本科畢業(yè)論文模板

1、呼倫貝爾學院計算機科學與技術(shù)學院本科生畢業(yè)論文(設計)題 目：實時數(shù)據(jù)庫在工業(yè)自動化中的應用學生姓名： 王占根 學 號： 2010121108 專業(yè)班級： 2010計算機科學與技術(shù)(一)班 指導教師： 劉仁山 完成時間： 2014年5月20日 III摘 要在現(xiàn)代工業(yè)化和信息化公司每天有大量的數(shù)據(jù)需要處理和保存，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)既要保證有快速的數(shù)據(jù)采集速度，又要具有海量的存儲能力，選用工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫才能滿足性能要求。工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫主要應用于工業(yè)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)和應關(guān)鍵詞 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；MES；DSC；流程圖組態(tài)AbstractIn modern industry and information tec

2、hnology companies have a lot of data to be processed and stored daily , the database system is necessary to ensure fast data acquisition speed , but also has a massive storage capacity , the choice of industrial real-time database to meet performance requirements. Industrial real-time database is ma

3、inly used in industrial -site storage and real-time data management and application terminal data. Management is responsible for the implementation of MES Keywords real-time database configuration , MES , DSC, flowchart目錄摘 要IAbstractII第章 緒論21.1 前言21.2項目背景21.3 實時數(shù)據(jù)庫21.3.1 實時數(shù)據(jù)庫的定義21.3.2 實時數(shù)據(jù)的特性21.3.3

4、 實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的區(qū)別2第2章 需求分析22.1 系統(tǒng)可行性分析22.2 系統(tǒng)需求分析2第3章 系統(tǒng)總體設計23.1 總體結(jié)構(gòu)23.2 實時數(shù)據(jù)庫設計23.2.1 E-R模型圖23.2.2表結(jié)構(gòu)設計2第4章 系統(tǒng)設計的實現(xiàn)24.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)24.2 系統(tǒng)功能24.2.1 生產(chǎn)實時監(jiān)控24.2.2 生產(chǎn)報表統(tǒng)計24.2.3 調(diào)度監(jiān)控24.2.4 物料平衡24.3 網(wǎng)絡的架構(gòu)24.4實時數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)2總結(jié)2參考文獻2致謝2第章 緒論1.1 前言隨著全球信息快速的發(fā)展，當今的各類生產(chǎn)過程，如冶金、化工、煉油、等行業(yè)，其生產(chǎn)規(guī)模向大型化方向迅速發(fā)展，形成了生產(chǎn)過程的高度連貫性和強化操作等

5、1.2項目背景為推動青海鹽湖海納化工有限公司建設一套全場MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)管理朝規(guī)范化方向發(fā)展，在具備先進的生產(chǎn)設備管理及配置先進的儀器的基礎上，實現(xiàn)生產(chǎn)管理信1.3 實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫是用于工業(yè)自動化的工廠里實現(xiàn)從現(xiàn)場生產(chǎn)設備上的儀表、流量計、液的合成技術(shù)之一；這好比飛機上安裝的“黑匣子”里面記錄著實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。1.3.1 實時數(shù)據(jù)庫的定義 現(xiàn)如今，早期的數(shù)據(jù)庫（比如關(guān)系數(shù)據(jù)庫）技術(shù)早已發(fā)展為一種較為成熟的技術(shù)，數(shù)據(jù)庫幾乎應用到各個領域，但是數(shù)據(jù)庫對于與實時密切相關(guān)的實時數(shù)據(jù)應用，比如流程作業(yè)的數(shù)據(jù)管理。在以前傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)似乎不能滿足現(xiàn)在工業(yè)需求，因此產(chǎn)生了實時數(shù)據(jù)庫（RTDB，R

6、eal Time DataBase）技術(shù)。當今電子領域的證券交易、電力調(diào)度、流程控制行業(yè)的生產(chǎn)控制等，這些應用都有與傳統(tǒng)的商務或處理事務型應用有著不同的突出特點：1.3.2 實時數(shù)據(jù)的特性實時數(shù)據(jù)庫的主要突出在數(shù)據(jù)的時效性和事務處理的定時限制，主要有以下特點：1.實時數(shù)據(jù)的時效性和推導新數(shù)據(jù)時在時間上的相互一致性。2.事務的定時限制實時數(shù)據(jù)處理即是實時事務型也有定時限制（定時可以是絕對、相對或周期時間）與數(shù)據(jù)一致性要求等多方面因素。1.3.3 實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的區(qū)別 說起數(shù)據(jù)庫，大家都耳熟能詳比如說，SQL Server、Oracle等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。事實上，數(shù)據(jù)庫的種類非常多，在計算機發(fā)

