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　　1  引言

　　韶冶生產過程是基于dcs集散型控制系統的。集散控制系統自帶的歷史數據庫過小，并且歷史數據大都不能按照原始數據精度保存。在實際生產中由于數據量非常大，刷新速度快，長期保存全部實時數據非常困難，這樣對生產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方式，普遍缺乏信息化在企業應用中的整體共享觀念，形成了一個個“信息孤島”，造成企業經常出現信息和數據重復處理，甚至導致更新不同步、不一致。

　　企業的信息系統必須能夠支持企業在瞬息萬變的市場環境中迅速反應，而只注重企業各個部分之間的系統的建設，忽視各系統之間的協同和整合，不但不會促進企業反應能力的提高，反而會對企業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發展趨勢。企業信息系統的集成是信息集成和資源共享，將過程實時數據納入管理系統中實現數據深層次挖掘和分析，從而實現企業級管理控制一體化。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據連接，使底層的儀表控制系統和上層的經營管理得以雙向交互、緊密配合。
 

　　2  dcs系統過程數據采集

　　2.1 實時數據庫在企業信息化中的重要作用

　　在集散控制系統中實現通訊的三種方法：利用專用軟件實現通訊，利用標準的opc接口實現通訊，以及使用實時數據庫系統實現。根據韶冶自動化應用水平以及考慮將來發展，決定使用實時數據庫系統實現通訊。

　　實時數據庫適用于處理不斷更新的快速變化的數據及具有時間限制的事務處理。實時數據庫是數據和事務都有定時特性或定時限制的數據庫，它和關系數據庫一起構成了企業的數據支撐平臺，對企業生產信息集成起著極其重要的作用。它為韶冶企業信息化提供統一和完整的企業級實時數據庫服務平臺，使企業經營管理決策層能夠對生產過程進行實時動態監控與分析，隨時掌握運行狀況，及時發現問題并進行處理，從而降低生產成本，提高產品質量，最終提高企業的市場競爭力。在實時數據庫系統中，通過高效的壓縮技術和海量存儲技術，保存大量的生產過程歷史數據。可以利用實時數據和歷史數據對生產的工藝過程進行先進控制、優化控制和在線分析，反映生產過程的規律，實時調整工藝參數，使過程處于優化狀態。同時可以通過對影響產量和質量的過程參數的監控，達到提高產品產量的目的。還可以根據統計規律對產品的質量數據和利潤進行在線分析，預測產品的質量和產量，從而達到提高經濟效益的目標。實時數據庫系統與現場控制設備直接相連接，使企業管理層實時地得到來自生產過程的實時數據，為管理信息系統的開發與應用提供了一個理想的平臺，實現管理控制一體化，使管理信息系統實時、高效地運行。

　　優秀的實時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，支持多種通訊協議。它應具有以下性能指標：數據庫讀寫速度、數據寫入頻率、數據采集接口、提供與某些常用的工控組態軟件產品連接的驅動程序、提供開發接口api、存儲轉發功能、接口程序的故障恢復功能。

　　2.2 phd實時數據庫系統分析

　　選擇一個優秀且滿足自己企業特定需要的實時數據庫是成功的第一步。成熟的實時數據庫有四種：pi、industrial sql server、infoplus.21、phd。權衡優缺點，經調研，根據實際生產裝置的數量、企業應用需求、生產實時信息的開發、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時數據庫的產品化接口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。在采集實時數據的同時，還能采集非連續的數據，如實驗室的分析數據，物料的移動數據，報價及操作改變等。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題，通過honeywell的無線接入系統interatrac與phd的一體化可以實現外操數據的輸入與數據展示的同步。

