Описание языка запросов к реляционным СУБД - SQL

SQL - Structured Query Language (реляционный структурированный язык запросов). Это международный стандарт, первая версия которого была утверждена в 1989 г. В настоящее время он поддерживается подавляющим большинством СУБД, которые имеют для этого компилятор запросов языка SQL. В целом, язык SQL является универсальным средством общения пользователей и их прикладных программ с СУБД.

Язык SQL строится как логическое условие выборки определенных данных из одной или ряда таблиц (файлов) СУБД; он базируется на широком использовании различных предикатов и кванторов.

Язык SQL обеспечивает авторизацию доступа к СУБД: каждый пользователь имеет свои, доступные ему объекты базы данных и он, в частности, может с помощью SQL передать свои права на эти объекты другому пользователю.

Язык SQL включает средства динамической компиляции запросов. Допускается динамическая параметризация статически откомпилированных запросов, т. е. возможно построение эффективных диалоговых систем с типовыми наборами параметризуемых запросов.

Описание обмена программ с СУБД на базе драйвера ODBC

ODBC - Open DataBase Connectivity (открытое взаимодействие баз данных). Стандарт Microsoft - ODBC позволяет взаимодействовать приложениям (программам), работающим в среде Windows, посредством операторов языка SQL с различными СУБД, функционирующими под различными операционными системами. Фактически, ODBC это интерфейс, обеспечивающий взаимную совместимость серверных и клиентских компонентов доступа пользователя к данным.

Для реализации унифицированного доступа к различным СУБД введено понятие драйвера ODBC. Драйвер ODBC состоит из клиентской и серверной частей. Клиентская часть состоит из менеджера драйверов и ODBC-драйверов. Менеджер драйверов, получив запрос на функции ODBC по выполнению SQL-инструкций, загружает соответствующий определенной СУБД ODBC-драйвер. ODBC-драйвер обрабатывает функции ODBC, передает операторы SQL в СУБД и возвращает результат отправителю запроса (пользователю или прикладной программе). Серверная часть, находящаяся на стороне СУБД, - источник данных, в ней находятся детали сетевого интерфейса, расположение и имя СУБД и другие необходимые для общения с клиентской частью элементы.

РАЗДЕЛ 2. СИСТЕМЫ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И СБОРА ДАННЫХ (SCADA-СИСТЕМЫ)

SCADA-системы. Основные понятия, история возникновения SCADA-систем.

Современная АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере эволюции технических средств и программного обеспечения.

Как известно, в ходе истории меняется характер объектов и методов управления, средств автоматизации и других компонентов, составляющих содержание современной системы управления. Непрерывную во времени картину развития АСУТП можно разделить на три этапа, обусловленные появлением качественно новых научных идей и технических средств.

Первый этап отражает внедрение систем автоматического регулирования (САР). Объектами управления на этом этапе являются отдельные параметры, установки, агрегаты. Решение задач стабилизации, программного управления, слежения переходит от человека к САР. У человека появляются функции расчета и задания параметров настройки регуляторов.

Второй этап - автоматизация технологических процессов. Объектом управления становится рассредоточенная в пространстве система; с помощью систем автоматического управления (САУ) реализуются все более сложные законы управления, решаются задачи оптимального и адаптивного управления, проводится идентификация объекта и состояний системы. Характерной особенностью этого этапа является внедрение систем телемеханики в управление технологическими процессами. Человек все больше отдаляется от объекта управления, между объектом и диспетчером выстраивается целый ряд измерительных систем, исполнительных механизмов, средств телемеханики, мнемосхем и других средств отображения информации.

Третий этап - автоматизированные системы управления технологическими процессами – характеризуется внедрением в управление технологическими процессами вычислительной техники. Вначале - применение микропроцессоров, использование на отдельных фазах управления вычислительных систем; затем активное развитие человеко-машинных систем управления, инженерной психологии, методов и моделей исследования операций и, наконец, диспетчерское управление на основе использования автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов.

В современной АСУТП диспетчер получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии, с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов. Основной работой диспетчера является работа с поступающей информацией, а значит, необходимы развитые средства сбора, передачи, обработки и отображения информации.

От диспетчера уже требуется не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления им, но и опыт работы в информационных системах, умение принимать решение в диалоге с ЭВМ в условиях нештатных и аварийных ситуаций, а также многое другое. Диспетчер становится главным действующим лицом в управлении технологическим процессом.

По мере развития современных средств автоматизации наблюдается следующая тенденция. Если в 60-х годах 20-го века ошибка человека была причиной аварии лишь в 20% случаев, то в начале 90-х доля человеческого фактора в авариях стала составлять 80% (см. рис. 14).

Основной причиной возникновения такой тенденции является тот факт, что в 60-е – 80-е годы упор делался на увеличение надежности управляющей аппаратуры и технологического оборудования, а обеспечение удобства работы человека-оператора ставилось на второе место. Таким образом, человек-оператор оказался «беззащитен» перед поступающим объемом информации, он часто не успевает рационально отреагировать на поступающие сигналы. В связи с этим в 90-х годах 20-го века стала развиваться новая концепция управления – концепция SCADA.

Рис. 14. Относительный вклад причин аварий в сложных автоматизированных системах

Концепция SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

Основные особенности концепции SCADA:

- дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI);

- полнота и наглядность представляемой информации;

- доступность элементов управления;

Любая SCADA-система включает в себя три следующих основных структурных компонента (см. рис. 15).

Remote Terminal Unit (RTU)- удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. Спектр его воплощений широк: от примитивных датчиков, осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени. Конкретная реализация RTU определяется областью его применения и решаемой задачей. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом.

Рис. 15. Структура типичной SCADA – системы.

Master Terminal Unit (MTU), Master Station (MS)- диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого (квази-) реального времени; одна из его основных функций - обеспечение интерфейса между человеком-оператором и объектом управления. В зависимости от конкретной системы, MTU может быть реализован в самом разнообразном виде - от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи, до больших вычислительных систем (мэйнфреймов) и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов. Как правило, при построении MTU используются различные методы повышения надежности и безопасности работы системы.

Communication System (CS)- коммуникационная система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU.

Применение SCADA позволяет:

- свести критические ошибки оператора к минимуму;

- сократить сроки и затраты на разработку проектов автоматизации производства.

В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами и процессами. Область применения SCADA охватывает сложные объекты электро- и водоснабжения, химические, нефтехимические и нефтеперерабатывающие производства, железнодорожный транспорт, транспорт нефти и газа и др.

В России диспетчерское управление технологическими процессами опиралось, главным образом, на опыт оперативно-диспетчерского персонала. Поэтому переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться несколько позднее. Трудности освоения в России новой информационной технологии, какой являются SCADA-системы, обусловлены как отсутствием эксплуатационного опыта, так и недостатком информации о различных SCADA-системах.

Подготовка специалистов по разработке и эксплуатации систем управления на базе программного обеспечения SCADA осуществляется на специализированных курсах различных фирм, курсах повышения квалификации. В настоящее время в учебные планы ряда технических университетов начали вводиться дисциплины, связанные с изучением SCADA-систем. Однако специальная литература по SCADA-системам отсутствует; имеются лишь отдельные статьи и рекламные проспекты.