7、展的歷史上，存在著多種類型的數(shù)據(jù)庫。時數(shù)據(jù)庫等等2。本文將對表1-1的實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行簡單的介紹。 表 1-1 實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫區(qū)別比較項目實時數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫應用領域被應用到電力、化工、冶金等流程工業(yè)生產(chǎn)領域處理時時不斷變化快的數(shù)據(jù)及具有限制。主要應用到網(wǎng)站后臺管理數(shù)據(jù)庫、電子交易、金融管理等。開發(fā)目的及時響應實時變化的數(shù)據(jù)維護數(shù)據(jù)的實時性、歷史性、真時性，滿足工業(yè)生產(chǎn)管理和實時性應用需求。處理穩(wěn)定、永久的數(shù)據(jù)，維護數(shù)據(jù)完整性、一致性，不能處理有關(guān)數(shù)據(jù)及處理定時限制，所以不能滿足工業(yè)生產(chǎn)管理實時應用的需求。讀寫速度（/s）1000003000歷史數(shù)據(jù)壓縮有壓縮無壓縮磁盤空間占

8、用率在單服務器處理情況下可處理30萬點，掃描周期頻率為1秒下實時數(shù)據(jù)庫存儲200小時數(shù)據(jù)僅占用4G磁盤空間。在相同條件下在關(guān)系數(shù)據(jù)庫6小時數(shù)據(jù)就達到4G磁盤空間。數(shù)據(jù)恢復無有第2章 需求分析現(xiàn)在的工廠大部分都采用國內(nèi)外先進的網(wǎng)絡技術(shù)、 數(shù)據(jù)通訊、 軟硬件技術(shù)和應2.1 系統(tǒng)可行性分析進行對系統(tǒng)的可行性分析研究，是系統(tǒng)設計之前的一個必不可少的環(huán)節(jié)?？尚行苑治觯‵easibility Analysis）也稱為可行性研究，是在系統(tǒng)調(diào)查的基礎上，針對新系統(tǒng)的開發(fā)是否具備必要性和可能性，對新系統(tǒng)的開發(fā)從技術(shù)、經(jīng)濟的方面進行分控制系統(tǒng)在工業(yè)廠早已得到了很好的普及，其硬件平臺都足以滿足此系統(tǒng)的需要。該系統(tǒng)的

9、使用界面友好，操作方式簡單易學，只需對管理人員進行簡單培訓即可輕松掌握其操作。因此，此系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的。2.2 系統(tǒng)需求分析MES生產(chǎn)系統(tǒng)分為生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)、生產(chǎn)報表、物料平衡、調(diào)度監(jiān)控功能。這四者MES系統(tǒng)功能如表2-1所示。表2-1 MES系統(tǒng)功能表功能類型描述生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)滿足企業(yè)廠區(qū)對物料流量監(jiān)控、物料平衡監(jiān)控以及對實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控分析物料流量對報警數(shù)據(jù)進行存儲還可以對歷史數(shù)據(jù)趨勢分析出某一時刻的生產(chǎn)情況。生產(chǎn)報表對廠區(qū)整個生產(chǎn)過程的能耗數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)、物料耗用數(shù)據(jù)、關(guān)鍵工藝過程數(shù)據(jù)或工藝指標經(jīng)過數(shù)據(jù)分析以報表方式展示到客戶端。物料平衡通過物料平衡這一功能模塊可以看到水、電、風能的每日

10、消耗情況，而且物料平衡同時也滿足生產(chǎn)調(diào)度的要求，生成調(diào)度日報、生產(chǎn)日報等報表。調(diào)度監(jiān)控在調(diào)度監(jiān)控功能里主要有各生產(chǎn)裝置監(jiān)視重點數(shù)據(jù)源，還要計算每天、每月生產(chǎn)過中需要投放多少源料和配料。第3章 系統(tǒng)總體設計通過對第2章的詳細需求分析和詳細研究之后，最終以系統(tǒng)總體設計實現(xiàn)如下，將會按照總體結(jié)構(gòu)、實時數(shù)據(jù)庫設計、表設計、E-R圖等。3.1 總體結(jié)構(gòu)為搭建西寧化工生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)，需要關(guān)于很多現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術(shù)、信息技如圖3-1 所示：過程控制系統(tǒng)經(jīng)營決策經(jīng)營計劃人力資源財務管理成本分析投資管理經(jīng)營決策管理部門物資供應部門供應管理庫存管理銷售管理部門銷售管理客戶管理生產(chǎn)計劃管理能源管理工藝管理成本管

