1  引言

　　韶冶生产过程是基于dcs集散型控制系统的。集散控制系统自带的历史数据库过小，并且历史数据大都不能按照原始数据精度保存。在实际生产中由于数据量非常大，刷新速度快，长期保存全部实时数据非常困难，这样对生产过程指标的分析带来了不利。由于使用了以计算机为主的集散型控制系统使装置采集工艺信息和操作信息能力的大大提高，工艺管理和控制的水平大大提高，共享信息的能力大大提高。但信息化应用项目均采用单点开发方式，普遍缺乏信息化在企业应用中的整体共享观念，形成了一个个“信息孤岛”，造成企业经常出现信息和数据重复处理，甚至导致更新不同步、不一致。

　　企业的信息系统必须能够支持企业在瞬息万变的市场环境中迅速反应，而只注重企业各个部分之间的系统的建设，忽视各系统之间的协同和整合，不但不会促进企业反应能力的提高，反而会对企业反应能力提高形成阻碍。因此，以管理控制一体化为目标的全域信息化工程将成为企业发展趋势。企业信息系统的集成是信息集成和资源共享，将过程实时数据纳入管理系统中实现数据深层次挖掘和分析，从而实现企业级管理控制一体化。通过信息集成，在工厂控制层和管理决策层之间建立实时的数据连接，使底层的仪表控制系统和上层的经营管理得以双向交互、紧密配合。

　　2  dcs系统过程数据采集

　　2.1 实时数据库在企业信息化中的重要作用

　　在集散控制系统中实现通讯的三种方法：利用专用软件实现通讯，利用标准的opc接口实现通讯，以及使用实时数据库系统实现。根据韶冶自动化应用水平以及考虑将来发展，决定使用实时数据库系统实现通讯。

　　实时数据库适用于处理不断更新的快速变化的数据及具有时间限制的事务处理。实时数据库是数据和事务都有定时特性或定时限制的数据库，它和关系数据库一起构成了企业的数据支撑平台，对企业生产信息集成起着极其重要的作用。它为韶冶企业信息化提供统一和完整的企业级实时数据库服务平台，使企业经营管理决策层能够对生产过程进行实时动态监控与分析，随时掌握运行状况，及时发现问题并进行处理，从而降低生产成本，提高产品质量，最终提高企业的市场竞争力。在实时数据库系统中，通过高效的压缩技术和海量存储技术，保存大量的生产过程历史数据。可以利用实时数据和历史数据对生产的工艺过程进行先进控制、优化控制和在线分析，反映生产过程的规律，实时调整工艺参数，使过程处于优化状态。同时可以通过对影响产量和质量的过程参数的监控，达到提高产品产量的目的。还可以根据统计规律对产品的质量数据和利润进行在线分析，预测产品的质量和产量，从而达到提高经济效益的目标。实时数据库系统与现场控制设备直接相连接，使企业管理层实时地得到来自生产过程的实时数据，为管理信息系统的开发与应用提供了一个理想的平台，实现管理控制一体化，使管理信息系统实时、高效地运行。

　　优秀的实时数据库系统具备以下功能能：数据采集接口负责采集和上传数据，支持多种通讯协议。它应具有以下性能指标：数据库读写速度、数据写入频率、数据采集接口、提供与某些常用的工控组态软件产品连接的驱动程序、提供开发接口api、存储转发功能、接口程序的故障恢复功能。

　　2.2 phd实时数据库系统分析

　　选择一个优秀且满足自己企业特定需要的实时数据库是成功的第一步。成熟的实时数据库有四种：pi、industrial sql server、infoplus.21、phd。权衡优缺点，经调研，根据实际生产装置的数量、企业应用需求、生产实时信息的开发、项目预算费用等具体情况，韶冶选择美国honeywell公司的phd实时数据库。

　　(1) 数据的采集。phd系统具有统一的数据采集基础结构和连接多种系统的实时数据库的产品化接口rdi(real time database interface)，使其像dcs一样长期可靠地运行。这些接口不仅包括honeywell系统的接口(tdc3000、tps、experionpks、plantscape、scan3000)，还提供与几乎所有主要的dcs连接的接口。在采集实时数据的同时，还能采集非连续的数据，如实验室的分析数据，物料的移动数据，报价及操作改变等。外操数据和设备巡检数据的集成一直是困扰调度和信息管理的问题，通过honeywell的无线接入系统interatrac与phd的一体化可以实现外操数据的输入与数据展示的同步。

　　(2) 数据的分类管理。phd一体化应用平台分别设置了实时数据库、事件数据库、事务性数据库和应用数据库分别存放不同类型的数据和支持各种应用。实时数据库用于存放和管理过程的实时数据，例如测量值；事件数据库用于存放过程报警，操作改变，过程改变等事件；事务性数据库可以存放化验室分析结果，物料移动记录，设备和产品信息等事务性数据；应用数据库用于存放基于数据库上的应用运行结果，例如物料平衡，操作管理，绩效管理和先进控制(apc)等。
　
　　(3) 数据的处理。phd作为一体化数据库应用平台不仅可以管理实时数据，还能实现对事件信息，事务性数据和应用数据的管理。在系统内部实现了实时数据库和关系数据库 (oracle)的无缝连接，极大地方便了管理应用软件的应用和开发。系统对每一个数据进行出错检查，剔除跳变的值，坏值，并给予可信度显示，确保数据的可靠性。由于操作使用的工程量单位和生产管理用的工程量单位不同，系统可实现工程量单位的自动转换。数据的压缩可以实现大量数据的长期存储。系统的虚拟位号功能提供对原始数据进行加工和处理的手段，处理结果以位号形式显示，极大地方便了使用。phd可以认为是一种支持面向传输的信息系统，它能获取dcs中的实时数据，按照事先预定义的时间间隔连续的存储，并且给每个数据一个0到100间的可信度值。每个采集点在phd系统中以标签的方式存在，在实时数据库中存放了标签名、在dcs系统中的数据类型、在实时数据库中的数据类型、采样间隔、数据报警值、数据量程、数据单位、采集时间、数据值和数据可信度等信息，存放在不同的表中。phd系统对每个从dcs中采集的值进行相应的处理。

