工业控制数据库课程总结.ppt

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1、工业控制数据库课程总结 课程目标了解数据库基本原理现代数据库技术的发展和应用数据库技术在工业过程中的应用实例（SQL Server数据库的操作与实验）使同学们能够了解数据库的基本概念、设计和使用方法。掌握系统设计方法、思路、整体框架。基本概念数据库系统中的一些概念n数据：描述事物的符号记录，有多种形式，它们都可以经过数字化后存入计算机n数据的语义：数据的含义基本概念n数据库(DB)：长期存放在计算机内的有组织的可共享的数据集合n数据库管理系统(DBMS)：完成数据库的建立、使用和维护功能n数据库系统(DBS)：数据库(最底层)+数据库管理系统+应用系统+数据库管理员+用户，一般常说的数据库就是

2、DBSn数据库管理员(DBA)：专门管理和维护数据库系统的人员数据库系统应用系统应用开发工具数据库管理系统操作系统数据库用户用户用户数据库管理员数据库系统硬件操作系统 DBMS 编译系统 应用开发工具 应用系统 数据库在计算机系统中的地位主要的数据库产品主流数据库系统nOracle：美国Oracle公司产品nMicrosoft SQL Server 2000：美国Microsoft公司产品nSybase：美国Sybase公司产品nInformix：美国Informix公司产品数据库系统结构数据模型：是一组概念的集合，用于对现实世界数据特征进行抽象按应用不同分为：概念模型和数据模型数据库系统结构

3、n从数据库管理系统角度看：三级模式结构，二级映像功能。现实世界信息世界机器世界概念模型数据模型数据库系统的组成DBMSOS应用系统模式外模式内模式数据表示DB数据抽象级别软件系统层次DBA，系统分析员应用程序员用户数据库的三级体系结构数据库技术的发展趋势数据库技术的未来n分布式数据库n面向对象数据库n多媒体数据库n主动数据库n实时数据库n工业应用数据库及其数据挖掘工业应用数据库及其数据挖掘（应该成为过程全自（应该成为过程全自动化、远程控制的基础）动化、远程控制的基础）关系型数据库理论 关系数据库是用表来表示数据的数据库，“关系”只是表的数学术语。关系系统基于关系理论，即关系数据模型。体现在如下

4、方面：结构化方面：数据库中的数据对用户来说是表，并且只是表；完整性方面：数据库中的这些表满足一定的完整性约束；操纵性方面：用户可以使用用于表操作的操作符。关系型数据库理论 关系模型包括：一个可扩展的标量类型的集合；关系类型生成器的对应这些关系类型的解释器；实用程序，用于定义生成关系类型的关系变量；向关系变量赋关系值的关系赋值操作；从其他关系值中产生关系值的、可扩充的关系操作符集合。实体关系模型概述 为了面向用户提供更丰富、更具表达能力的概念和技术，以便在更高层次上对数据对象的性质和联系作出清晰和简明的描述，20世纪70年代，人们做了大量的研究工作，并建立的语义数据模型。P.P.Chen1976

5、 年提出了E-R模型是第一个出现的语义模型，不受任何DBMS约束的面向用户的表达机制。数据模型的基本概念(1)字段(Field)对应于信息世界中的属性，也称数据项。字段的命名往往与属性名相同。(2)记录(Record)字段的有序集合称为记录，它用来描述一个实体，是相应于这一实体的数据。例如，组成一个学生记录的字段(数据项)有学号、姓名、年龄和性别字段，这是记录的类型。数据模型的基本概念(3)文件(File)同一类记录的集合，例如所有的学生记录的集合就是一个学生文件。(4)数据模型(Data Model)实体模型的数据化。(5)关键字(Key)能唯一标识文件中每一个记录的一个或多个字段的最小组合

6、称为关键字。例如学生文件中，学号可以唯一地标识每个学生记录，所以学号是关键字。数据库设计方法概述 分阶段设计方法，该方法遵循自顶向下、逐步求精的原则，将数据库设计过程分解为若干个相互依存的阶段。每一个阶段采用不同的技术与工具，解决不同的问题。基本步骤：（1）需求分析 （2）概念设计 （3）实现设计 （4）物理设计 （5）实施与维护SQL标准70年代初 Codd提出了关系演算语言ALPHA，但一直未实现。美国IBM公司研制了一个面向域的数据查询语言QBE（Query By Example）美国加利福尼亚大学研制的面向元组的数据语言QUELSQL（Structured Query Language