11、理物料跟蹤作業(yè)調(diào)度生產(chǎn)善分析生產(chǎn)過程管理生產(chǎn)部門管理實時數(shù)據(jù)庫VCM控制系統(tǒng)PVC控制系統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)燒堿控制系統(tǒng)VCM、燒堿、PVC、鍋爐各生產(chǎn)裝置設備、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)經(jīng)營決策系統(tǒng)圖3-1 系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)根據(jù)圖3-1系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)敘述化工企業(yè)業(yè)務流程模型和管理模式，建立了經(jīng)營決策系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)三層框架的企業(yè)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，圖3-1的要重視產(chǎn)品質(zhì)量和批次，實時監(jiān)視產(chǎn)品的制造過程；頂層的生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)以產(chǎn)品生產(chǎn)過程信息為處理對象，都焦聚于分析處理和生產(chǎn)過程信息的方面。3.2 實時數(shù)據(jù)庫設計實時數(shù)據(jù)庫設計就是為了滿足生產(chǎn)管理系統(tǒng)的處理和信息需求，從而有效的采集數(shù)據(jù)進行存儲，對

12、于一個整體的應用環(huán)境，實時數(shù)據(jù)庫設計是最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模型，創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)表。它能夠?qū)崿F(xiàn)能效分析的基礎數(shù)據(jù)，而且也是生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)開發(fā)的重心4。根據(jù)MES生產(chǎn)系統(tǒng)總體方案的實現(xiàn)，以及各能耗點的分布，并且確定能效分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫所需要設計的數(shù)據(jù)表，根據(jù)調(diào)查研究現(xiàn)在化工廠企業(yè)的情況，確定各表的屬性。因此，在實時數(shù)據(jù)庫中建立名為YHHN的數(shù)據(jù)庫。 3.2.1 E-R模型圖該實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫主要存儲的對象是生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，它主要有以下特點：時效性、帶時標、連續(xù)性，比如現(xiàn)場的液位計、溫度、壓力表等模擬量。從基礎時間數(shù)據(jù)生產(chǎn)報表、物料平衡表、 調(diào)度監(jiān)控表等等。以下詳細描述了MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫實體E-

13、R 圖： 圖3-2 生產(chǎn)監(jiān)控E-R圖圖3-3 生產(chǎn)報表E-R圖圖3-4 調(diào)度監(jiān)控表E-R圖圖3-5 調(diào)度監(jiān)控表E-R圖3.2.2表結(jié)構(gòu)設計在MES生產(chǎn)管理的實時數(shù)據(jù)庫中包含的表主要有生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)表、生產(chǎn)報表、物料平衡表、調(diào)度監(jiān)控表等。主要建立的表如下：1.生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)表如表3-1所示。內(nèi)容包括化工生產(chǎn)的需要各種生產(chǎn)設備的位號名和數(shù)據(jù)源以及數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測。 表3-1生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)表字段名稱數(shù)據(jù)類型說明序號整型指的工藝位號的順序（主鍵）單位字符串描述公用原料消耗的單位續(xù)表3-1生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)表字段名稱數(shù)據(jù)類型說明描述字符串描述工藝原料消耗的說明DCS位號字符串型從DCS設備上把位號的值傳送到數(shù)據(jù)庫里2

14、.生產(chǎn)報表如表3-2所示，主要就是指生產(chǎn)報表管理系統(tǒng)整合MES的數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析過程，最終形成報表展示給終端用戶 表3-2生產(chǎn)報表字段名稱數(shù)據(jù)類型說明項目名稱字符串量是對工藝原料消耗的描述出庫量整型 成品的出庫量3.物料平衡如表3-3 所示，通過對生產(chǎn)過程各種工藝參數(shù)數(shù)據(jù)采集，建立物料平衡模型。實時掌握生產(chǎn)流程各種物料情況，及時組織物料供應，合理調(diào)整系統(tǒng)液量，做到均衡組織生產(chǎn) 表3-3物料平衡表字段名稱數(shù)據(jù)類型說明年累計實整型 一年的原料消耗了多少4.調(diào)度監(jiān)控如表3-4 所示，指的是把各種工藝參數(shù)數(shù)據(jù)以流程圖的形式展示到屏幕上然后把生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)投射到大屏幕。表3-4 調(diào)度監(jiān)控表

