SQL關系數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫的區(qū)別

結構化查詢語言（SQL）可以幫助SCADA軟件用戶提高連接性以及發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能力。

將結構化查詢語言（SQL）用于自動化并不是什么新鮮事。不同系統(tǒng)的后臺使用SQL數(shù)據(jù)庫已經(jīng)有幾十年了，但即使在今天，仍有一些人對將SQL與監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）等工業(yè)自動化軟件集成在一起猶豫不決。隨著越來越多的SCADA軟件用戶感受到在當今這個以數(shù)據(jù)為驅動力的互聯(lián)世界中與時俱進的壓力，SQL受到了更多的關注。

數(shù)據(jù)庫通常是任何控制系統(tǒng)中最重要的組件之一。經(jīng)過多年的發(fā)展，有一點越來越清楚，使用與開放數(shù)據(jù)庫（如SQL）集成的控制系統(tǒng)比使用專有數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)更具優(yōu)勢，這就是為什么SQL和工業(yè)應用平臺的結合如此有價值的原因。

01SQL編程語言

根據(jù)美國國家標準學會（ANSI）的定義，SQL是在關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）中管理數(shù)據(jù)的標準編程語言，也是關系數(shù)據(jù)庫中使用最廣泛的語言之一。它最初是在20世紀70年代為IBM開發(fā)的，近50年來一直用于在SQL數(shù)據(jù)庫中存儲和管理數(shù)據(jù)。

它的主要功能是使用SQL語句，“查詢”或快速高效地詢問從少量到大量數(shù)據(jù)的問題，用戶可以在數(shù)據(jù)庫中存儲、更新、檢索、搜索或刪除特定數(shù)據(jù)。

軟件工程師使用SQL語言的各種組件（如標識符、變量和搜索條件）構建SQL查詢，以形成正確的語句。他們還可以將SQL查詢保存為“存儲程序”以便日后使用，這樣用戶就不必重寫經(jīng)常使用的查詢。這就是SQL如此高效的一部分原因，即使是專有數(shù)據(jù)庫也經(jīng)常使用同樣的基本結構。

02SQL關系數(shù)據(jù)庫

雖然所有數(shù)據(jù)庫都存儲數(shù)據(jù)以供將來或持續(xù)使用，但數(shù)據(jù)庫的類型很多，且因結構而異。使用最廣泛的數(shù)據(jù)庫類型被稱為關系數(shù)據(jù)庫。在關系數(shù)據(jù)庫中，每個數(shù)據(jù)點都與其周圍的數(shù)據(jù)相關，其功能是組織和檢索關系數(shù)據(jù)。

“SQL數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)存儲和訪問檢索最重要的技術之一?！?Inductive Automation首席技術架構師Kevin McClusky說。

用戶可以認為SQL數(shù)據(jù)庫有兩個主要功能：由SQL執(zhí)行的訪問檢索；以及使用數(shù)據(jù)庫引擎執(zhí)行的存儲。SQL數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)組織成文件和特定存儲區(qū)域，或者保存在物理硬盤，或者保存在基于云的SQL數(shù)據(jù)庫的在線服務器上。

SQL數(shù)據(jù)庫的結構類似于具有行、列和單元格的Excel表，這使得組織和檢索任何數(shù)量的數(shù)據(jù)都很容易。這種結構對于實時和時間序列（或歷史）數(shù)據(jù)特別有用。它有助于將與其它數(shù)據(jù)相關的數(shù)據(jù)，按照通用特性組織到表中，以顯示事件或數(shù)據(jù)集的視圖。

SQL數(shù)據(jù)庫最強大的功能之一，是它能夠“查詢”或詢問數(shù)據(jù)并與之建立關系。SQL查詢允許用戶執(zhí)行分析、回答復雜問題、操作和聚合數(shù)據(jù)，而無需許多步驟，因此可以從多個表中檢索數(shù)據(jù)，將記錄與常見字段類型關聯(lián)，利用數(shù)據(jù)中的關系，精確控制數(shù)據(jù)的去向或排除數(shù)據(jù)。

