[组态软件,实时,数据库]在企业信息化中组态软件实时数据库系统的应用

在企业信息化中组态软件实时数据库系统的应用

0引言

企业信息化是我国在逐步实现工业化和现代化道路上的必然选择，现如今各大中型化工企业均在OA,ERP,MES等诸多领域开展建设和应用工作.但绝大部分信息化应用项目均采用单点开发方式，缺乏信息化在企业应用中的整体观念，缺少整体规划、统一协调的系统化工程，整体集成和沟通程度不高，形成了一个又一个信息孤岛。所以化工企业信息化建设应逐渐向注重应用和整合的方向发展，组态软件实时数据库系统的应用正是实现企业各个系统之间的协同和整合，建立企业信息化系统的关键.

1信息化现状分析

由于化工行业的生产特点，大部分化工企业都非常重视过程控制方面的系统建设，可以做到充分运用集散控制系统、现场总线技术和自动化技术来实现厂级生产数据的采集、存储.同时为了有效的实施企业整体管理，越来越多的化工企业开始借助ERP系统把企业的物流、人流、资金流、信息流统一起来进行管理，为企业决策层提供解决企业产品成本问题、提高作业效率及资金的运营情况等一系列问题.然而现场的各个自控系统大多是相对独立的，重要的生产过程数据还没有实现集中采集、存储、共享，整个厂区无统一系统的管理平台，生产管理者不能实时全面了解整个生产过程的运行状态.同时过程控制系统和ERP系统两者之间也没有实现有效集成，导致企业管理层在制定生产运营计划过程中缺少及时有效的实时生产数据的支撑，同时下层生产控制环节又得不到上层管理系统发出的优化调度指令，从而使管理和生产之间产生了断层现象.这样企业内部仍存在信息孤岛，也无法体现信息系统所带来的优厚效益.

2组态软件实时数据库系统的设计

本文提出的组态软件实时数据库系统在ERP系统和各个自控系统(DCS,PLC等)之间构建一座桥梁，在整个厂区建立统一的生产调度中心，形成一体化的信息系统，实现大量重要的生产过程数据的集中采集、存储，实现管理和生产的良好交流互动.

2. 1数据采集系统的设计

数据采集系统是组态软件实时数据库系统中的一个重要组成部分，它位于生产过程控制系统与实时数据库之间，实现DCS, PLC、现场总线、智能仪表、各种数据采集系统与实时数据库系统的数据交换.由于现场的设备种类繁多、协议多样化，并地理分散，所以数据采集系统重点要解决系统联网中通信协议转换的问题.目前，采集现场控制系统的数据有2种方式.第1种是用OPC或DDE的方式通过串口直接采集现场工控机的数据，但是这种方式受系统环境等各种因素的影响较大，可靠性及稳定性都较差;第2种方式是把前置机的采集软件布置在现场工控机上，这种方式可靠性和稳定性都很好，但是出于安全性考虑或存储空间及运行资源的限制，通常在现场的工控机上不允许安装其它的大型软件.

本设计采用工业通信网关采集现场的数据并解决异种系统互连问题，其采用高性能嵌入式计算平台，服务内核软件可运行于桌面操作系统或嵌入式操作系统，可靠性和稳定性高，

并且具有多种通讯采集和转发规约库，异种协议容易接入并可转换为标准协议(如OPC方式)与其它系统联网.当现场自控系统对车间生产设备有许多控制任务，采集的点数也较多时，应提高控制网络的安全性，所以采用工业通信隔离网关作为采集设备，其内部具有双独立主机系统，分别接入到控制网络和信息网络，双主机之间通过专用硬件装置连接，从物理层上断开了控制网络和信息网络的直接网络连接，数据和信息只能单向传输，即只能由现场数据采集系统向数据库服务器传送数据和信息，以确保现场控制系统安全稳定运行.

现场控制系统为PLC,DCS等集成控制系统时，工业通信网关可通过串口和控制系统的MPI口相连，通过系统的专有协议(如PPI, MODBUS,PROFIBUS等)读取系统的实时数据.如果控制系统上位机具有OPC接口，工业通信网关可通过以太网和控制系统中的数据管理工控机相连，通过OPC协议读取系统的实时数据，并且封装成标准OPCDA2. 0通信接口软件，最后通过CIMO For OPC经过数采网写入实时数据库服务器中.

