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　　1  引言

　　韶冶生產(chǎn)過程是基于dcs集散型控制系統(tǒng)的。集散控制系統(tǒng)自帶的歷史數(shù)據(jù)庫過小，并且歷史數(shù)據(jù)大都不能按照原始數(shù)據(jù)精度保存。在實際生產(chǎn)中由于數(shù)據(jù)量非常大，刷新速度快，長期保存全部實時數(shù)據(jù)非常困難，這樣對生產(chǎn)過程指標的分析帶來了不利。由于使用了以計算機為主的集散型控制系統(tǒng)使裝置采集工藝信息和操作信息能力的大大提高，工藝管理和控制的水平大大提高，共享信息的能力大大提高。但信息化應用項目均采用單點開發(fā)方式，普遍缺乏信息化在企業(yè)應用中的整體共享觀念，形成了一個個“信息孤島”，造成企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)重復處理，甚至導致更新不同步、不一致。

　　企業(yè)的信息系統(tǒng)必須能夠支持企業(yè)在瞬息萬變的市場環(huán)境中迅速反應，而只注重企業(yè)各個部分之間的系統(tǒng)的建設，忽視各系統(tǒng)之間的協(xié)同和整合，不但不會促進企業(yè)反應能力的提高，反而會對企業(yè)反應能力提高形成阻礙。因此，以管理控制一體化為目標的全域信息化工程將成為企業(yè)發(fā)展趨勢。企業(yè)信息系統(tǒng)的集成是信息集成和資源共享，將過程實時數(shù)據(jù)納入管理系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)深層次挖掘和分析，從而實現(xiàn)企業(yè)級管理控制一體化。通過信息集成，在工廠控制層和管理決策層之間建立實時的數(shù)據(jù)連接，使底層的儀表控制系統(tǒng)和上層的經(jīng)營管理得以雙向交互、緊密配合。
 

　　2  dcs系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)采集

　　2.1 實時數(shù)據(jù)庫在企業(yè)信息化中的重要作用

　　在集散控制系統(tǒng)中實現(xiàn)通訊的三種方法：利用專用軟件實現(xiàn)通訊，利用標準的opc接口實現(xiàn)通訊，以及使用實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)。根據(jù)韶冶自動化應用水平以及考慮將來發(fā)展，決定使用實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)通訊。

　　實時數(shù)據(jù)庫適用于處理不斷更新的快速變化的數(shù)據(jù)及具有時間限制的事務處理。實時數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)和事務都有定時特性或定時限制的數(shù)據(jù)庫，它和關系數(shù)據(jù)庫一起構成了企業(yè)的數(shù)據(jù)支撐平臺，對企業(yè)生產(chǎn)信息集成起著極其重要的作用。它為韶冶企業(yè)信息化提供統(tǒng)一和完整的企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫服務平臺，使企業(yè)經(jīng)營管理決策層能夠?qū)ιa(chǎn)過程進行實時動態(tài)監(jiān)控與分析，隨時掌握運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理，從而降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，最終提高企業(yè)的市場競爭力。在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通過高效的壓縮技術和海量存儲技術，保存大量的生產(chǎn)過程歷史數(shù)據(jù)。可以利用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)對生產(chǎn)的工藝過程進行先進控制、優(yōu)化控制和在線分析，反映生產(chǎn)過程的規(guī)律，實時調(diào)整工藝參數(shù)，使過程處于優(yōu)化狀態(tài)。同時可以通過對影響產(chǎn)量和質(zhì)量的過程參數(shù)的監(jiān)控，達到提高產(chǎn)品產(chǎn)量的目的。還可以根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律對產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)和利潤進行在線分析，預測產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，從而達到提高經(jīng)濟效益的目標。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與現(xiàn)場控制設備直接相連接，使企業(yè)管理層實時地得到來自生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)，為管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應用提供了一個理想的平臺，實現(xiàn)管理控制一體化，使管理信息系統(tǒng)實時、高效地運行。

