1  引言

　　韶冶生產(chǎn)過(guò)程是基于dcs集散型控制系統的。集散控制系統自帶的歷史數據庫過(guò)小，并且歷史數據大都不能按照原始數據精度保存。在實(shí)際生產(chǎn)中由于數據量非常大，刷新速度快，長(cháng)期保存全部實(shí)時(shí)數據非常困難，這樣對生產(chǎn)過(guò)程指標的分析帶來(lái)了不利。由于使用了以計算機為主的集散型控制系統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(diǎn)開(kāi)發(fā)方式，普遍缺乏信息化在企業(yè)應用中的整體共享觀(guān)念，形成了一個(gè)個(gè)“信息孤島”，造成企業(yè)經(jīng)常出現信息和數據重復處理，甚至導致更新不同步、不一致。

　　企業(yè)的信息系統必須能夠支持企業(yè)在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)環(huán)境中迅速反應，而只注重企業(yè)各個(gè)部分之間的系統的建設，忽視各系統之間的協(xié)同和整合，不但不會(huì )促進(jìn)企業(yè)反應能力的提高，反而會(huì )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)信息系統的集成是信息集成和資源共享，將過(guò)程實(shí)時(shí)數據納入管理系統中實(shí)現數據深層次挖掘和分析，從而實(shí)現企業(yè)級管理控制一體化。通過(guò)信息集成，在工廠(chǎng)控制層和管理決策層之間建立實(shí)時(shí)的數據連接，使底層的儀表控制系統和上層的經(jīng)營(yíng)管理得以雙向交互、緊密配合。
 

　　2  dcs系統過(guò)程數據采集

　　2.1 實(shí)時(shí)數據庫在企業(yè)信息化中的重要作用

　　在集散控制系統中實(shí)現通訊的三種方法：利用專(zhuān)用軟件實(shí)現通訊，利用標準的opc接口實(shí)現通訊，以及使用實(shí)時(shí)數據庫系統實(shí)現。根據韶冶自動(dòng)化應用水平以及考慮將來(lái)發(fā)展，決定使用實(shí)時(shí)數據庫系統實(shí)現通訊。

　　實(shí)時(shí)數據庫適用于處理不斷更新的快速變化的數據及具有時(shí)間限制的事務(wù)處理。實(shí)時(shí)數據庫是數據和事務(wù)都有定時(shí)特性或定時(shí)限制的數據庫，它和關(guān)系數據庫一起構成了企業(yè)的數據支撐平臺，對企業(yè)生產(chǎn)信息集成起著(zhù)極其重要的作用。它為韶冶企業(yè)信息化提供統一和完整的企業(yè)級實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)平臺，使企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理決策層能夠對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監控與分析，隨時(shí)掌握運行狀況，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題并進(jìn)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(chǎng)競爭力。在實(shí)時(shí)數據庫系統中，通過(guò)高效的壓縮技術(shù)和海量存儲技術(shù)，保存大量的生產(chǎn)過(guò)程歷史數據?？梢岳脤?shí)時(shí)數據和歷史數據對生產(chǎn)的工藝過(guò)程進(jìn)行先進(jìn)控制、優(yōu)化控制和在線(xiàn)分析，反映生產(chǎn)過(guò)程的規律，實(shí)時(shí)調整工藝參數，使過(guò)程處于優(yōu)化狀態(tài)。同時(shí)可以通過(guò)對影響產(chǎn)量和質(zhì)量的過(guò)程參數的監控，達到提高產(chǎn)品產(chǎn)量的目的。還可以根據統計規律對產(chǎn)品的質(zhì)量數據和利潤進(jìn)行在線(xiàn)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(shí)時(shí)數據庫系統與現場(chǎng)控制設備直接相連接，使企業(yè)管理層實(shí)時(shí)地得到來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)數據，為管理信息系統的開(kāi)發(fā)與應用提供了一個(gè)理想的平臺，實(shí)現管理控制一體化，使管理信息系統實(shí)時(shí)、高效地運行。

　　優(yōu)秀的實(shí)時(shí)數據庫系統具備以下功能能：數據采集接口負責采集和上傳數據，支持多種通訊協(xié)議。它應具有以下性能指標：數據庫讀寫(xiě)速度、數據寫(xiě)入頻率、數據采集接口、提供與某些常用的工控組態(tài)軟件產(chǎn)品連接的驅動(dòng)程序、提供開(kāi)發(fā)接口api、存儲轉發(fā)功能、接口程序的故障恢復功能。