例如，一家公司可能有和員工相關的兩個不同表格，一個表格用于員工的個人數(shù)據(jù)，如姓名、地址和出生日期，另一個表格則包含每個員工工資的詳細信息。雖然雇員表和工資表分別存在于數(shù)據(jù)庫中，但它們的數(shù)據(jù)可以相互關聯(lián)，并可能一起檢索。

這種關聯(lián)是通過表格中唯一的標識符（通常被稱為主鍵）來實現(xiàn)的，該標識符可以在另一表格中引用。例如，員工唯一的ID號可以是員工表中的主鍵，而該ID可以用作工資表中的外部標識符（通常被稱為外鍵）。這使得員工表中員工的數(shù)據(jù)，可以通過其唯一員工ID，與工資表中的工資數(shù)據(jù)相關聯(lián)。創(chuàng)建這種關聯(lián)或關系的能力，是這類數(shù)據(jù)庫被稱為關系數(shù)據(jù)庫的原因。

通過在表之間創(chuàng)建這些關系，可以編寫查詢來聚合多個表的匯總結果，例如按部門列出員工工資。如果SQL數(shù)據(jù)庫連接到車間，用戶可以實時找到一個房間或多個房間的平均溫度、溫度控制機器何時或是否停機或工作了多長時間、多個停機事件數(shù)據(jù)集之間的標準偏差等等。

SQL查詢可以是簡單的：只需要一兩行代碼來查詢一個表；也可以是極其復雜的：需要數(shù)百行代碼來查詢多個表。不過，一般來說，查詢越短、越簡潔越好。McClusky說：“這些查詢的復雜程度取決于你的實際需要。”SQL查詢的范圍和靈活性，是關系型SQL數(shù)據(jù)庫成為數(shù)據(jù)檢索、存儲和管理的強大而通用工具的部分原因。

03SQL的四個主要優(yōu)勢

每年的技術趨勢此起彼伏。然而，在出現(xiàn)近50年后，SQL仍然很強大。以下是SQL表現(xiàn)持續(xù)優(yōu)秀的四個主要原因：簡單易用、可擴展性、可訪問性及其多種選擇。

1.簡單易用

SQL是經(jīng)過高度開發(fā)的，而且非常容易學習。學習SQL有很多免費資源，有很多人使用SQL，因此找到熟悉SQL的IT人員或工程師通常不是問題。此外，用戶只需要了解一些基本操作即可檢索、更新、刪除或聚合數(shù)據(jù)。

2.可擴展性

與許多專有數(shù)據(jù)庫不同，SQL數(shù)據(jù)庫費用并不高，可以處理大量數(shù)據(jù)，這使其易于擴展到任何業(yè)務。一些最流行的SQL數(shù)據(jù)庫甚至可以免費使用，比如MySQL和Postgres。

3.可訪問性

像SQL數(shù)據(jù)庫這樣的開放標準技術，對每個人都是可用的，而且很容易訪問，這和專有技術不同，專有技術通常需要高昂的付費，而且通常很難從中提取或遷移數(shù)據(jù)。用戶還可以將SQL數(shù)據(jù)庫與許多其它技術集成在一起，不必拘泥于單一的供應商，也不必使用受限的定制數(shù)據(jù)庫。

4.多種選擇

“我認為它仍然如此強大的另一個原因，是有很多不同的選擇。SQL是一種標準的查詢語言，有多個不同的數(shù)據(jù)庫供應商，您不必被迫使用某一種類型的SQL數(shù)據(jù)庫，可以有很多選擇。”McClusky說。

在21世紀初，將SQL數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫相結合并不常見，這導致了在處理超大量數(shù)據(jù)時出現(xiàn)問題。為了幫助解決這個可擴展性問題，同時繼續(xù)使用SQL數(shù)據(jù)庫的一些基本結構，軟件工程師在1998年開發(fā)了NoSQL，然后在2011年開發(fā)了NewSQL。

