在企業(yè)信息化中組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)的應用論文
0引言
企業(yè)信息化是我國在逐步實現工業(yè)化和現代化道路上的必然選擇，現如今各大中型化工企業(yè)均在OA，ERP，MES等諸多領域開展建設和應用工作。但絕大部分信息化應用項目均采用單點開發(fā)方式，缺乏信息化在企業(yè)應用中的整體觀念，缺少整體規(guī)劃、統(tǒng)一協(xié)調的系統(tǒng)化工程，整體集成和溝通程度不高，形成了一個又一個“信息孤島”。所以化工企業(yè)信息化建設應逐漸向注重應用和整合的方向發(fā)展，組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)的應用正是實現企業(yè)各個系統(tǒng)之間的協(xié)同和整合，建立企業(yè)信息化系統(tǒng)的關鍵。
1信息化現狀分析
由于化工行業(yè)的生產特點，大部分化工企業(yè)都非常重視過程控制方面的系統(tǒng)建設，可以做到充分運用集散控制系統(tǒng)、現場總線技術和自動化技術來實現廠級生產數據的采集、存儲。同時為了有效的實施企業(yè)整體管理，越來越多的化工企業(yè)開始借助ERP系統(tǒng)把企業(yè)的物流、人流、資金流、信息流統(tǒng)一起來進行管理，為企業(yè)決策層提供解決企業(yè)產品成本問題、提高作業(yè)效率及資金的運營情況等一系列問題。然而現場的各個自控系統(tǒng)大多是相對獨立的，重要的生產過程數據還沒有實現集中采集、存儲、共享，整個廠區(qū)無統(tǒng)一系統(tǒng)的管理平臺，生產管理者不能實時全面了解整個生產過程的運行狀態(tài)。同時過程控制系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)兩者之間也沒有實現有效集成，導致企業(yè)管理層在制定生產運營計劃過程中缺少及時有效的實時生產數據的支撐，同時下層生產控制環(huán)節(jié)又得不到上層管理系統(tǒng)發(fā)出的優(yōu)化調度指令，從而使管理和生產之間產生了“斷層”現象。這樣企業(yè)內部仍存在“信息孤島”，也無法體現信息系統(tǒng)所帶來的優(yōu)厚效益。
2組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)的設計
本文提出的組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)在ERP系統(tǒng)和各個自控系統(tǒng)（DCS，PLC等）之間構建一座橋梁，在整個廠區(qū)建立統(tǒng)一的生產調度中心，形成一體化的信息系統(tǒng)，實現大量重要的生產過程數據的集中采集、存儲，實現管理和生產的良好交流互動。
2。 1數據采集系統(tǒng)的設計
數據采集系統(tǒng)是組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它位于生產過程控制系統(tǒng)與實時數據庫之間，實現DCS， PLC、現場總線、智能儀表、各種數據采集系統(tǒng)與實時數據庫系統(tǒng)的數據交換。由于現場的設備種類繁多、協(xié)議多樣化，并地理分散，所以數據采集系統(tǒng)重點要解決系統(tǒng)聯網中通信協(xié)議轉換的問題。目前，采集現場控制系統(tǒng)的數據有2種方式。第1種是用OPC或DDE的方式通過串口直接采集現場工控機的數據，但是這種方式受系統(tǒng)環(huán)境等各種因素的影響較大，可靠性及穩(wěn)定性都較差；第2種方式是把前置機的采集軟件布置在現場工控機上，這種方式可靠性和穩(wěn)定性都很好，但是出于安全性考慮或存儲空間及運行資源的限制，通常在現場的工控機上不允許安裝其它的大型軟件。
本設計采用工業(yè)通信網關采集現場的數據并解決異種系統(tǒng)互連問題，其采用高性能嵌入式計算平臺，服務內核軟件可運行于桌面操作系統(tǒng)或嵌入式操作系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性高，并且具有多種通訊采集和轉發(fā)規(guī)約庫，異種協(xié)議容易接入并可轉換為標準協(xié)議（如OPC方式）與其它系統(tǒng)聯網。當現場自控系統(tǒng)對車間生產設備有許多控制任務，采集的點數也較多時，應提高控制網絡的安全性，所以采用工業(yè)通信隔離網關作為采集設備，其內部具有雙獨立主機系統(tǒng)，分別接入到控制網絡和信息網絡，雙主機之間通過專用硬件裝置連接，從物理層上斷開了控制網絡和信息網絡的直接網絡連接，數據和信息只能單向傳輸，即只能由現場數據采集系統(tǒng)向數據庫服務器傳送數據和信息，以確�，F場控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
現場控制系統(tǒng)為PLC，DCS等集成控制系統(tǒng)時，工業(yè)通信網關可通過串口和控制系統(tǒng)的MPI口相連，通過系統(tǒng)的專有協(xié)議（如PPI， MODBUS，PROFIBUS等）讀取系統(tǒng)的實時數據。如果控制系統(tǒng)上位機具有OPC接口，工業(yè)通信網關可通過以太網和控制系統(tǒng)中的數據管理工控機相連，通過OPC協(xié)議讀取系統(tǒng)的實時數據，并且封裝成標準OPCDA2。 0通信接口軟件，最后通過CIMO For OPC經過數采網寫入實時數據庫服務器中。