　　(4) 非浮点数数据的压缩。对布尔型、字符型等非浮点数数据有很高的数据压缩比，尤其在数值变化频率较小时压缩比就更高。

　　(5) 浮点数数据压缩技术，斜坡约束数据压缩法。phd中存储的数据大部分是浮点数数据，因此该压缩技术就越发重要了。该压缩法的原理是对采集到的数据进行检查，判断其中的数据值是否能使用其它数据的值计算获得，并且插入的计算值要在规定的精度范围内，如果在规定的范围内，phd就不再保留原始数据，用计算值代替。

　　(6) phd数据归档。实时数据的归档对分析和发现存在的问题尤为重要，对不同的数据采用不同的归档方法，一般可以分为内存归档和磁盘归档。实时数据按不同的策略存放在内存和磁盘区域，当本地或远程的应用程序通过phd的api存取数据时，phd系统会自动确定需要的数据在何处，并且先到内存取，再到磁盘中取。

　　3  phd实时数据库系统设计

　　3.1 phd接口设计

　　韶冶phd应用系统中的接口主要用了三种，它们各自用途如下所述：

　　(1) 实时数据接口(rdi)：从集散控制系统(dcs)中收集数据，并且可写入数据到这些系统中。(rdi支持双向数据传输，但前提是dcs系统支持数据写入)

　　(2) opc rdi：使用opc rdi接口从支持opc的第三方dcs等实时系统中收集数据。opc是ole for process control的缩写，即把ole应用于工业控制领域。opc建立ole规范之上，它为工业控制领域提供了一种标准的数据访问机制。

　　(3) 其它系统接口：对于不支持opc标准的非honeywell系统。

　　3.2 phd安全设计

　　phd的安全保密有两种体系。一种是基于位号的安全保密体系，它又可分为四级：即public，private，public与private的混合等角色。另一种是基于操作系统的安全保密体系，它也可以分为四级：即数据编辑，phd管理，数据写入，安全保密系统管理。

　　3.3 phd开放性设计

　　phd为用户提供了四种途径与外界进行通信，分别是phd api函数库、phd opc server、odbc和sql读取和phd automation ole server。

　　4 网上生产实时系统

　　4.1 安装服务器

　　企管部信息中心机房配置一台phd shadow实时数据库服务器，该服务器通过局域网与生产单位仪表室的各集散控制服务器通讯。安装软件windows 2003 server、microsoft office、honewyell phd(oracle server 9i、phd server r2002、phd desktop)。

　　4.2 采集点的组态

　　在这主要介绍过程数据点的组态，首先将数据点的dcs属性整理成标签格式，包括：dcs原位号、phd标识、采集参数、数据类型、量程上下限、工程单位、数据描述。将标签数据单个或成批装载到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 实时数据接口设计

　　实时数据接入的成功与否关系到整个过程数据信息集成的成败，因此phd实时数据库的数据接入是过程数据信息集成的一个关键。在实时控制系统工作站配置 gateway rdi以及在buffer phd上配置rdi。图1显示在phd上配置rdi名称“ygf”。

图1 实时数据接口设计举例

　　4.4 网络设计

　　韶冶于2007年01月开始构建并开发管控一体化系统。企管部信息中心机房配置一台phd shadow实时数据库服务器，一台sql数据库服务器和一台办公自动化系统服务器。phd shadow实时数据库服务器负责集成所有装置控制系统的生产数据，sql服务器负责集成所有非过程控制的管理数据，办公系统服务器负责管理监控全厂日常办公、信息咨询、生产经营、劳动人事等信息更新与传送。基于phd使用c++、asp.net、photoshop开发网上生产实时系统，实现phd采集系统与韶冶办公自动化系统的通讯。使用c++编制接口程序将phd归档文件的实时数据存储在microsoft sql数据库中，使用photoshop制作流程图，用asp.net开发程序集成到办公系统(oa)将sql存储的实时数据以工业流程图、报表等形式显示。目前已开发完成并正常投入使用的有：一系鼓风炉dcs、热电站pks、二系煤气pks。图2流程图显示一系统鼓风炉2008年06月17日13:07现场参数。

图2  管控一体化鼓风炉案例

　　5  结束语

　　韶冶使用honewyell phd实现管控一体化产生了如下效益：解决了dcs历史数据库过小引起的问题,保存数据的频率最快可以达到ms级，数据精度可以达到原始数据精度要求，保存时间没有限制，保证了实时数据的安全。将管理系统和控制系统的信息有机地结合起来，形成了真正意义上的全厂实时生产信息系统，规范化、透明化管理，数据真实、共享，建立良好的系统监控机制。规范信息系统体系结构，为今后信息化建设提供良好的环境。

　　后期开发展望：phd的二次开发功能需要进一步完善，先进控制的功能需要继续加强，使系统能够实时调整工艺参数，使生产过程处于优化状态；对企业的流程监控、关键性能指标变化趋势分析、工艺指标监控、能耗单耗效益分析、产品质量分析等方面有待进一步开发。