现场智能仪表大多具有RS85接口，因RS485是利用差模传输的，所以具有相当高的噪声抑制功能而被广泛运用.工业通信网关可通过串口和智能仪表的RS85接口相连，因MODBUS协议具有帧格式结构，传输方式、功能及内容简单，传输效率高的优点，本设计采用串行链路的MODBUS-RTU协议读取仪表的实时数据，仪表作为MODBUS通信总线上的从站，工业通信网关作为主站.MODBUS协议规定帧起始或帧结束是在帧与帧间延时3. 5 char字符的时间实现的，智能仪表通常使用的功能代码为O1-04，采用CRC6 (16位循环冗余校验码)校验方法.CRC校验码由发送端计算，放置于发送信息的尾部.接收端重新计算接收到的信息的校验码，并与接收到的校验码相比较，如果二者不相符，则表明通讯出错，其增加了通讯的安全性.

2. 2实时数据库平台的建设

普通的关系数据库无法完成毫秒级的数据采集和存储，不适合连续运行的过程控制现场环境的需要，实时数据库则比标准的数据库系统快过上百倍，能够高速地收集处理和海量地存储生产过程中的实时数据.实时数据库能提供多种的数据存储策略供用户选择:定周期，变化存储以及压缩数据存储算法.前两种存储策略提供了无损的数据存储，使数据的追溯可靠准确.压缩算法在保留重要的数据特性同时大大降低了数据存储空间.另外，实时数据库还将数据库配置信息与事件、概要和生产数据进行了集成，可以对其中的数据按照需要的方式进行灵活的统计处理和二次计算.

实时数据库可以通过配套的专用组件(如ODBC组件)向SQL Server, Oracl。等关系数据库提供生产实时数据，从而使得上层管理ERP系统能够与生产控制系统有机结合，为整个集团的生产运营计划制定实施，工艺流程控制策略优化管理、能源消耗数据分析提供真实快捷的数据保障，从而解决了信息孤岛问题.同时实时数据库还可对第三方系统提供统一的标准接口，比如标准OPC Serve:接口，允许第三方系统调用数据.

2. 3监控系统的设计

在一个自动监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心、远程监控中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制检测设备(如RTU,PLC,DCS、智能仪表等)共同构成快速响应控制中心.在企业中建立统一的生产调度中心，以运行在客户机的监控组态软件作为监控平台，通过汇总于实时数据库的大量生产过程数据，对整个工程

车间进行统一监控，给用户提供一个简单、直观的操作平台.

此监控系统可显示形象逼真的实时监控界面，实现对生产工艺流程、设备运行状态、重要生产参数的实时监控.通过选择有关联的数据库点，快速、动态的生成任意时间间隔的曲线和报表，方便用户查看，通过历史趋势曲线和实时曲线的对比有利于分析生产过程，调整、优化生产工艺，提高产品质量和产量.在化工企业中，监控系统尤为重要的一个功能是方便快速的报警及报警追溯，可进行多种形式和多个等级的报警，而报警追溯系统整体结构分为三层体制，管理层建立在生产调度中心，数据采集层建立在生产控制采集系统，设备层是系统最底层设备的集合.在安全性上，监控系统提供完备的安全保护机制，用户管理具备多个级别，并可根据级别限制对重要工艺参数的修改，以有效避免生产过程中的误操作，同时提供基于远程的用户管理.

3实际应用

在兰州蓝星纤维厂的企业信息化建设中采用本文介绍的组态软件实时数据库系统，系统网络结构如图4.此项目共需要2台服务器，一台为实时数据库服务器，另一台为关系数据库服务器，两台服务器之间进行实时数据的传输，便于数据的进一步分析和展示.客户端连接数为4个，即同时访问实时数据库的客户端的连接数为4个，构成实时监控系统.

此组态软件实时数据库系统的应用在全厂的信息化建设上取得了明显的效果:

(1)系统为全厂的八大公用工程车间建立了统一的数据平台，将原来只能在现场工控机上分散看到的数据信息集中建立在实时数据库和关系数据库中，完成了数据的高度集成和网上共享，改变了传统的手工书面的数据传输方式，缩短了数据收集和分析的时间.通过实时数据的共享和及时的数据分析，加强了企业内部各部门之间的信息联系和工作的安排协调，大大提高了生产管理效率.

(2)在整个厂区建立了统一的监控系统，实时监控画面和形式多样的显示方式(如表格、趋势、柱图等)使生产调度和管理人员可以及时、全面、准确地了解企业有关生产经营管理的信息，为领导科学决策提供依据.

4结束语

本文介绍的组态软件实时数据库系统结构层次分明，具有良好的扩展性和系统集成性，给用户提供了一个直观、简单的操作平台.整个系统实现了现场层、控制层、管理层的紧密结合.此组态软件实时数据库系统还可应用于石油行业、城市供热供水等控制系统信息化的建设中，其能为管理者掌握大量的生产信息、定性定量地分析企业运转过程中的各项技术指标提供可靠的依据，提高企业对市场的应变能力和竞争能力.