7、是介于关系代数和关系演算之间的语言，Boyce和Chamberlin于1974年提出的SQUARE基础上发展而成的，目前已成功在大多数DBMS中实现。SQL标准1986年10月美国国家标准局（ANSI）批准了SQL作为关系数据库语言的美国标准。自SQL成为国际标准语言以后，各个数据库厂家纷纷推出各自的SQL软件或与SQL的接口软件。这就使大多数数据库均用SQL作为共同的数据存取语言和标准接口，使不同数据库系统之间的互操作有了共同的基础。SQL成为国际标准，对数据库以外的领域也产生了很大影响，有不少软件产品将SQL语言的查询功能与图形功能、软件工程工具、软件开发工具、人工智能程序结合起来。SQ

8、L标准SQL集数据定义、数据查询、数据更新和数据控制于一体，既可作为独立语言由终端用户以联机交互方式使用，也可作为数据子语言嵌入主语言中使用。SQL已经成为目前最主要的数据库操纵和控制语言，比较流程的程序设计工具基本上都支持嵌入式SQL语言。SQL 语言主要动词含义nSQL功能 动词n数据查询(表）SELECTn数据定义(表）CREATE,DROP,ALTERn数据操作(表中内容）INSERT,UPDATE,DELETEn数据控制(授权收回）GRANT,REVOKE单表查询q查询满足条件的元组常用查询条件查询条件 谓词比较 =,=,=,!=,!,!not+上述比较运算符确定范围 between

9、 and,not between and确定集合 in,not in字符匹配 like,not like空值 is null,is not null多重条件 and,or出现在where后面的运算符或者SQL定义的保留字单表查询一般查询q一般查询查询年龄在20岁以下的学生姓名及其年龄查询年龄在2023岁之间的学生姓名、所在系，年龄 select Sname,Sage from Sduents where Sage 20;select Sname,Sdept,Sage from Students where Sage between 20 and 23;单表查询in，查询查询信息系、数学系和计算

10、机系学生的姓名和性别查询所有姓刘的学生的姓名、学号和性别 select Sname,Ssex from Students where Sdept in(IS,MA,CS);select Sname,Sno,Ssex from Students where Sname like 刘%；单表查询_ 条件查询姓欧阳且全名为三个汉字的学生姓名查询DB_Design课程号和学分?select Sname from Students where Sname like 欧阳_;select Cno,Ccredit from Course where Cname like DB_Design;单表查询_,is

11、条件 select Cno,Ccredit from Course where Cname like DB_Design escape;查询缺考学生的学号和课号 select Sno,Cno from SC where Grade is null;这里is 可否用代替？单表查询多条件查询查询计算机系年龄在20岁以下的学生的姓名查询信息系、数学系和计算机系学生的姓名和性别 select Sname from Students where Sdept=CS and Sage10;不相关子查询查询选修了课程名为信息系统的学生学号和姓名select Sno,Sname from Students wh

12、ere Sno in(select Sno from SC where Cno in(select Cno from Courses where Cname=信息系统);C/S结构C/S体系是随着人们对数据处理的要求应运而生的。目前，C/S体系是当今世界上最为流行的体系结构。B/S结构B/S结构促使Internet的飞速发展的原因之一就是它的简单性和方便性，人们只要通过一个通用的浏览器（如Microsoft公司的Internet Explorer，简称IE），就可以浏览网络任何共享资源。也就是人们常说的“瘦客户”，在客户机上没有必要在安装一些额外的客户端软件就可以工作。Internet网络上共

13、享的信息和软件全部存储在Internet服务器上，软件和信息的更新只要在Internet服务器上面进行更新之后，所有访问这台服务器的客户端都自动显示更新的内容。三层体系结构三层体系结构软件人员为了使自软件人员为了使自己开发的软件系统己开发的软件系统与不同的与不同的DBMS连连接，需要一种接口接，需要一种接口来使数据库开放，来使数据库开放，从而让开发人员编从而让开发人员编写不依赖于任何写不依赖于任何DBMS的应用程序，的应用程序，这种数据库接口通这种数据库接口通常被称为开放数据常被称为开放数据连接。连接。ODBC(OpenDatabaseConnectivity，开放数据库互连，开放数据库互连)

14、是微是微软公司开放服务结构软公司开放服务结构(WOSA，WindowsOpenServicesArchitecture)中有关数据库的一个中有关数据库的一个组成部分，组成部分，ODBC技术是技术是PC领域内最流行的数据库接口之一，领域内最流行的数据库接口之一，并且正在逐渐地扩展到其它平台。并且正在逐渐地扩展到其它平台。它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准API（应（应用程序编程接口）。这些用程序编程接口）。这些API利用利用SQL来完成其大部分任务。来完成其大部分任务。ODBC本身也提供了对本身也提供了对SQL语言的支持，用户可以直接

