyu (Power System and Its Au

8、tomation) Directed by Professor Wang Zengping Keywords: power plant, electrical supervisory, real-time database, fieldbus i 目录 中文摘要 ABSTRACT 第一章弓 I言 . 1 1. 1课题的背景及意义 . 1 1.2课题的现状与发展 . 1 1.3本文的工作 . 2 第二章发电厂电气自动化系统的概述 . 4 2. 1计算机在发电厂自动化中的应用 . 4 2. 1. 1 . 概述 4 2. 1. 2发电厂应用计算机的必要性 . 4 2.2发电厂电气监控系统的构建 .

9、5 2. 2. 1站控层 . 5 2.2.2单元层（现场保护测控层） . 7 2. 2. 3电气综合自动化系统的结构图 . 7 第三章实时数据库的设计 . 9 3. 1数据库技术的发展现状与趋势 . 9 3. 2实时数据库系统的特性 . 10 3.3实时数据库体系结构总体设计 . 11 3.4组态数据库设计 . 14 3.4. 1组态数据库 ADO接口技术 . 14 3.4. 2组态数据库的功能设计 . 15 3.5实时内存数据库设计 . 16 3. 5. 1实时内存数据库数据对象的建模 . 16 3. 5. 2实时内存数据库的索引结构 . 17 3.6实时数据库的事件库和优先级库 . 18

10、3. 7实时数据库的主动规则库 . 19 3.8实时数据库的历史数据库及缓冲机制 . 20 第四章系统通信设计 . 21 4. 1串行通信 . 21 4. 1. 1 概述 . 21 4. 1. 2 RS-232-C 串 口标准 . 21 I 4. 1. 3 RS-422/485 串 口标准 . 22 4. 1.4串行通信的实现步骤和主要函数 . 23 4. 1. 5基于线程的串行通信 . 25 4.2现场总线技术 . 26 4.2. 1现场总线技术的概述 . 26 4. 2. 2现场总线的特点 . 26 4. 2. 3现场总线的优越性 . 27 4. 2.4控制器局域网总线 CAN总线 . 2

11、8 4. 3现场总线与 RS-232、 RS-485的本质区别 . 29 第五章发电厂电气监控系统的设计 . 31 5. 1系统数据库组态 . 31 5.2图形组态 . 35 5.2. 1图形组态系统的发展与功能概述 . 35 5. 2. 2基本图元类实现 . 36 5. 2. 3图形编辑器 . 39 5. 3监控系统各部分功能的具体实现 . 40 5. 3. 1参数设置 . 40 5. 3. 2实时运行画面显示 . 41 5. 3. 3历史查询模块 . 43 第六章结论 . 45 参考； $；南犬 . 46 i射 . 48 在学期间发表论文和参加科研情况 . 49 第 一 章 引 言 1.1

12、课题的背景及意义 目前，随着生产、生活自动化程度的提高，对电力等能源供应的可靠性提出了 越来越高的要求，而发电厂本身也向着电压等级提高、生产规模扩大、自动化水平 提高的方向发展。因此，电厂的实时监视、控制、管理水平也必须不断提高。对于 火力发电厂自动化中的热工和电气自动化两大部分，热工自动化由于在新建机组和 老机组改造中广泛采用分散控制系统 （ DCS)实现对机、炉的监控，其控制水平有 了很大的提高，而电气的监控仍停留在常规的仪表、光字牌，采用继电器、控制开 关及其接点组成的控制逻辑用硬接线来实现 1。一方面，是由于发电厂电气系统的 微机装置种类繁多、复杂；另一方面，电气监控部分因涉及到大量热

13、工 部分的电气 量，这就在电厂的管理系统中产生了一种 “ 孤岛 ” 效应。虽然电气的继电保护、励 磁调节、自动同期等装置已经逐步实现了微机化，但其自动化的整体水平一直未能 得到提高。主要表现为：电气系统中主要的保护、安全自动装置基本独立运行，与 DCS系统间通过硬接点方式进行有限的控制和信号交换；电气系统的控制，基本上 采用常规控制手段。因此，尽管电气系统个体装置的自动化程度己达到一定水平， 但从电气系统的整体自动化看，还有待提高。 相对于热工自动化，发电厂电气控制水平比较落后，电气控制方式已不能与热 工DCS控制方式 相协调，直接影响到发电厂建设的投资效益和电厂运行的综合经济 效益。同时，随