　　優(yōu)秀的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具備以下功能能：數(shù)據(jù)采集接口負責采集和上傳數(shù)據(jù)，支持多種通訊協(xié)議。它應具有以下性能指標：數(shù)據(jù)庫讀寫速度、數(shù)據(jù)寫入頻率、數(shù)據(jù)采集接口、提供與某些常用的工控組態(tài)軟件產(chǎn)品連接的驅(qū)動程序、提供開發(fā)接口api、存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能、接口程序的故障恢復功能。

　　2.2 phd實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分析

　　選擇一個優(yōu)秀且滿足自己企業(yè)特定需要的實時數(shù)據(jù)庫是成功的第一步。成熟的實時數(shù)據(jù)庫有四種：pi、industrial sql server、infoplus.21、phd。權衡優(yōu)缺點，經(jīng)調(diào)研，根據(jù)實際生產(chǎn)裝置的數(shù)量、企業(yè)應用需求、生產(chǎn)實時信息的開發(fā)、項目預算費用等具體情況，韶冶選擇美國honeywell公司的phd實時數(shù)據(jù)庫。

　　(1) 數(shù)據(jù)的采集。phd系統(tǒng)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集基礎結(jié)構和連接多種系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品化接口rdi(real time database interface)，使其像dcs一樣長期可靠地運行。這些接口不僅包括honeywell系統(tǒng)的接口(tdc3000、tps、experionpks、plantscape、scan3000)，還提供與幾乎所有主要的dcs連接的接口。在采集實時數(shù)據(jù)的同時，還能采集非連續(xù)的數(shù)據(jù)，如實驗室的分析數(shù)據(jù)，物料的移動數(shù)據(jù)，報價及操作改變等。外操數(shù)據(jù)和設備巡檢數(shù)據(jù)的集成一直是困擾調(diào)度和信息管理的問題，通過honeywell的無線接入系統(tǒng)interatrac與phd的一體化可以實現(xiàn)外操數(shù)據(jù)的輸入與數(shù)據(jù)展示的同步。

　　(2) 數(shù)據(jù)的分類管理。phd一體化應用平臺分別設置了實時數(shù)據(jù)庫、事件數(shù)據(jù)庫、事務性數(shù)據(jù)庫和應用數(shù)據(jù)庫分別存放不同類型的數(shù)據(jù)和支持各種應用。實時數(shù)據(jù)庫用于存放和管理過程的實時數(shù)據(jù)，例如測量值；事件數(shù)據(jù)庫用于存放過程報警，操作改變，過程改變等事件；事務性數(shù)據(jù)庫可以存放化驗室分析結(jié)果，物料移動記錄，設備和產(chǎn)品信息等事務性數(shù)據(jù)；應用數(shù)據(jù)庫用于存放基于數(shù)據(jù)庫上的應用運行結(jié)果，例如物料平衡，操作管理，績效管理和先進控制(apc)等。
　
　　(3) 數(shù)據(jù)的處理。phd作為一體化數(shù)據(jù)庫應用平臺不僅可以管理實時數(shù)據(jù)，還能實現(xiàn)對事件信息，事務性數(shù)據(jù)和應用數(shù)據(jù)的管理。在系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫 (oracle)的無縫連接，極大地方便了管理應用軟件的應用和開發(fā)。系統(tǒng)對每一個數(shù)據(jù)進行出錯檢查，剔除跳變的值，壞值，并給予可信度顯示，確保數(shù)據(jù)的可靠性。由于操作使用的工程量單位和生產(chǎn)管理用的工程量單位不同，系統(tǒng)可實現(xiàn)工程量單位的自動轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)的壓縮可以實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的長期存儲。系統(tǒng)的虛擬位號功能提供對原始數(shù)據(jù)進行加工和處理的手段，處理結(jié)果以位號形式顯示，極大地方便了使用。phd可以認為是一種支持面向傳輸?shù)男畔⑾到y(tǒng)，它能獲取dcs中的實時數(shù)據(jù)，按照事先預定義的時間間隔連續(xù)的存儲，并且給每個數(shù)據(jù)一個0到100間的可信度值。每個采集點在phd系統(tǒng)中以標簽的方式存在，在實時數(shù)據(jù)庫中存放了標簽名、在dcs系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類型、在實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)類型、采樣間隔、數(shù)據(jù)報警值、數(shù)據(jù)量程、數(shù)據(jù)單位、采集時間、數(shù)據(jù)值和數(shù)據(jù)可信度等信息，存放在不同的表中。phd系統(tǒng)對每個從dcs中采集的值進行相應的處理。