15、字段名稱數(shù)據(jù)類型說明項目名稱字符串量是對工藝原料消耗的描述位號名字符串量指的是工藝單耗的位號名單位字符串量描述公用原料消耗的單位第4章 系統(tǒng)設計的實現(xiàn)經(jīng)過對上一章的實時數(shù)據(jù)庫概要設計以及詳細設計，最后以圖4-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分析如下。將按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、網(wǎng)絡的架構(gòu)等功能進行展示。流程圖瀏覽青海鹽湖海納西區(qū)MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)生產(chǎn)報表調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)物料平衡實時生產(chǎn)監(jiān)控客戶端實時數(shù)據(jù)庫DCS/PLSVCM生產(chǎn)裝置區(qū)燒堿生產(chǎn)裝置區(qū)PVC生產(chǎn)裝置區(qū)鍋爐生產(chǎn)裝置區(qū)氧化鎂生產(chǎn)裝置區(qū)Opc4safety接收數(shù)據(jù)4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 4-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在這個生產(chǎn)場區(qū)所有用戶通過局域網(wǎng)用packager的View流程

16、圖瀏覽查詢當前工藝流程的實時數(shù)據(jù)，運行實時數(shù)據(jù)查詢可以查看工藝生產(chǎn)的實時數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)可查看歷史的報警信息以及對管理信息統(tǒng)計分析部分采用的軟件結(jié)構(gòu)是C/S結(jié)構(gòu)。4.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流向過程 4.2 系統(tǒng)功能生產(chǎn)管理系統(tǒng)的一個重要特點就是將大量的各部門和各專業(yè)的信息按照一定的標準和規(guī)范，置于統(tǒng)一管理之下，使生產(chǎn)各部門的工作有一個標準化和規(guī)范化的數(shù)據(jù)基礎，而且在這一基礎上，通過信息系統(tǒng)提供的規(guī)范化的作業(yè)流程，實現(xiàn)生產(chǎn)管理的規(guī)范化和自動化6。為了能夠順利地實現(xiàn)數(shù)據(jù)與資源的有效共享，在生產(chǎn)管理系統(tǒng)項目的建設中，在遵循國標和行標的基礎上，還應遵循鹽湖海納集團制訂的相關(guān)標準和規(guī)范，見如圖4-2。圖4-2

17、 MES系統(tǒng)4.2.1生產(chǎn)實時監(jiān)控通過采集全廠各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立全廠實時數(shù)據(jù)庫，對各生產(chǎn)流程進行統(tǒng)一的監(jiān)視和查詢。對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行綜合處理以形成全廠生產(chǎn)報表，以滿足生產(chǎn)管理部門快速、高效地對過程收據(jù)進行采集、查詢和處理的要求。數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)刷新周期應不超過10s；畫面動態(tài)刷新數(shù)據(jù)的總量應能滿足監(jiān)視要求，畫面實時數(shù)據(jù)刷新周期應不超過10s，調(diào)用任一畫面的時間應不超過3s。設備在線實時監(jiān)測系統(tǒng)的時鐘時間必須與機組DCS系統(tǒng)等下層控制系統(tǒng)時鐘時間同步，見如圖4-3。圖4-3 實時監(jiān)控生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)采集到實時數(shù)據(jù)庫。通過各工序的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集站及智能儀表與生產(chǎn)調(diào)度管理系