不過，當初NoSQL和NewSQL著手解決的可擴展性問題，現(xiàn)在已經(jīng)比較少見，因為存儲空間更便宜，而且您可以將SQL數(shù)據(jù)庫與歷史記錄結合起來創(chuàng)建高性能數(shù)據(jù)庫。近年來，NoSQL越來越受歡迎。MongoDB和亞馬遜網(wǎng)絡服務的DynamoDB是目前最受歡迎的兩個NoSQL數(shù)據(jù)庫。

04收集和存儲時間序列數(shù)據(jù)

SQL數(shù)據(jù)庫的另一個主要好處是，它們可以幫助用戶從企業(yè)的時間序列數(shù)據(jù)中獲得更多價值。時間序列數(shù)據(jù)是以連續(xù)的時間間隔加上時間戳的數(shù)據(jù)序列。這些數(shù)據(jù)通常存儲在數(shù)據(jù)庫中，檢索后以表格或圖表的形式顯示任何類型的和時間進度相關的數(shù)據(jù)，如溫度、重量、體積等。

一些人認為，時間序列數(shù)據(jù)只對確定特定時間點的單個數(shù)據(jù)點的狀態(tài)、跟蹤特定趨勢有用，在其它方面則用處不大。然而，時間序列數(shù)據(jù)實際上是從連接到SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控機器和過程中獲得的最有價值的數(shù)據(jù)。時間序列數(shù)據(jù)可能有助于挽回因停機而造成的數(shù)百萬美元損失，為提高能源效率制定更詳細的計劃等等。

然而，許多企業(yè)要么沒有收集數(shù)據(jù)的手段，要么沒有存儲和檢索數(shù)據(jù)的應用，因此它們并不收集時間序列數(shù)據(jù)。存儲時間序列數(shù)據(jù)基本上有三種選擇：可編程邏輯控制器（PLC）、專有過程歷史數(shù)據(jù)庫、或者SQL數(shù)據(jù)庫。

將數(shù)據(jù)存儲在PLC中不是一個好的解決方案。PLC存儲的數(shù)據(jù)越多，其效率就越低，不可避免地會降低整體運行速度。如果沒有連接到數(shù)據(jù)庫，在PLC中檢索所存儲的數(shù)據(jù)也很困難。

過程歷史數(shù)據(jù)庫比PLC更好，但它們可能非常貴。它們也不像SQL數(shù)據(jù)庫那樣通用，并且不允許用戶輕松升級數(shù)據(jù)庫。

McClusky說：“你可能會找到一個很好的解決方案，但這個解決方案只能來自特定供應商的生態(tài)系統(tǒng)中，而對于未來的升級不會有任何好處。”

對于存儲時間序列數(shù)據(jù)來說，SQL數(shù)據(jù)庫通常是最佳選擇。他們能夠為SCADA系統(tǒng)處理大量的時間序列數(shù)據(jù)，將時間序列數(shù)據(jù)轉換為整個組織都能讀取的簡單格式，從而豐富了時間序列數(shù)據(jù)。

許多大型企業(yè)系統(tǒng)已經(jīng)使用SQL數(shù)據(jù)庫很多年了。這些數(shù)據(jù)庫有時是IT數(shù)據(jù)庫，其中包含來自公司其它部門的信息；有時這些數(shù)據(jù)庫與企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）軟件有關?？蛻絷P系管理（CRM）和MES軟件也有使用SQL數(shù)據(jù)庫的悠久歷史。將SCADA系統(tǒng)或應用程序連接到SQL數(shù)據(jù)庫，用戶可以快速有效地共享這些信息，并使其它系統(tǒng)更容易訪問這些數(shù)據(jù)。

一旦進入SQL數(shù)據(jù)庫，時間序列數(shù)據(jù)就可以描述生產(chǎn)的方方面面，或者揭示看不見的趨勢，為企業(yè)節(jié)省一大筆財富。通過疊加這些信息，用戶可以實時查看每個系統(tǒng)如何影響另一個系統(tǒng)，并找到提高效率和盈利能力的新方法。