　　(4) 非浮點數(shù)數(shù)據(jù)的壓縮。對布爾型、字符型等非浮點數(shù)數(shù)據(jù)有很高的數(shù)據(jù)壓縮比，尤其在數(shù)值變化頻率較小時壓縮比就更高。

　　(5) 浮點數(shù)數(shù)據(jù)壓縮技術，斜坡約束數(shù)據(jù)壓縮法。phd中存儲的數(shù)據(jù)大部分是浮點數(shù)數(shù)據(jù)，因此該壓縮技術就越發(fā)重要了。該壓縮法的原理是對采集到的數(shù)據(jù)進行檢查，判斷其中的數(shù)據(jù)值是否能使用其它數(shù)據(jù)的值計算獲得，并且插入的計算值要在規(guī)定的精度范圍內(nèi)，如果在規(guī)定的范圍內(nèi)，phd就不再保留原始數(shù)據(jù)，用計算值代替。

　　(6) phd數(shù)據(jù)歸檔。實時數(shù)據(jù)的歸檔對分析和發(fā)現(xiàn)存在的問題尤為重要，對不同的數(shù)據(jù)采用不同的歸檔方法，一般可以分為內(nèi)存歸檔和磁盤歸檔。實時數(shù)據(jù)按不同的策略存放在內(nèi)存和磁盤區(qū)域，當本地或遠程的應用程序通過phd的api存取數(shù)據(jù)時，phd系統(tǒng)會自動確定需要的數(shù)據(jù)在何處，并且先到內(nèi)存取，再到磁盤中取。
 

　　3  phd實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計

　　3.1 phd接口設計

　　韶冶phd應用系統(tǒng)中的接口主要用了三種，它們各自用途如下所述：

　　(1) 實時數(shù)據(jù)接口(rdi)：從集散控制系統(tǒng)(dcs)中收集數(shù)據(jù)，并且可寫入數(shù)據(jù)到這些系統(tǒng)中。(rdi支持雙向數(shù)據(jù)傳輸，但前提是dcs系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)寫入)

　　(2) opc rdi：使用opc rdi接口從支持opc的第三方dcs等實時系統(tǒng)中收集數(shù)據(jù)。opc是ole for process control的縮寫，即把ole應用于工業(yè)控制領域。opc建立ole規(guī)范之上，它為工業(yè)控制領域提供了一種標準的數(shù)據(jù)訪問機制。

　　(3) 其它系統(tǒng)接口：對于不支持opc標準的非honeywell系統(tǒng)。

　　3.2 phd安全設計

　　phd的安全保密有兩種體系。一種是基于位號的安全保密體系，它又可分為四級：即public，private，public與private的混合等角色。另一種是基于操作系統(tǒng)的安全保密體系，它也可以分為四級：即數(shù)據(jù)編輯，phd管理，數(shù)據(jù)寫入，安全保密系統(tǒng)管理。

　　3.3 phd開放性設計

　　phd為用戶提供了四種途徑與外界進行通信，分別是phd api函數(shù)庫、phd opc server、odbc和sql讀取和phd automation ole server。
 

　　4 網(wǎng)上生產(chǎn)實時系統(tǒng)

　　4.1 安裝服務器

　　企管部信息中心機房配置一臺phd shadow實時數(shù)據(jù)庫服務器，該服務器通過局域網(wǎng)與生產(chǎn)單位儀表室的各集散控制服務器通訊。安裝軟件windows 2003 server、microsoft office、honewyell phd(oracle server 9i、phd server r2002、phd desktop)。