15、将语言的支持，用户可以直接将SQL语语句送给句送给ODBC。ODBC一个基于一个基于ODBC的应用程序对数据库的操作的应用程序对数据库的操作不依赖任何不依赖任何DBMS，不直接与，不直接与DBMS打交道，打交道，所有的数据库操作由对应的所有的数据库操作由对应的DBMS的的ODBC驱动程序完成。也就是说，不论是驱动程序完成。也就是说，不论是Oracle、Access还是还是SQL Server数据库，均可用数据库，均可用ODBCAPI进行访问。由此可见，进行访问。由此可见，ODBC的的最大优点是能以统一的方式处理所有的数据最大优点是能以统一的方式处理所有的数据库。库。ODBCODBC的分层次结构

16、ODBC主要部件ODBCAPIODBC驱动程序。是一些驱动程序。是一些DLL，提供，提供了了ODBC和数据库之间的接口和数据库之间的接口数据源。数据源包含了数据库位置和数据源。数据源包含了数据库位置和数据库类型等信息，实际上是一种数数据库类型等信息，实际上是一种数据连接的抽象。据连接的抽象。通用ODBC API应用结构 ODBCAPI是由一组函数调用组成的，其核心是由一组函数调用组成的，其核心是是SQL。ODBC函数的主要功能就是将函数的主要功能就是将SQL语句语句发送到目标数据库中，然后处理这些发送到目标数据库中，然后处理这些SQL语句返语句返回的结果。使用回的结果。使用ODBC的基本步骤：

17、的基本步骤：（1）为）为ODBC分配环境句柄；分配环境句柄；（2）分配一个连接句柄；）分配一个连接句柄；（3）连接到数据库；）连接到数据库；（4）用）用SQL命令分配一个语句句柄；命令分配一个语句句柄；（5）传送该命令；）传送该命令；（6）关闭连接；）关闭连接；（7）解除连接和环境句柄。）解除连接和环境句柄。典型的ODBC步骤1.分配环境和连接句柄SQLAllocEnv SQLAllocConnect2.数据库连接设置SQLSetConnectOption3.连接到数据库SQLConnect4.语句处理SQLAllocStmt 分配语句句柄SQLExecDirect 执行SQL语句5.处理结果

18、SQLBindColumn 绑定结果 SQLFetch 获取一个数据行6.释放即清除SQLFreeStmt SQLDisconnect SQLFreeConnect SQLFreeEnvODBC的配置安装数据库服务器控制面板管理工具ODBC数据源配置ODBC数据源现代数据库的研究领域 整体系统方面：面向对象数据库、时态数据库、实时数据库、主动数据库体系结构方面：内存数据库、分布式数据库、并行数据库、数据仓库应用方面：工程数据库、科学与统计数据库、超文档数据库、演绎数据库等分布式数据库技术分布式数据库自20世纪80年代以来一直是数据库与信息系统中的一个重要而热门领域，是数据库和网络技术相互渗透有

19、机结合的结果。克服了集中式数据库的许多缺点，适合于一般企业的分散型结构。一个分布式数据库由一系列的场地组成，通过某种通信网络连接在一起每个场地自身有一个完全的数据库系统所有场地都可以协同工作分布式数据库技术分布式数据库系统是数据库技术和网络技术两者相互渗透和有机结合的结果。概念：分布式数据库由一组数据组成，这些数据物理上分布在计算机网络的不同结点上，逻辑上属于同一个系统。特点：分布性、逻辑整体性分布式数据库技术所谓的“分布式数据库”实际上是一种虚拟的数据库，它的各个组成部分物理地存储在许多不同场地上的不同数据库中。为什么要实施分布式数据库企业自身经常就是分布式的，一个企业在逻辑上和地理上被分为

20、公司、部门、工作组等等。每个部门都会有自己的数据。这样，企业的整个信息资源就被分裂成信息孤岛。分布式数据库系统正是为把这些孤岛联系在一起的桥梁。使数据库的结构能够反映企业的结构。实时数据库技术现实世界中，有许多应用包含了对数据的“定时”存取和对“短暂有效”数据的存取。这些应用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行们要求在一定的时刻和一定的时间期限内从外部采集数据，按比促之间的联系存取已获得的数据和处理采集的数据，再及时作出响应。同时需要数据库技术和实时数据处理技术实时数据库技术实时数据库系统就是其事务和数据都可以具有定时特性或显式的定时限制的数据库系统。数据库研