14、着微机自动化装置在变电站和调度所的广泛应用，电力系统的输电 部分的自动化水平不断提高。为了更好的对电力系统进行监控，往往要求与电厂电 气系统进行远程监控。 当今世界网络技术的不断提高促进国民经济的飞速发展，而网络技术与计算机 技术相结合也引起工业控制领域技术上的飞跃，现场总线组建的控制系统，具有开 放、分散、极易扩充等许多优点。目前，这种现场总线控制系统，正被人们广泛采 纳。而以太网是目前应用最广泛的计算机网络技术，受到广泛的技术支持。由于以 太网具有远程 I/O能力、具有各类现场总线所无法比拟的互操作性、具有 lOMbps-lOOOMbps或甚至更高的通讯速率、网络通性接口卡价格十分便宜和很

15、强的 资源共享能力使得以太网技术为基础的企业内部网互联在企业中大量建立。因此对 基于以太网和 CAN总线的发电厂电气综合自动化管理系统的研究，既有一定的学术 价值，又有很大的现实意义。 1 1.2课题的现状与发展 我国火力发电厂对分散控制系统 （ DCS)的运用始于 80年代，主要是热工专业 运用于对机炉生产过程的控制。随着计算机控制技术的不断发展和自动化水平的不 断提高，我国最近几年新建的 300MW火电机组基本上都采用了国内外最先进的分散 控制系统，对全厂各个生产过程进行集中监视和控制，把电气监控纳入 DCS并作为 其中的一个子系统，使分散控制技术进一步延伸和发展。早期是进入 DCS的数据

16、采 集系统 DAS,即重要的电气模拟量、开关量及电度脉冲量在 DCS中进行状态监视、 越限报警、事故顺序记录及报表打印等。以后逐步将厂用电的控制纳入了 DCS的顺 序控制系统 SCS， 个别电厂也与将发电机及厂用电的控制进入 DCS,网络控制室也 广泛采用了计算机监控系统。但目前即使发电机及厂用电的控制全部按进入 DCS设 计，还仍保留了常规的电气手动控制方式，还保留了较大的电气控制屏，使得单元 控制室的面积不能减少，电气控制系统的投资增加，造成这种现象的主要原因是由 于受到电气传统控制方式的束缚和传统运行、检修专业划分的影响，电厂运行人员 目前对全部 CRT监视，计算机键盘及鼠标操作还有疑虑

17、，对 DCS的可靠性不放心。 因此，目前电气控制系统还没能取消常规的手动控制方式，实现真正意义上的 计算 机控制。 通过国外公司的介绍和对国内的一些引进项目的了解，国外工程电气控制已基 本进入 DCS。 而且控制方式也上 CRT监视、键盘鼠标操作，取消了常规的手动方式。 但国内引进的工程虽然电气进入了 DCS,但常规的手动控制方式没有完全取消，常 规的控制开关仍在操作台上。 近几年来，各电厂及设计部门对提高电气的自动化水平表现出极大的兴趣，对 各种电气系统联网及纳入 DCS的方案进行了探讨，随着网络技术的不断发展和网络 可靠性的不断提高，人们对网络技术的认识不断加深，同时，电气的控制、保护等

18、设备在不断的发展，必将 实现发电厂电气部分的综合自动化，并最终归入到电厂的 DCS系统中，实现全厂信息资源的共享，使得整个电力系统的自动化水平跃上一个 新台阶。 1.3本文的工作 随着机组向大容量、高参数发展，发电厂的电气自动化程度却越来越重要，但 电气的监控由于传统的原因，自动化水平仍较低。相对于热工自动化，火电厂电气 控制水平较落后，电气控制方式已不能与热工 DCS控制方式相协调，这直接影响 了火电厂建设的投资效益和电厂运行的综合经济效益。同时，随着电力市场的发展， 要求运行人员必须具有对电气系统参数集中监控的手段，特别是对发电 厂电气系统 2 的运行管理，并与电气防误操作相结合，提高电气

19、控制的安全性和可靠性。因此， 提高电厂的电气自动化控制水平的要求日益增加。 本论文的研究目的是针对目前发电厂中，电气系统自动化水平与热工自动化水 平存在较大差异的问题，利用先进的 CAN总线、以太网技术以及微机技术，研究 和开发了发电厂的电气监控管理系统。 本论文的内容具体安排如下：绪论首先介绍了课题的发展历程，现状和发展趋 势。第二章介绍了发电厂自动化中计算机的应用，论述了监控系统的具体构建。第 三章主要介绍了监控系统的实时数据库的实现，数据库体系结构的总体设计，重点 论述了组态数据库及内存数据库的实现。第四章主要从串行通信和现场总线两方面 分析了监控系统的通迅策略。第五章论述了监控系统的软