　　4.2 采集點的組態(tài)

　　在這主要介紹過程數(shù)據(jù)點的組態(tài)，首先將數(shù)據(jù)點的dcs屬性整理成標簽格式，包括：dcs原位號、phd標識、采集參數(shù)、數(shù)據(jù)類型、量程上下限、工程單位、數(shù)據(jù)描述。將標簽數(shù)據(jù)單個或成批裝載到phd。其中包括如下操作：tag source configurat -ion、tag load source configuration、tag load interface configuration、tag loader。

　　4.3 實時數(shù)據(jù)接口設計

　　實時數(shù)據(jù)接入的成功與否關系到整個過程數(shù)據(jù)信息集成的成敗，因此phd實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)接入是過程數(shù)據(jù)信息集成的一個關鍵。在實時控制系統(tǒng)工作站配置 gateway rdi以及在buffer phd上配置rdi。圖1顯示在phd上配置rdi名稱“ygf”。
 

圖1 實時數(shù)據(jù)接口設計舉例

　　4.4 網(wǎng)絡設計

　　韶冶于2007年01月開始構建并開發(fā)管控一體化系統(tǒng)。企管部信息中心機房配置一臺phd shadow實時數(shù)據(jù)庫服務器，一臺sql數(shù)據(jù)庫服務器和一臺辦公自動化系統(tǒng)服務器。phd shadow實時數(shù)據(jù)庫服務器負責集成所有裝置控制系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，sql服務器負責集成所有非過程控制的管理數(shù)據(jù)，辦公系統(tǒng)服務器負責管理監(jiān)控全廠日常辦公、信息咨詢、生產(chǎn)經(jīng)營、勞動人事等信息更新與傳送。基于phd使用c++、asp.net、photoshop開發(fā)網(wǎng)上生產(chǎn)實時系統(tǒng)，實現(xiàn)phd采集系統(tǒng)與韶冶辦公自動化系統(tǒng)的通訊。使用c++編制接口程序?qū)hd歸檔文件的實時數(shù)據(jù)存儲在microsoft sql數(shù)據(jù)庫中，使用photoshop制作流程圖，用asp.net開發(fā)程序集成到辦公系統(tǒng)(oa)將sql存儲的實時數(shù)據(jù)以工業(yè)流程圖、報表等形式顯示。目前已開發(fā)完成并正常投入使用的有：一系鼓風爐dcs、熱電站pks、二系煤氣pks。圖2流程圖顯示一系統(tǒng)鼓風爐2008年06月17日13:07現(xiàn)場參數(shù)。
 

圖2  管控一體化鼓風爐案例

　　5  結(jié)束語

　　韶冶使用honewyell phd實現(xiàn)管控一體化產(chǎn)生了如下效益：解決了dcs歷史數(shù)據(jù)庫過小引起的問題,保存數(shù)據(jù)的頻率最快可以達到ms級，數(shù)據(jù)精度可以達到原始數(shù)據(jù)精度要求，保存時間沒有限制，保證了實時數(shù)據(jù)的安全。將管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的信息有機地結(jié)合起來，形成了真正意義上的全廠實時生產(chǎn)信息系統(tǒng)，規(guī)范化、透明化管理，數(shù)據(jù)真實、共享，建立良好的系統(tǒng)監(jiān)控機制。規(guī)范信息系統(tǒng)體系結(jié)構，為今后信息化建設提供良好的環(huán)境。

　　后期開發(fā)展望：phd的二次開發(fā)功能需要進一步完善，先進控制的功能需要繼續(xù)加強，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r調(diào)整工藝參數(shù)，使生產(chǎn)過程處于優(yōu)化狀態(tài)；對企業(yè)的流程監(jiān)控、關鍵性能指標變化趨勢分析、工藝指標監(jiān)控、能耗單耗效益分析、產(chǎn)品質(zhì)量分析等方面有待進一步開發(fā)。