　　2.2 phd實(shí)時(shí)數據庫系統分析

　　選擇一個(gè)優(yōu)秀且滿(mǎn)足自己企業(yè)特定需要的實(shí)時(shí)數據庫是成功的第一步。成熟的實(shí)時(shí)數據庫有四種：pi、industrial sql server、infoplus.21、phd。權衡優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)調研，根據實(shí)際生產(chǎn)裝置的數量、企業(yè)應用需求、生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息的開(kāi)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(shí)時(shí)數據庫。

　　(1) 數據的采集。phd系統具有統一的數據采集基礎結構和連接多種系統的實(shí)時(shí)數據庫的產(chǎn)品化接口rdi(real time database interface)，使其像dcs一樣長(cháng)期可靠地運行。這些接口不僅包括honeywell系統的接口(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(shí)時(shí)數據的同時(shí)，還能采集非連續的數據，如實(shí)驗室的分析數據，物料的移動(dòng)數據，報價(jià)及操作改變等。外操數據和設備巡檢數據的集成一直是困擾調度和信息管理的問(wèn)題，通過(guò)honeywell的無(wú)線(xiàn)接入系統interatrac與phd的一體化可以實(shí)現外操數據的輸入與數據展示的同步。

　　(2) 數據的分類(lèi)管理。phd一體化應用平臺分別設置了實(shí)時(shí)數據庫、事件數據庫、事務(wù)性數據庫和應用數據庫分別存放不同類(lèi)型的數據和支持各種應用。實(shí)時(shí)數據庫用于存放和管理過(guò)程的實(shí)時(shí)數據，例如測量值；事件數據庫用于存放過(guò)程報警，操作改變，過(guò)程改變等事件；事務(wù)性數據庫可以存放化驗室分析結果，物料移動(dòng)記錄，設備和產(chǎn)品信息等事務(wù)性數據；應用數據庫用于存放基于數據庫上的應用運行結果，例如物料平衡，操作管理，績(jì)效管理和先進(jìn)控制(apc)等。
　
　　(3) 數據的處理。phd作為一體化數據庫應用平臺不僅可以管理實(shí)時(shí)數據，還能實(shí)現對事件信息，事務(wù)性數據和應用數據的管理。在系統內部實(shí)現了實(shí)時(shí)數據庫和關(guān)系數據庫 (oracle)的無(wú)縫連接，極大地方便了管理應用軟件的應用和開(kāi)發(fā)。系統對每一個(gè)數據進(jìn)行出錯檢查，剔除跳變的值，壞值，并給予可信度顯示，確保數據的可靠性。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，系統可實(shí)現工程量單位的自動(dòng)轉換。數據的壓縮可以實(shí)現大量數據的長(cháng)期存儲。系統的虛擬位號功能提供對原始數據進(jìn)行加工和處理的手段，處理結果以位號形式顯示，極大地方便了使用。phd可以認為是一種支持面向傳輸的信息系統，它能獲取dcs中的實(shí)時(shí)數據，按照事先預定義的時(shí)間間隔連續的存儲，并且給每個(gè)數據一個(gè)0到100間的可信度值。每個(gè)采集點(diǎn)在phd系統中以標簽的方式存在，在實(shí)時(shí)數據庫中存放了標簽名、在dcs系統中的數據類(lèi)型、在實(shí)時(shí)數據庫中的數據類(lèi)型、采樣間隔、數據報警值、數據量程、數據單位、采集時(shí)間、數據值和數據可信度等信息，存放在不同的表中。phd系統對每個(gè)從dcs中采集的值進(jìn)行相應的處理。

　　(4) 非浮點(diǎn)數數據的壓縮。對布爾型、字符型等非浮點(diǎn)數數據有很高的數據壓縮比，尤其在數值變化頻率較小時(shí)壓縮比就更高。

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

　　(6) phd數據歸檔。實(shí)時(shí)數據的歸檔對分析和發(fā)現存在的問(wèn)題尤為重要，對不同的數據采用不同的歸檔方法，一般可以分為內存歸檔和磁盤(pán)歸檔。實(shí)時(shí)數據按不同的策略存放在內存和磁盤(pán)區域，當本地或遠程的應用程序通過(guò)phd的api存取數據時(shí)，phd系統會(huì )自動(dòng)確定需要的數據在何處，并且先到內存取，再到磁盤(pán)中取。
 

　　3  phd實(shí)時(shí)數據庫系統設計

　　3.1 phd接口設計

　　韶冶phd應用系統中的接口主要用了三種，它們各自用途如下所述：

　　(1) 實(shí)時(shí)數據接口(rdi)：從集散控制系統(dcs)中收集數據，并且可寫(xiě)入數據到這些系統中。(rdi支持雙向數據傳輸，但前提是dcs系統支持數據寫(xiě)入)