例如，假設一家鈑金制造商注意到，盡管兩條生產(chǎn)線都運行良好，但其中一條生產(chǎn)線材料的消耗速度比另一條快。在檢查了與每條生產(chǎn)線的材料庫存相連的SQL數(shù)據(jù)庫后，發(fā)現(xiàn)它們接收到的原材料數(shù)量相同。然后，用戶檢查連接到SCADA系統(tǒng)的SQL數(shù)據(jù)庫，從機器的PLC和傳感器收集時間序列數(shù)據(jù)。

在比較了這兩條生產(chǎn)線后，用戶發(fā)現(xiàn)其中一條生產(chǎn)線生產(chǎn)的金屬板比另一條厚幾微米。這可能是機器測量出了問題，可能是機器磨損需要更換，也可能是設置不正確。即使額外的幾微米在可接受的范圍內(nèi)，解決這個問題也將為以后節(jié)省大量庫存和資金——這一切都是因為將時間序列數(shù)據(jù)存儲在易于訪問的SQL數(shù)據(jù)庫中。

05連接OT和IT

在這一點上，SQL聽起來可能像是夢想成真，但并不是自動化行業(yè)的每個人都最初都使用SQL數(shù)據(jù)庫。OT專業(yè)人員，尤其是SCADA用戶，對使用SQL處理時間序列數(shù)據(jù)持懷疑態(tài)度，而更喜歡專門為該任務設計的專有數(shù)據(jù)庫。然而，IT專業(yè)人員通常將擁有專有代碼和代碼翻譯器的專有數(shù)據(jù)庫，視為獲取有價值數(shù)據(jù)以及與業(yè)務其它部門有效溝通的另一個障礙。

讓問題對立雙方的專家意見統(tǒng)一，從來都不是一件容易的事，但幸運的是，Ignition和SQL等工具可以讓OT與IT分歧的雙方再次合作。將SCADA系統(tǒng)連接到SQL數(shù)據(jù)庫，是IT和OT部門之間實現(xiàn)相互理解的一大步。

“SCADA系統(tǒng)獲取這些數(shù)據(jù)。它需要把這些數(shù)據(jù)存儲在某個地方，如果把它放在SQL數(shù)據(jù)庫中，你就擁有了SQL數(shù)據(jù)庫的所有優(yōu)勢?！?McClusky說。

集成了這些技術就不必擔心連接到可能導致問題并阻礙系統(tǒng)其它部分的專有數(shù)據(jù)庫。此外，大多數(shù)IT員工都熟悉SQL，因此對于那些使用SQL數(shù)據(jù)庫和工業(yè)自動化平臺對SCADA系統(tǒng)進行現(xiàn)代化改造的員工來說，通常不需要對員工進行培訓就可以使用。

盡管有些人仍然不愿意將SQL與SCADA集成，但SQL和其它開放標準技術正變得越來越受歡迎。McClusky說：“對于那些擁有陳舊的制造業(yè)設置，想要實現(xiàn)基礎設施的現(xiàn)代化、正在轉向Ignition的人來說，SQL的使用絕對在增加，而且應該在增加?！?/p>

這是因為SQL數(shù)據(jù)庫與任何使用這些開放標準的新技術或應用都是兼容的。SQL數(shù)據(jù)庫和SCADA的集成帶來了很多優(yōu)勢，因為技術變化非?？?，而SQL由于其互操作性可以跟上需求的發(fā)展。

關鍵概念：

SQL 可以幫助 SCADA 用戶更好地管理數(shù)據(jù)。

SQL 數(shù)據(jù)庫比其它數(shù)據(jù)庫更簡單易用，可以讓用戶在管理和處理數(shù)據(jù)方面擁有更多的自由度。

思考一下：

您如何從時間序列數(shù)據(jù)中獲得更多價值？

審核編輯：湯梓紅