20、件体系结构及具体设计， 包括系统数据库组态、图形组态以及各部分功能的主要实现。第六章是整篇论文的 结论。 3 第二章发电厂电气自动化系统的概述 2.1计算机在发电厂自动化中的应用 2.1.1概述 电力关系到国计民生，电力工业是国民经济的重要部门之一，在国民经济中具 有举足轻重的地位，它为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供必不 可少的动力，它和我们的日常生活息息相关。电力工业的发展必须优先于其它工业 部门，整个国民经济才能不断前进。 我国电力工业的发展异常迅猛，发电厂的装机容量越来越大，原来的零星小网 己逐渐连成跨地区、跨省的大电力系统。面对越来越庞大的电力系统和迅猛发展的 电力工业

21、，用常规的控制和管理手段已无法适应。 1946年世界上第一台电子计算机的问世，使人类文明的发展进入了一个新阶 段，其发展速度之迅猛，功能之强大和完善更是令人叹为观止。可以说，电子 计算 机的发展是任何一种工业产品都无法比拟的。我们己进入信息时代，信息工业已成 为第一工业。电子计算机是信息时代的先锋，作为先行工业的电力工业必须采用现 代化的管理工具和手段一一电子计算机，才能使电力工业向前发展，才能满足国民 经济的发展和人民生活的需要。 我国电力工业从 60年代开始应用电子计算机，经过几十年的发展，取得了一定 的成就，积累了一些经验。但是还不能适应现代电力系统迅速发展的需要，特别是 与国际先进水平

22、相比还有较大差距。目前，国外先进国家的发电厂自动化程度已相 当高。电网调度控制中心己普通采用了 以电子计算机为核心的自动化监控系统，进 行数据收集与安全监控、自动发电控制与经济调度及安全分析等。现代电力系统的 计算机应用已成为电力系统自动化的重要标志 2。 2.1.2发电厂应用计算机的必要性 电力系统是从小到大逐步发展的。往往先有一个发电厂供给一个孤立的用电系 统，形成简单的电力系统。对电力系统的要求是，首先要能连续不断地安全供电， 然后取得最经济的效果，因此电厂的可靠运行是整个电力系统稳定性的基础。 当电厂容量不大时，可以靠单项自动装置、远方控制及手动操作来控制汽轮机 的运行和锅炉的燃烧，以

23、得到需要的安全性和经济性。司炉值班员观察锅炉的主蒸 汽压力表，能判断锅炉的出汽量是否与炉内燃烧相平衡；跟踪主蒸汽压力的变化而 改变锅炉的进煤量和进风量，从而调节燃烧；观察火焰、处理结焦、定期吹灰以尽 可能适应不同的煤种，达到最佳的节煤经济效果 3。在单机容量为 1 2万 KW时，配 置的锅炉蒸汽量一般为 50100Uh,运行人员安全经济运行的巡视操作，主要活动于 称为“ 八米平台 ” 的运转层上。运转层一般有二层楼那么高，汽包水位表位置更高。 为了方便监视，可把水位的显示引下来，在运转层进行观察，但必须有自动水位调 节装置和报警装置。可见，当单机容量不大时，靠单项自动装置，通过远动装置用 手动

24、操作来保证正常出力及安全经济地运行，已经很不简单。单机容量为 2030万 KW时，配置的锅炉蒸发量达 700 lOOOUh,虽有单项自动及远动装置，但操作起来仍 是十分困难的，设置综合调节的自动化装置己属必需的手段。此时，机炉控制台上 的操作 把手数量已经很多。难于眼明手快地进行操作。单机容量为 60万 KW以上时， 由于信息太多，如果不经过一定的综合分析，不易直观地辩识问题，此时，不用计 算机来协助监控是不行的 4。同时，对于多个电厂联合供电的电力系统，更必须用 计算机来进行监控。 2.2发电厂电气监控系统的构建 发电厂电气综合自动化系统按分层（级）分布式多 CPU的体系结构设计，每一 层完