　　(2) 數據的分類管理。phd一體化應用平臺分別設置了實時數據庫、事件數據庫、事務性數據庫和應用數據庫分別存放不同類型的數據和支持各種應用。實時數據庫用于存放和管理過程的實時數據，例如測量值；事件數據庫用于存放過程報警，操作改變，過程改變等事件；事務性數據庫可以存放化驗室分析結果，物料移動記錄，設備和產品信息等事務性數據；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，績效管理和先進控制(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時數據，還能實現對事件信息，事務性數據和應用數據的管理。在系統內部實現了實時數據庫和關系數據庫 (oracle)的無縫連接，極大地方便了管理應用軟件的應用和開發。系統對每一個數據進行出錯檢查，剔除跳變的值，壞值，并給予可信度顯示，確保數據的可靠性。由于操作使用的工程量單位和生產管理用的工程量單位不同，系統可實現工程量單位的自動轉換。數據的壓縮可以實現大量數據的長期存儲。系統的虛擬位號功能提供對原始數據進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中的實時數據，按照事先預定義的時間間隔連續的存儲，并且給每個數據一個0到100間的可信度值。每個采集點在phd系統中以標簽的方式存在，在實時數據庫中存放了標簽名、在dcs系統中的數據類型、在實時數據庫中的數據類型、采樣間隔、數據報警值、數據量程、數據單位、采集時間、數據值和數據可信度等信息，存放在不同的表中。phd系統對每個從dcs中采集的值進行相應的處理。

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

　　(5) 浮點數數據壓縮技術，斜坡約束數據壓縮法。phd中存儲的數據大部分是浮點數數據，因此該壓縮技術就越發重要了。該壓縮法的原理是對采集到的數據進行檢查，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。實時數據的歸檔對分析和發現存在的問題尤為重要，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歸檔。實時數據按不同的策略存放在內存和磁盤區域，當本地或遠程的應用程序通過phd的api存取數據時，phd系統會自動確定需要的數據在何處，并且先到內存取，再到磁盤中取。
 

　　3  phd實時數據庫系統設計

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

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

　　(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，數據寫入，安全保密系統管理。

　　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函數庫、phd opc server、odbc和sql讀取和phd automation ole server。
 

　　4 網上生產實時系統

　　4.1 安裝服務器

　　企管部信息中心機房配置一臺phd shadow實時數據庫服務器，該服務器通過局域網與生產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

　　在這主要介紹過程數據點的組態，首先將數據點的dcs屬性整理成標簽格式，包括：dcs原位號、phd標識、采集參數、數據類型、量程上下限、工程單位、數據描述。將標簽數據單個或成批裝載到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 實時數據接口設計

　　實時數據接入的成功與否關系到整個過程數據信息集成的成敗，因此phd實時數據庫的數據接入是過程數據信息集成的一個關鍵。在實時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“ygf”。
 

圖1 實時數據接口設計舉例

　　4.4 網絡設計

　　韶冶于2007年01月開始構建并開發管控一體化系統。企管部信息中心機房配置一臺phd shadow實時數據庫服務器，一臺sql數據庫服務器和一臺辦公自動化系統服務器。phd shadow實時數據庫服務器負責集成所有裝置控制系統的生產數據，sql服務器負責集成所有非過程控制的管理數據，辦公系統服務器負責管理監控全廠日常辦公、信息咨詢、生產經營、勞動人事等信息更新與傳送。基于phd使用c++、asp.net、photoshop開發網上生產實時系統，實現phd采集系統與韶冶辦公自動化系統的通訊。使用c++編制接口程序將phd歸檔文件的實時數據存儲在microsoft sql數據庫中，使用photoshop制作流程圖，用asp.net開發程序集成到辦公系統(oa)將sql存儲的實時數據以工業流程圖、報表等形式顯示。目前已開發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流程圖顯示一系統鼓風爐2008年06月17日13:07現場參數。
 

圖2  管控一體化鼓風爐案例

　　5  結束語

　　韶冶使用honewyell phd實現管控一體化產生了如下效益：解決了dcs歷史數據庫過小引起的問題,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，保存時間沒有限制，保證了實時數據的安全。將管理系統和控制系統的信息有機地結合起來，形成了真正意義上的全廠實時生產信息系統，規范化、透明化管理，數據真實、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境。

　　后期開發展望：phd的二次開發功能需要進一步完善，先進控制的功能需要繼續加強，使系統能夠實時調整工藝參數，使生產過程處于優化狀態；對企業的流程監控、關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、產品質量分析等方面有待進一步開發。