实时、关系数据库及应用

实时数据库与关系数据库

1．实时数据库与关系数据库没有什么关系

前面讲过计算机应用于实时工业控制早于应用于管理信息系统，就是说，实时数据库与关系

数据库可以没有什么关系，或者说实时数据库的建立可以没有关系数据库。事实正是如此，

我们在上世纪80年代就开始研制用于电力系统的实时监控系统，系统必然有事实上的实时

数据库。可以说，实时数据库的建立是适应实时工业控制的需要，而关系数据库的形成主要

是管理信息系统的需要，当然目前关系数据库的应用已经是无处不在了。

2。实时数据库与关系数据库的区别

实时数据库的存储介质是内存，而关系数据库的存储介质是外存（磁盘）。实时数据库的结

构主要是要适应它要表示的对象，当然也与开发商的开发思路有关，实时数据库的结构目前

尚没有统一的标准；关系数据库的基本结构是一张二维的表，加上关系数据库的完美理论与

访问标准语言SQL。另一个不同的是实时数据库是作为实时信息系统的核心部分与实时信

息系统一起作为一个软件系统，一般没有独立的实时数据库（市场上被称为实时数据库的软

件实际上是实时信息系统）；而关系数据库一般是独立作为商品软件出售的。

3。历史数据库与关系数据库

实时数据库中将数据存入磁盘保存即历史数据，在实时数据库发展的初期，一般是自己开发

文件系统，而且具有一定的检索功能。早期的NSIS系统就是用文件系统存放历史数据的，

即使现在也仍然有些实时数据库系统使用文件系统。到90年代，由于提出了开放的概念，

而且发现商业关系数据库不但开放，而且存储与检索历史数据更为方便。目前的实时数据库

存储历史数据有两种方法：

① 文件系统加上向关系数据库转换的软件，目前有相当的实时数据库采用此法，这实际上

是在原来的系统上加上补丁而已；

② 直接从实时数据库中将历史数据存于关系数据库，笔者认为这种方法较好，但是要解决

实时数据库的结构向关系数据库的结构映射的技术问题。NSIS实时数据库采用此种方式。

4。实时数据库尚无统一的数据结构与访问原语

到目前为止，实时数据库的结构目前尚没有统一的标准，因而不会有类似关系数据库的查询

语言SQL那样的统一的实时数据库的查询语言。我们建议，首先为实时数据库，至少为同

一行业的实时数据库制订统一结构标准，然后进一步制订访问原语。但是从目前实时数据库

的应用的复杂性，应用对象的复杂性，以及开发商的各自为政，加上上面说的实时数据库并

非独立系统，这种统一目前难以实现。

实时数据库与组态软件的区别

1：市场定位的区别 设备一级和车间一级的监控系统应该选用组态软件，厂一级的监控系统或生产管

理系统可以选用实时数据库，而管理信息系统或ERP（企业资源计划）就应该使

用关系数据库。实时数据库定位为生产控制系统和企业经营管理之间的中间层。

我们似乎可以按照这个模式去区分实时数据库、组态软件和关系数据库的市场定

位，但事实上，这三者的界线是非常模糊的，不一定非此即彼，在一些特定行业，

没有明显地三层区别，在项目中到底选择哪一种产品，需要很好的分析和判断。

实时数据库的定位可以向上延伸至生产信息管理层，即管理软件范畴，也可

以向下延伸至生产监控层，即监控软件范畴。本文章不讨论实时数据库与关系数

据库的市场定位之差别（那是另一个话题），只讨论实时数据库与组态软件的市

场定位之差别。

在工业监控项目中，到底是该选用组态还是该选用实时数据库，虽然是具体

问题具体分析，但是，还是存在一些普遍意义的准则。

1. 工程总点数

我们可以将用户工程按总点数分为三个级别：

2000点以下 组态软件的市场

2000点至5000点 组态软件和实时数据库都可能被选择

5000点以上 实时数据库的市场

可以说，在2000点以下的工程，除非特殊情况，用户一般只会选择组态软

件，而在5000点以上，是实时数据库的重点市场，在这两个级别，用户可以很

容易地想到该使用何种产品。选择的难点在于第二级：2000点至5000点。这就

需要同时考虑以下几个准则。

2.工程需保存的总点数

我们可以将用户工程按需保存的点数分为三个级别：

1000点以下 组态软件的不二选择

1000点至3000点 组态软件和实时数据库都可能被选择

3000点以上 重点选择实时数据库

以下的准则，主要是在工程总点数在2000点至5000点、以及工程需保存的

总点数1000点至3000点时的判断准则。 3.数据的变化频率

5秒以上 选择组态软件

1-5秒 组态软件和实时数据库都可能被选择

1秒以内 重点选择实时数据库

举个例子，在杭州湾跨海大桥的桥梁监控系统中，虽然工程总点数只有3000

个，但数据的变化频率为10MS（这需要通过特定的接口方式批次采集数据），

因此，客户选择了实时数据库而不是组态软件。

4.历史数据的保存期限

如果工程明确要求，工程的历史数据需要保存3年以上，甚至要保存10年

以上，最好使用实时数据库。

5.用户关心历史数据吗?