25、成不同的功能，每一层由不同的设备或不同的子系统组成。整个系统的二次 设备可分为二层，即站控层、单元层（现场保护测控层）。现场保护测控层主要包 括：各发电机组子系 统和公共端子系统。由于发电厂里各个保护装置设备新旧交错， 自动化程度高低不同，有些保护装置不具备 CAN接口，而只具有 RS485、 RS232接 口。这时就必须在各监控保护单元中设置 CAN/RS485转换卡和 CAN/RS232转换卡。 各单元装置通过 CAN总线进行通信。站控层包括全站的监控主机等。站控层设以太 网，供各主机间以及监控机与单元层之间的信息交换。发电厂电气监控系统是在总 结具有丰富运行经验的发电厂、变电站电气综合自

26、动化的基础上，吸收国外先进技 术推出的。提高了整个电厂设备及整个电气系统的运行管理水平 ，使电厂运行的经 济性安全得到保证，提升了发电厂在发电市场上的竞争能力。 2.2.1站控层 发电厂监控管理系统采用 Client/Server体系结构，由主机兼操作员工作站、通信 站、运行工作站（操作员站）、维护工程师站、远动工作站、打印机及网络设备组 成，操作系统可以米用 Windows NT Server和 Windows NT Workstation,完成对电厂 电气系统的模拟量、交流量、开关量、脉冲量、数码量、温度量等信息的数据采集、 计算、判别、报警、保护、事件顺序记录 （ SOE)、 报表统计、

27、曲线分析，并根据需 要向现场保护测控单元层发布命令实现对电气设备的控制和调节。系统采用 Windows NT作为操作系统平台，概括起来具有以下几个特点： 5 (1) 不依赖于硬件平台，使得高层代码从一种硬件平台移植到另一平台无需修 改，这种跨平台的兼容性使应用系统的开发者和使用者具有广泛的选择自由，可以 享受计算机硬软件发展的最新成果，也使用户的投资得到长期的保护。 (2) Windows NT是 132位优先级抢占式的多任务多线程操作系统 ， Windows NT的内存 结构采用页面调度管理和虚拟内存方式，每个任务具有独立的地址空间， 具有良好的内存保护机制，避免了由于一个任务对内存的非法访

28、问而影响了其它的 任务，因此整个系统具有良好的坚定性。 (3) Windows NT内嵌完善的网络功能 ， Windows NT所支持的网络通信是一种真 正的信息高速公路式网络，支持客户 /服务器通信方式和流行的各种协议。 (4) Windows NT的安全性能已达到 C2安全级别 5。 系统采用 100M以太网（双网 ） 体系结构，双网同时运行，无缝切换，各节点机 功能相对独立。上位机系统通过该网络连接通讯管理层。 2.2.1.1主机兼操作员工作站 主机兼操作员工作站用于完成对下层测控单元的电气运行参数的处理和远程 控制工作，主机采用双机配置，主机一热备用机工作方式，主机故障时热备用机自 动

29、升格为主机工作。操作员工作站对电厂电气设备实施运行监视、操作控制（包括 所有断路器合分闸；发电机有功调节；发电机 AVR控制；主变有载调压分接头调 节； 6kV无功补偿进行投切以及整个动力厂的无功补偿联调；备用电源慢速自投； 低周减载低频解列等）、电气测量计算、实时画面报表记录和文件的生成修改及打 印、声光信号报警、实时数据库存储及历史数据库修改、系统时钟管理等。其中采 集信号的类型分为：模拟量、脉冲量和状态量 （ 开关量）。 (1) 模拟量：电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数和温度量。 (2) 脉冲量：有功电能及无功电能。 (3) 状态量 （ 开关量 )： 断路器、隔离开关以及接

30、地开关的位置信号、继电保护装置和安 全自动装置动作及报警信号、运行监视信号等。 2.2.1.2运行工作站 运行工作站亦称操作员工作站，主要供运行人员实时监控电厂电气系统的运行 工况，自动抄表、小电流接地选线、故障信息管理、设备管理等高级应用软件也可 在运行工作站上运行。系统可配置两个运行工作站，按主、备方式运行。在上位机 系统设立运行工作站，可以运行发电厂电气监控管理系统的高级应用软件可对电厂 进行优化控制、设备管理、运行管理、定值管理，保证电厂可靠、安全、稳定运行 具有重大的经济和社会意义。 6 2.2.1.3远动工作站 设置一台远动工作站实现监控管理系统和远动中心的远程联接，把电厂电气系