　　(2) opc rdi：使用opc rdi接口從支持opc的第三方dcs等實(shí)時(shí)系統中收集數據。opc是ole for process control的縮寫(xiě)，即把ole應用于工業(yè)控制領(lǐng)域。opc建立ole規范之上，它為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種標準的數據訪(fǎng)問(wèn)機制。

　　(3) 其它系統接口：對于不支持opc標準的非honeywell系統。

　　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的安全保密體系，它也可以分為四級：即數據編輯，phd管理，數據寫(xiě)入，安全保密系統管理。

　　3.3 phd開(kāi)放性設計

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

　　4 網(wǎng)上生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統

　　4.1 安裝服務(wù)器

　　企管部信息中心機房配置一臺phd shadow實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)器，該服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)與生產(chǎn)單位儀表室的各集散控制服務(wù)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(diǎn)的組態(tài)

　　在這主要介紹過(guò)程數據點(diǎn)的組態(tài)，首先將數據點(diǎn)的dcs屬性整理成標簽格式，包括：dcs原位號、phd標識、采集參數、數據類(lèi)型、量程上下限、工程單位、數據描述。將標簽數據單個(gè)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(shí)時(shí)數據接口設計

　　實(shí)時(shí)數據接入的成功與否關(guān)系到整個(gè)過(guò)程數據信息集成的成敗，因此phd實(shí)時(shí)數據庫的數據接入是過(guò)程數據信息集成的一個(gè)關(guān)鍵。在實(shí)時(shí)控制系統工作站配置 gateway rdi以及在buffer phd上配置rdi。圖1顯示在phd上配置rdi名稱(chēng)“ygf”。
 

圖1 實(shí)時(shí)數據接口設計舉例

　　4.4 網(wǎng)絡(luò )設計

　　韶冶于2007年01月開(kāi)始構建并開(kāi)發(fā)管控一體化系統。企管部信息中心機房配置一臺phd shadow實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)器，一臺sql數據庫服務(wù)器和一臺辦公自動(dòng)化系統服務(wù)器。phd shadow實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)器負責集成所有裝置控制系統的生產(chǎn)數據，sql服務(wù)器負責集成所有非過(guò)程控制的管理數據，辦公系統服務(wù)器負責管理監控全廠(chǎng)日常辦公、信息咨詢(xún)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、勞動(dòng)人事等信息更新與傳送?；趐hd使用c++、asp.net、photoshop開(kāi)發(fā)網(wǎng)上生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統，實(shí)現phd采集系統與韶冶辦公自動(dòng)化系統的通訊。使用c++編制接口程序將phd歸檔文件的實(shí)時(shí)數據存儲在microsoft sql數據庫中，使用photoshop制作流程圖，用asp.net開(kāi)發(fā)程序集成到辦公系統(oa)將sql存儲的實(shí)時(shí)數據以工業(yè)流程圖、報表等形式顯示。目前已開(kāi)發(fā)完成并正常投入使用的有：一系鼓風(fēng)爐dcs、熱電站pks、二系煤氣pks。圖2流程圖顯示一系統鼓風(fēng)爐2008年06月17日13:07現場(chǎng)參數。
 

圖2  管控一體化鼓風(fēng)爐案例

　　5  結束語(yǔ)

　　韶冶使用honewyell phd實(shí)現管控一體化產(chǎn)生了如下效益：解決了dcs歷史數據庫過(guò)小引起的問(wèn)題,保存數據的頻率最快可以達到ms級，數據精度可以達到原始數據精度要求，保存時(shí)間沒(méi)有限制，保證了實(shí)時(shí)數據的安全。將管理系統和控制系統的信息有機地結合起來(lái)，形成了真正意義上的全廠(chǎng)實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息系統，規范化、透明化管理，數據真實(shí)、共享，建立良好的系統監控機制。規范信息系統體系結構，為今后信息化建設提供良好的環(huán)境。

　　后期開(kāi)發(fā)展望：phd的二次開(kāi)發(fā)功能需要進(jìn)一步完善，先進(jìn)控制的功能需要繼續加強，使系統能夠實(shí)時(shí)調整工藝參數，使生產(chǎn)過(guò)程處于優(yōu)化狀態(tài)；對企業(yè)的流程監控、關(guān)鍵性能指標變化趨勢分析、工藝指標監控、能耗單耗效益分析、產(chǎn)品質(zhì)量分析等方面有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。