如果工程中除了简单的报表和曲线之外，还有其它需求：历史数据建模、长

期历史数据的趋势分析等，或者要对历史数据进行各种二次开发，最好使用实时

数据库。

6.项目偏重管理还是偏重监控

该项目只是实现对设备进行监控，还是希望进行生产管理？判断的依据，可

以从以下几个方面考虑：

使用该系统的用户是操作人员，还是管理人员？

使用该系统，只是想监视生产现场的状态，还是想了解整体生产信息？

准备在此系统之上建立MES或ERP系统吗？

7.该系统可能被扩展吗？

如果系统在未来几年很可能扩展为一个很大的系统，为未来考虑，选择实时

数据库是减少投资的好方案，举个例子，某城市供热项目，现在已建的供热站点

只有10个，每个站点100个数据点，选用组态软件完全够了，但该城市在未来

三年内，最终需建设150个供热站点，因此，他们还是选择了实时数据库。

8.原理上的区别

组态软件也就是俗称SCADA系统，用于中小型生产设备的数据采集与控制，它从一开始产生就是面向某个车间、某套装置的监控而设计的，因此，它对数据

采集频率、系统的响应要求比较高，也就是说对实时性要求高；由于要实现一些

控制算法，需要历史数据，所以对实时数据是本能进行失真压缩，因而保存历史

数据的时间也不会太长。国内的组态软件大都应用在几十点、几百点，几千点的

例子就很少很少了（一方面系统性能跟不上去，另一方面工厂也不会选用）。

DCS系统包括了软硬件，DCS系统软件和组态软件类似，也是用于某个车间、

某套装置生产设备的数据采集与控制，由于DCS系统是软硬件结合的，因此系统

的监控性能要较组态软件强，在系统设计上基本还是和组态软件一样对实时性要

求高而不压缩历史数据。国内的DCS系统的规模也不大，1000点以上就很少用

国内的了。

实时数据库的两个特征是实时性和数据压缩,在设计理念上与组态软件、DCS

系统软件有很大差别，实时数据库面向的对象是整个工厂或整个集团公司，也有

人称为SIS（厂级监控系统）。并且它是在每个车间的DCS系统、SCADA 系统的

基础之上进行数据采集与监视，它要求数据的实时性和数据的压缩存储并举，尤

其突出其数据的压缩算法、查找算法以及数据结构等决定了改系统的性能。

ERP的作用

现在很多企业的老总都知道ERP是一样好东西，可真正问起他们企业上ERP

管理系统到底好在哪里，回答往往都是一些比较笼统地概念，如“能提高工作效

率”、“现代化的操作和管理模式”、“节约成本”、“增长市

场份额”等。但如果真的要说到ERP究竟能解决哪些问题，企业最迫切希望通过

ERP解决解决哪些问题的时候，很多老总都无法正面回答你？为此，笔者就结合

一些具体的案例来说明企业上ERP究竟能解决哪些比较普遍性的具体问题。

首先是解决销售的问题。企业经常会出现这样的情况：只要客户那边一个要

货的电话打过来，公司这边马上就乱成了一锅粥，但忙到最后还是常常不能告诉

客户能否提货。搜集有效信息的时间太长了，有些分公司有货不能提，有些分公

司没货又不能及时得到补充，对客户的响应效率太低，销售商们意见很大，因此

失去了不少客户，销售收入也明显受到影响。生产多了，企业投资很大，库存压