現場智能儀表大多具有RS85接口，因RS485是利用差模傳輸的，所以具有相當高的噪聲抑制功能而被廣泛運用。工業(yè)通信網關可通過串口和智能儀表的RS85接口相連，因MODBUS協(xié)議具有幀格式結構，傳輸方式、功能及內容簡單，傳輸效率高的優(yōu)點，本設計采用串行鏈路的MODBUS—RTU協(xié)議讀取儀表的實時數據，儀表作為MODBUS通信總線上的從站，工業(yè)通信網關作為主站。MODBUS協(xié)議規(guī)定幀起始或幀結束是在幀與幀間延時3。 5 char字符的時間實現的，智能儀表通常使用的功能代碼為O1—04，采用CRC6 （16位循環(huán)冗余校驗碼）校驗方法。CRC校驗碼由發(fā)送端計算，放置于發(fā)送信息的尾部。接收端重新計算接收到的信息的校驗碼，并與接收到的校驗碼相比較，如果二者不相符，則表明通訊出錯，其增加了通訊的安全性。
2。 2實時數據庫平臺的建設
普通的關系數據庫無法完成毫秒級的數據采集和存儲，不適合連續(xù)運行的過程控制現場環(huán)境的需要，實時數據庫則比標準的數據庫系統(tǒng)快過上百倍，能夠高速地收集處理和海量地存儲生產過程中的實時數據。實時數據庫能提供多種的數據存儲策略供用戶選擇：定周期，變化存儲以及壓縮數據存儲算法。前兩種存儲策略提供了無損的數據存儲，使數據的追溯可靠準確。壓縮算法在保留重要的數據特性同時大大降低了數據存儲空間。另外，實時數據庫還將數據庫配置信息與事件、概要和生產數據進行了集成，可以對其中的數據按照需要的方式進行靈活的統(tǒng)計處理和二次計算。
實時數據庫可以通過配套的專用組件（如ODBC組件）向SQL Server， Oracl。等關系數據庫提供生產實時數據，從而使得上層管理ERP系統(tǒng)能夠與生產控制系統(tǒng)有機結合，為整個集團的生產運營計劃制定實施，工藝流程控制策略優(yōu)化管理、能源消耗數據分析提供真實快捷的數據保障，從而解決了“信息孤島”問題。同時實時數據庫還可對第三方系統(tǒng)提供統(tǒng)一的標準接口，比如標準OPC Serve：接口，允許第三方系統(tǒng)調用數據。
2。 3監(jiān)控系統(tǒng)的設計
在一個自動監(jiān)控系統(tǒng)中，投入運行的監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數據收集處理中心、遠程監(jiān)控中心和數據轉發(fā)中心，處于運行狀態(tài)的監(jiān)控組態(tài)軟件與各種控制檢測設備（如RTU，PLC，DCS、智能儀表等）共同構成快速響應控制中心。在企業(yè)中建立統(tǒng)一的生產調度中心，以運行在客戶機的監(jiān)控組態(tài)軟件作為監(jiān)控平臺，通過匯總于實時數據庫的大量生產過程數據，對整個工程車間進行統(tǒng)一監(jiān)控，給用戶提供一個簡單、直觀的操作平臺。
此監(jiān)控系統(tǒng)可顯示形象逼真的實時監(jiān)控界面，實現對生產工藝流程、設備運行狀態(tài)、重要生產參數的實時監(jiān)控。通過選擇有關聯的數據庫點，快速、動態(tài)的生成任意時間間隔的曲線和報表，方便用戶查看，通過歷史趨勢曲線和實時曲線的對比有利于分析生產過程，調整、優(yōu)化生產工藝，提高產品質量和產量。在化工企業(yè)中，監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要的一個功能是方便快速的報警及報警追溯，可進行多種形式和多個等級的報警，而報警追溯系統(tǒng)整體結構分為三層體制，管理層建立在生產調度中心，數據采集層建立在生產控制采集系統(tǒng)，設備層是系統(tǒng)最底層設備的集合。在安全性上，監(jiān)控系統(tǒng)提供完備的安全保護機制，用戶管理具備多個級別，并可根據級別限制對重要工藝參數的修改，以有效避免生產過程中的誤操作，同時提供基于遠程的用戶管理。
3實際應用
在蘭州藍星纖維廠的企業(yè)信息化建設中采用本文介紹的組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)，系統(tǒng)網絡結構如圖4。此項目共需要2臺服務器，一臺為實時數據庫服務器，另一臺為關系數據庫服務器，兩臺服務器之間進行實時數據的傳輸，便于數據的進一步分析和展示�？蛻舳诉B接數為4個，即同時訪問實時數據庫的客戶端的連接數為4個，構成實時監(jiān)控系統(tǒng)。
此組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)的應用在全廠的信息化建設上取得了明顯的效果：
�。�1）系統(tǒng)為全廠的八大公用工程車間建立了統(tǒng)一的數據平臺，將原來只能在現場工控機上分散看到的數據信息集中建立在實時數據庫和關系數據庫中，完成了數據的高度集成和網上共享，改變了傳統(tǒng)的手工書面的數據傳輸方式，縮短了數據收集和分析的時間。通過實時數據的共享和及時的數據分析，加強了企業(yè)內部各部門之間的信息聯系和工作的安排協(xié)調，大大提高了生產管理效率。
（2）在整個廠區(qū)建立了統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控畫面和形式多樣的顯示方式（如表格、趨勢、柱圖等）使生產調度和管理人員可以及時、全面、準確地了解企業(yè)有關生產經營管理的信息，為領導科學決策提供依據。
4結束語
本文介紹的組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)結構層次分明，具有良好的擴展性和系統(tǒng)集成性，給用戶提供了一個直觀、簡單的操作平臺。整個系統(tǒng)實現了現場層、控制層、管理層的緊密結合。此組態(tài)軟件實時數據庫系統(tǒng)還可應用于石油行業(yè)、城市供熱供水等控制系統(tǒng)信息化的建設中，其能為管理者掌握大量的生產信息、定性定量地分析企業(yè)運轉過程中的各項技術指標提供可靠的依據，提高企業(yè)對市場的應變能力和競爭能力。
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