21、究工作的动机在于利用数据库技术的特点或优点来解决实时系统中的数据管理问题；实时系统研究工作则为给实时数据库系统提供时间驱动调度和资源分配算法。当前主流的实时数据库产品nOSI PInHoneywell PHDnAspenTech Infoplus.21nWonderware InSQL衡量一个实时数据库产品的标准n性能和稳定性 n服务器端管理工具 n客户端工具 n数据收集接口 n与关系型数据库和管理软件的连接 n支持的数据类型 实时数据库体系结构实时数据库在工业控制中的应用n近年来，各种控制系统在电力、化工、钢铁、造纸、水泥、烟草等流程工业中得到了广泛的应用，在这些控制系统中蕴含着大量的生产实

22、时数据，这些数据是企业生产状况的实际体现，同时也是分析、优化运行和管理的基础。因此，如何消除企业内部的信息孤岛，建立全厂统一的生产实时数据平台，就成了流程企业今后生产信息化的关键。工业应用实时数据库的主要功能n功 能：n1提供企业级的生产实时数据平台n2优异的跨平台性n3良好的可管理性和维护性n4随时随地享用生产信息工业过程的分类工业过程大致可以分为：连续过程工业：主要包括石油化工、炼油、电力、冶金、化工、建材、制药、造纸等。连续流动着的物料，可测量，但不可点数，有误差离散过程工业：机械制造业、汽车装配等。单独的零部件组成最终产成品的方式。因为其产成品的最终形成是以零部件的拼装为主要工序，所以

23、装配自然就成了重点间歇过程工业：批量生产过程 工业过程控制的工业过程控制的“金字塔金字塔”流程工业的企业综合自动化综合自动化(CIPS，流程工业的CIMS)是流程企业提高核心竞争力的重要技术手段之一，是企业自动化技术的发展趋势。企业自动化的发展概况70年代以前，自动化孤岛模式的阶段，其控制目标只能是保证生产平稳和少出事故。7080年代分布式工业控制计算机系统(DCS)得到大力的发展，为实现先进控制创造了条件，多变量预测控制等先进控制方法的应用，使自动化达到了新的水平，在实现优质、高产、低消耗的控制目标方面前进了一大步。企业自动化的发展概况80年代后期，随着多学科间的相互渗透与交又，人工智能和智

24、能控制被引入实际的过程控制中。信号处理技术、数据库、通讯技术以及计算机网络的发展为实现高水平的自动控制提供了强有力的技术工具。工业自动化开始突破自动化孤岛的传统模式，采用计算机集成制造的思想和方法来组织、管理和指挥整个生产过程，出现了集控制、优化、调度、管理于一体的新模式。在连续工业中，也将这种模式称为综合自动化CIMS或CIPS(Computer integrated process system)。企业综合自动化的结构ERP企业资源计划系统企业资源计划系统MES制造执行系统制造执行系统企业信息化平台企业信息化平台生产过程控制生产过程控制生产过程控制生产过程控制企业综合自动化系统中的数据 在

25、企业综合自动化体系结构中，各层次之间关联的关键在于各类信息的有序流动，需要将正确的数据在正确的时间以正确的格式送到正确的地方。在流程工业自动化系统中中，各类信息一般分为两类，一类是与生产过程直接相联系的称之为实时信息。另一类是与各职能部门相联系的称之为管理信息。与这两类不同性质的数据相对应的数据库管理系统也分别由实时数据库和关系数据库两部分组成。实时数据库是综合自动化体系结构中的一个重要组成部分，它与关系数据库一起构成了系统的信息集成环境。实时数据库技术 实时数据本身具有许多区别于管理数据的性质，用户在使用实时数据时有区别于管理数据的方式，特别指出，实时数据库针对过程特点而设计，从结构和功能上

26、保证了从过程数据采集、传输、预处理到数据存储、访问、以及保证数据安全等各项任务的实现，从而有能力构成过程监控和先进控制的支撑平台。实时数据库系统的作用数据管理功能数据管理功能控制系统接口控制系统接口实时数据的管理实时数据的管理历史数据的压缩存储历史数据的压缩存储系统状态监视系统状态监视系统安全系统安全备份和转储备份和转储应用程序接口应用程序接口客户端应用客户端应用SQL Server数据库管理系统n工作环境：n企业管理器：建库、建表、权限管理、服务器管理、分离与附加、备份与还原、存储过程管理n查询分析器：SQL语句、存储过程SQL Server数据库管理系统n存储过程Stored Procedure 是一组为了完成特定功能的SQL 语句集，经编译后存储在数据库中。用户通过指定存储过程的名字并给出参数（如果该存储过程带有参数）来执行它。2.举例：带参数的存储过程nUse pubsngoncreate procedure test_01 name varchar(20)nasnselect*nFrom publishersnwhere pub_name=namenGon执行：nExec test_01 name=GGG&GSQL Server数据库管理系统n通过第三方语句来连接数据库系统SQL Server数据库应用n简单描述设计和开发一个工厂设备管理软件应考虑哪些方面？