31、统的部分运行信息传送到远动中心，同时接收远动中心传送来的数据，以及实现定 值远程管理等功能。 2.2.1.4工程师维护工作站 配备一台工程师维护工作站，供维护技术人员进行数据库、界面、报表等修改 维护、以及网络监视维护等功能。同时工程师维护工作站也可作为培训工作站，进 行操作流程的预演，以及对运行工作人员的培训仿真等。 2.2.1.5通信站 选配通信站实现与电厂 DCS系统、电厂 MIS /SIS等系统的连接，共享信息，同 时通过通信站可以实现 INTERNET/INTRANET的连接，可通过便捷式移动工作站、 家庭工作站等远程工作站对系统进行实时访问、维护。 2.2.2单元层（现场保护测控层

32、） 现场保护测控层可分为：发电机组子系统和公共端子系统。各个子系统通过现 场总线与通信管理机相连。另外由于微机自动调速装置 （ DEH)已经具备接入以太 网的条件所以直接接入。本系统采用高速、可靠的 CAN总线作为通讯现场总线网络。 为提高网络的可靠性，采用双网连接方式。双网同时运行，无缝切换。当其中一网 故障时，系统单网运行，并报警检修，保证系统运行的不间断。对于发电机组子系 统主要包括：发变组保护单元、发变组测控单元、微机准同期测控单元、微机励磁 调节器测控单元、厂用电快速切换测控单元、启备变测控单元、微机准同期控制器、 微机厂用电快速切换装置和微机励磁调节器装置。由于微机准同期控制器、微

33、机厂 用电快速切换装置和微机励磁调节器装置只具有 RS485接口，为了能够连入到 CAN 总线里在前端配置一个 CAN/RS485转换卡。对于公共端子系统主要包括：公共端保 护单元、公共端测控单元、微机母线保护装置和电动机保护单元。同样对那些只具 有 RS485接口的微机保护装置，在前端设置一个 CAN/RS485转换卡。 2.2.3电气综合自动化系统的结构图 7 CAN总线 CAN/RS485 转换卡 485总线 i k i r y v _ _ y 主机兼操作员 主机兼操作员 工作站 工作站 CAN总线 CAN/RS485 转换卡 工程师维护工作站 通信站一 DCS X v _A微机电动机保

34、护单元 微机母线保护装置 t公共端测控单元公共端保护单元 微机厂用快速切换装置 微机准同期装置 DEH装置 _ 淨 M RS485总线 r CAN总线 发变组保护单元 微机厂用快速切换装置 微机准同期装置 发变组保护单元 第三章实时数据库的设计 3.1数据库技术的发展现状与趋势 自数据库特别是七十年代关系数据库 (RDB)诞生以来，它已在商务和事务型的 应用领域中取得了极大的发展和广泛的应用。经过 30多年的发展，数据库技术已经 得到了极大的完善，尤其是在关系型数据库管理系统中。但随着数据库技术不断向 新的应用领域的渗透，新技术的不断涌现数据库技术将在以下几个方面得到更大的 发展：对象一关系数

35、据库 (ORDB)， 数据仓库 (Dw)技术，实时数据库 (RTDB)技术， web 数据库 (web -DB)。 随着计算机的不断普及，信息系统应用的深入和应用领域的不断扩大，对数据 库的要求也有了新的变 化。在当今世界里，有许多非传统的数据库应用，例如，生 产过程控制、电力或数据网管理、空中交通管制、办公室工作流程控制、紧急情况 的分析和估计、协同处理和证券交易 6等等。为了满足非传统数据库应用的需要， 现代数据库发展出各种形式，比如时态数据库，主动数据库，模糊数据库，实时数 据库等。 现代工业的飞速发展，尤其是计算机在工业过程控制中的广泛应用，极大地提 高了生产过程的自动化程度，同时也对

36、工业监控软件提出了更高的要求。系统一方 面需要维护大量共享数据和控制知识；另一方面其应用活动有很强的时间性，要求 在一 定的时刻对外部环境采集数据，按彼此间的联系存取已获得的数据和处理采集 的数据，再及时做出响应。同时，他们所处理的数据往往是 “ 短暂 ” 的，即只在一 定的时间范围内有效，过时则无意义，所以这种应用同时需要数据库技术和实时数 据处理技术。但传统的数据库系统旨在处理永久性数据，其设计与开发主要强调维 护数据的完整性、一致性，提高系统的吞吐量和降低系统代价，根本不考虑与数据 及其处理相关联的定时限制，因而传统的商务和管理事务型 DBMS不能满足这种实 时应用的需求。而传统的实时系