18、統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通訊，進行實時、準確、完整地獲取生產(chǎn)過程技術(shù)數(shù)據(jù)，快速地將生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集到生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫，具體有如下展示功能，分別見如圖4-4實時數(shù)據(jù)監(jiān)控分析圖、圖4-5歷史數(shù)據(jù)趨勢分析圖。 圖4-4實時數(shù)據(jù)監(jiān)控分析圖 圖4-5歷史數(shù)據(jù)趨勢分析圖4.2.2 生產(chǎn)報表統(tǒng)計系統(tǒng)應具有形成企業(yè)生產(chǎn)過程管理所需要的各類報表的能力，按照企業(yè)規(guī)劃生成企業(yè)所需要的各類報表。樹形結(jié)構(gòu)顯示在屏幕上，當需要顯示或打印報表時，只需點擊報表名即可。4.2.3 調(diào)度監(jiān)控提供數(shù)據(jù)存儲平臺、分析用的各種計算模塊、數(shù)據(jù)挖掘工具等進行二次開發(fā)，滿足經(jīng)4.2.4 物料平衡 通過對生產(chǎn)過程各種工藝參數(shù)數(shù)據(jù)采集，建立物料平衡模型。實

19、時掌握生產(chǎn)流程各種物報警歷史趨勢的分析，為生產(chǎn)組織、調(diào)度指揮、技術(shù)管理、崗位操作等提供及時準確依據(jù)。4.3 網(wǎng)絡的架構(gòu) 現(xiàn)考慮到青海鹽湖海納化工廠廠區(qū)的網(wǎng)絡架構(gòu)還不夠太完善，因為廠區(qū)有些生產(chǎn)車間還核心交換核心交換萬兆防火墻萬兆防火墻接入交換機接入交換機IPS千兆防火墻千兆防火墻數(shù)據(jù)中心區(qū)域西區(qū)區(qū)域匯聚交換機MES系統(tǒng)IDSIDSME系統(tǒng)圖 4-6 網(wǎng)絡架構(gòu)4.4實時數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫的根本不同在于事務和數(shù)據(jù)的定時限制，實時數(shù)據(jù)的定時限制最終要轉(zhuǎn)化成事務的定時限制處理，實現(xiàn)一個實時數(shù)據(jù)庫，除了一般數(shù)據(jù)庫的問題外，還要解決關(guān)鍵性及技術(shù)性的問題需要解決：1實時數(shù)據(jù)模型第一個

20、映射對象，在現(xiàn)實世界中的對象（Real World Object，RWO）是由傳感器監(jiān)視其值被周期性地采樣，并進行寫入數(shù)據(jù)庫，就被實時寫入的RWO值的數(shù)據(jù)對象就稱為映像對象（比如在某一時刻采集的液位計、壓力、溫度等）。實時應用程序?qū)崟r事務管理安全管理并發(fā)控制調(diào)度實時數(shù)據(jù)管理日志管理數(shù)據(jù)恢復數(shù)據(jù)操作實時I/O管理緩沖區(qū)管理歷史數(shù)據(jù) 圖 4-7 實時數(shù)據(jù)庫統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模種延遲及其不確定性，這需要底層的“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫”支持，因而內(nèi)存緩沖區(qū)的管理就顯得更為重要。這里所說的內(nèi)存緩沖區(qū)除“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫”外，還包括事務的執(zhí)行代碼及其工作數(shù)據(jù)等所需的內(nèi)存空間。6數(shù)據(jù)存儲管理與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相比，一方面實時數(shù)據(jù)庫的存儲的數(shù)

21、據(jù)量更大，而且多數(shù)情況下其數(shù)據(jù)是規(guī)律變化的；另一方面，其實時性又要求其對數(shù)據(jù)的處理要有更快的速度。所以，它有比關(guān)系數(shù)據(jù)庫效率更高的壓縮和存儲方法10。7恢復機制總結(jié)經(jīng)過這兩個月在青海自動化項目工作實地考查總結(jié)出MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)在青海鹽湖海納化工的應用功能如下：生產(chǎn)實時監(jiān)控功能模塊主要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)控分析、物料流量實時數(shù)據(jù)報警、報警數(shù)據(jù)分類存儲、歷史數(shù)據(jù)趨勢分析等。生產(chǎn)調(diào)度模塊主要實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢（設備、流量、原料）、系統(tǒng)分析信息查詢、歷史數(shù)據(jù)、趨勢查詢、顯示模式、跟蹤記錄等。物料平衡模塊主要實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程物料參數(shù)的設定、物料的實時監(jiān)控、高低限報警、報警信息的分類和統(tǒng)計、物料報警歷史趨勢的分析，為生產(chǎn)組織、調(diào)度指揮、技術(shù)管理、崗位操作等。生產(chǎn)報表統(tǒng)