力也大；生产少了，明显不能满足需求。随着市场竞争的加剧，现在的客户给的

往往都不是订单，而是直接要求提货。如果你的企业也遇到了这样的问题，那么

ERP就可以通过合理的调配机制和信息反馈机制来帮助你的企业很好的处理这

些问题，实现对订单和计划执行的动态跟踪，全面准确地掌握销售情况，提高资

金回笼的时效性。

其次是生产管理问题。对于那些生产型企业来说，往往会遇到这样的情况：

有一段时期紧急订单特别多，工厂几乎每天都加班，从早上八九点一直干到晚上还要不停地加班加点生产，尤其对于那些装配的零部件比较繁杂的生产线来说，

由于信息流通不畅，虽然在同一条生产线上，但一个部件的生产车间往往不知道

另一个生产车间的进度，结果经常出现几个车间的工人都在加班空等的局面，由

此造成了资源的闲置和浪费。生产一耽搁，质检、运输、管理等部门也都跟着耽

搁。这不但影响了公司的生产管理的难度，更加增添了生产成本和管理成本的开

支，面对这种情况，ERP可以通过相应的管理模块实现高效的生产流水线模式，

减少了生产中个别物料短缺造成的生产中断，提高生产线劳动效率，同时又可减

少办公文档及传递工作，提高办公效率，减少职工加班时间，即使在处理紧急任

务时也能预先设计出最合理的生产流程，降低无效劳动。

再次是采购管理。很多企业利润难以有大幅度提高，除了市场销售的因素以

外，最根本原因可能就是采购上的问题。传统的采购模式往往制约了企业寻找更

质高价廉的商品进货渠道，从而导致了企业的产品没有竞争力，而面对传统采购

模式所可能产生的一些损害公司利益的情况，如老资格采购员的“灰色交易”、

因部分采购人员的离职或新进采购人员对于采购渠道和经验上的不足所造成的

“随意性采购”、“购进货物高价、质次”、“采购渠道不稳定”、“采购货物

难以及时送达”等问题。那么通过ERP的管理系统就可以实现采购信息的发布和

搜集，及时把握和分析供货商的相关信息(包括信誉、生产能力)，供货商的延续

性管理和客户关系管理，采购过程的公开公正化管理，最终通过准确的采购计划，

保证了物料供应，为采购人员节省了大量精力，降低采购管理成本。

第四是库存管理。每个企业都会遇到市场需求旺盛期和平淡期，通常企业只

能通过经验上的判断来规划库存保有量，一旦判断失误就会造成市场有需求却供

不上货，或者是大量的产品或原料积压在仓库里，占用了大量的资金还要承担相

应的库存风险。这时，如果通过ERP系统的合理规划就能及时设定准确的需求计

划，可以在恰当的时间得到恰当的物料，不必留有库存，降低相应的成本和风险。

如果是拥有多个生产基地的集团企业还可以实现多个生产厂的库存和在途物料

地信息共享，由系统自动生成准确的批次物料需求计划，减少库存资金占用，提

高库存资金周转次数。

还有就是财务管理。在财务管理上很多企业都已经实现了电算化管理，应该

说财务管理的信息化水平在各个企业中都有了一定的基础和实践。但是为了更好

地和其他业务的信息化管理体系相结合，ERP的财务系统能更好地实现整合性的

功能化财务数据的搜集和整理，采用滚动成本核算法，实物账和资金账同时产生，

通过对物流、资金流进行无缝管理，极大地降低了财务管理人员的工作量，提高