37、统虽然支持处理的定时限制，但它们典型地是针对 具有简单结构与联系、稳定和可预报数据 (或资源 )要求的任务的，不涉及维护共享 数据的完整性、一致性。因此，只有将数据库与实时系统两者的概念、技术、方法 与机制 “ 完善 ” 地集成在一起的实时数据库系统 (RTDBS)才能同时支持定时性和一 致性要求。 工业监控软件，其根本上是通过人机交互，在系统中配置需要监控的对象，当 监控软件处于运行状态时，能够通过界面系统实时地反映各个被监控对象的状态。 而在软件中需要配置的现场对象复杂多样，与对象的数据交 互方式也 T差万别，而 9 且数量巨大，这就需要在监控软件中有一个实时数据库作为整个系统数据处理、数

38、 据组织和管理的核心 7。 有关实时数据库的研究始于 80年代， 1992年美国贝尔电话实验室的 D.K.Barclay 等人研制了第一个专用实时数据库管理系统。随后十多年来，各国的学者就有关实 时数据库系统的设计和实现技术、崩溃恢复、并发控制、事务调度等方面作了一些 研究。从目前市场上流行的各种组态软件来看，很多组态软件从严格意义上讲，没 有显式的独立实时数据库，只在图形开发环境中增加了简单的数据管理功能更确切 的说是数据字典的功能，因缺少实时数据库的一些基本特征，还不能称之为实时数 据库，很难保证实时性 8。有一些较先进的组态软件均具备独立的实时数据库组件， 以提高系统的实时性，增强处理能

39、力，但是由于商业上的原因，实时数据库作为组 态软件的核心技术是保密的，没有公开。 因此，开发研制适合监控软件特点的实时数据库意义重大。 3.2实时数据库系统的特性 实时数据库系统的功能特性与实时应用的语义紧密相关，故必须首先进行应用 分析以明确其性质与要 求，从而确定 RTDBS的设计目标、功能、特性、系统模型 9。 这种应用往往有下列特性： 1、 复杂性：应用环境是动态的、复杂的，其活动（事务 ） 具有不同语义，有 周期 /非周期、硬 /软 /固实时、只读 /只写 /更新（读一写）之分；其数据具有复杂且动 态变化的结构，有多种特征，如关键 /非关键、时序 /非时序等。要满足应用要求， 系统必

40、须具有管理这些动态复杂的活动（事务 ） 和数据的能力。 2、 动态性：数据的结构不像传统应用中那样是较稳定的，而是动态变化的； 活动（事务 ） 在其执行过程中可能动态地 “ 产生 ” 新的活动（事务）。 3、 时间性：数据与活动（事务 ） 都与时间紧密相关。它们随时间而变，且有 时间限制，其状态的正确性包含了 “ 时间一致性 ” 。这种时间限制可能是绝对、相 对或周期时间，系统必须确保各种应用的响应时间。 4、 分布性：许多 “ 半自治 ” 计算机以及控制设备物理地分布在不同的场地， 在各设备的应用 “ 代理 ” 并发实时地存取系统数据。 5、 可预报性：硬实时任务 /事务的定时限制必须确保，

41、因而就要预测这种任务 / 事务是否会满足其截止期。这要求事先知道任务 /事务的最坏情况执行时间及所需数 据与资源，并要求这种最坏情况预测与实际的差别尽可能小。对软实时事务，预测 也是重要的，它可使满足其截止期的软实时事务数尽可能大。虽然这种预报具有静 态可确定性，但要动态确定是很难的，因为数据库系统中有许多不可预测的动态因 10 6、 可靠性：工程领域中的许多应用，尤其是一些关键应用不能失误，故当发 现其中的任务要失败时，要有 “ 应急能力 ” ，可自动执行功能替代或补偿任务；或 者干脆就是并行地执行任务的多个版本，让至少有一个版本正确执行，其结果一致 , 而让不正确版本的结 果无效。 7、 不可逆性：现代应用中的许多活动是不可逆的。对于这种事务，回滚 /重启 是毫无意义的，所以必须为实时事务恢复开发新的概念、技术和方法。 实时数据库主要针对时间受限制的一大类实时数据应用，