隨著社會(huì)發(fā)展及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步推進(jìn)，石化行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，石化行業(yè)認(rèn)識(shí)到只有根據(jù)市場(chǎng)的變化和要求，及時(shí)組織和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)過(guò)程的整體優(yōu)化，才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

    ERP是企業(yè)經(jīng)營(yíng)層面的管理系統(tǒng)，過(guò)程控制系統(tǒng)是用于企業(yè)的生產(chǎn)監(jiān)控，企業(yè)僅僅依靠ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System, MES)作為ERP與過(guò)程控制層之間的“橋梁”，起到承上啟下的作用。它在提高企業(yè)生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)損耗等方面具有重要的作用。

    構(gòu)建一個(gè)MES系統(tǒng)用以全面支撐計(jì)劃與調(diào)度、工廠(chǎng)優(yōu)化、運(yùn)行管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、條件監(jiān)控等業(yè)務(wù)，其前提與基礎(chǔ)是建立一個(gè)企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)中心。該數(shù)據(jù)中心需要與控制系統(tǒng)集成以獲取實(shí)時(shí)的過(guò)程數(shù)據(jù)，能存儲(chǔ)大量的、實(shí)時(shí)的和歷史的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)分析工具支持?jǐn)?shù)據(jù)的分析，支持標(biāo)準(zhǔn)的接口等功能。

1 PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

    霍尼韋爾公司的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（Plant History Database，PHD），在結(jié)構(gòu)上集成了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle），解決了關(guān)系型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，提高了應(yīng)用軟件的集成度。它的工廠(chǎng)參考模型將連續(xù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及連續(xù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)操作處理時(shí)間集成起來(lái)，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成有意義的企業(yè)管理信息。另外PHD豐富的數(shù)據(jù)接口滿(mǎn)足了企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)不斷發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)集成的性能要求和擴(kuò)展性要求。

    PHD有三種基本的結(jié)構(gòu)形式：對(duì)等結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)以及對(duì)等層次混合結(jié)構(gòu)。對(duì)等結(jié)構(gòu)部署較為復(fù)雜，所需設(shè)備數(shù)量較多，在數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方面會(huì)帶來(lái)較大的工作量。層次結(jié)構(gòu)只需部署一臺(tái)PHD主服務(wù)器和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，便于日后系統(tǒng)升級(jí)；與對(duì)等結(jié)構(gòu)相比，用戶(hù)及各類(lèi)應(yīng)用程序可直接訪(fǎng)問(wèn)，而不需知道信息在哪個(gè)系統(tǒng)中；同時(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件、硬件方面維護(hù)壓力相對(duì)較低。混合結(jié)構(gòu)既有對(duì)等結(jié)構(gòu)又有層次結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，適用存取要求有限制的場(chǎng)合。

2 PHD接口方案設(shè)計(jì)

    2.1 結(jié)構(gòu)選擇

    在PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)選擇中，最終采用什么樣的結(jié)構(gòu)方式，需要有以下因數(shù)決定：

    1）系統(tǒng)的功能和使用情況；2）安全性；3）可靠性和系統(tǒng)的健壯性；4）系統(tǒng)的性能和響應(yīng)時(shí)間；5）網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷；6）安裝時(shí)間和復(fù)雜程度；7）技術(shù)支持和復(fù)雜程度；8）技術(shù)升級(jí)和復(fù)雜程序。

    在PHD三種結(jié)構(gòu)中，層次結(jié)構(gòu)中所需硬件數(shù)量較少，只需要PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)兩臺(tái)服務(wù)器。相對(duì)簡(jiǎn)單的部署結(jié)構(gòu)，有利于系統(tǒng)的硬件維護(hù)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理及技術(shù)支持和系統(tǒng)升級(jí)。

    2.2 OPC接口

    PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)需要集成控制系統(tǒng)中大量的過(guò)程數(shù)據(jù)。對(duì)控制系統(tǒng)與智能儀表與信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互方面，為避免由于現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)( DCS/PLC/FCS) 以及各種智能儀器設(shè)備通信方式不統(tǒng)一, 導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)互操作性差、通信不穩(wěn)定等問(wèn)題，可采用開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)的OPC技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)源的訪(fǎng)問(wèn)，提高企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心的可拓展性，滿(mǎn)足企業(yè)不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)要求。

    OPC 全稱(chēng)為OLE for Process Control, 是在Microsoft 的領(lǐng)導(dǎo)下由OPC 基金會(huì)組織倡導(dǎo)的, 由全世界范圍內(nèi)自動(dòng)化領(lǐng)域中處于領(lǐng)導(dǎo)地位的廠(chǎng)商協(xié)作制定的自動(dòng)化領(lǐng)域軟件的接口標(biāo)準(zhǔn)。OPC標(biāo)準(zhǔn)是具有廣泛的代表性，通過(guò)OPC技術(shù)的應(yīng)用，不同系統(tǒng)間的集成變得非常容易。

    2.3 雙BUFFER機(jī)策略

    BUFFER機(jī)是負(fù)責(zé)和控制系統(tǒng)通訊，用于數(shù)據(jù)的采集與緩沖，它將采集到的數(shù)據(jù)直接傳送到PHD服務(wù)器中。Buffer機(jī)與PHD服務(wù)器的連接有兩種方式：1、單BUFFER連接PHD服務(wù)器；2、雙BUFFER連接PHD服務(wù)器。

    雙Buffer連接PHD服務(wù)器，在實(shí)際應(yīng)用中，可以較好地保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。在一些業(yè)務(wù)管理中，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的要求是7*24小時(shí)，這種連接方式能夠有效地確保關(guān)鍵性業(yè)務(wù)不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)采集異常而導(dǎo)致業(yè)務(wù)應(yīng)用的癱瘓。

    2.4 多數(shù)據(jù)通道策略

    數(shù)據(jù)通道是對(duì)PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行分類(lèi)管理。在PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中，一般采用單數(shù)據(jù)通道，但它會(huì)隨著數(shù)據(jù)接口的不斷增加會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不穩(wěn)定，接口易掉線(xiàn)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響到基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的各類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用。為避免此類(lèi)情況下的數(shù)據(jù)采集不穩(wěn)定，可將數(shù)據(jù)接口服務(wù)由單通道改為多通道，使數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性大幅度提升。

    2.5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    2.5.1 網(wǎng)絡(luò)安全

    隨著自動(dòng)化技術(shù)與IT技術(shù)的不斷融合，SCADA、DCS、PLC 等工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)也日益變得開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，OPC等技術(shù)的應(yīng)用工業(yè)設(shè)備接口越來(lái)越開(kāi)放，工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)逐漸從封閉走向互聯(lián)，與此同時(shí)企業(yè)信息化進(jìn)程也使得工業(yè)控制系統(tǒng)不再與外界隔離。

    MES作為信息管理系統(tǒng)，它與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，即信息網(wǎng)與控制網(wǎng)的融合，為建立企業(yè)數(shù)據(jù)中心提出了新的安全要求，既不能將信息網(wǎng)與控制網(wǎng)分割開(kāi)，又要從信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全的角度，全面考慮兩網(wǎng)融合后的安全需求。

    2.5.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

    DCS系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)或環(huán)網(wǎng)）是由控制器廠(chǎng)商設(shè)計(jì)并架設(shè)，其設(shè)備類(lèi)型為一般集線(xiàn)器，但集線(xiàn)器不具備任何網(wǎng)絡(luò)分割和安全防護(hù)功能。一旦DCS系統(tǒng)中一臺(tái)主機(jī)受到感染，立刻會(huì)波及至整個(gè)DCS系統(tǒng)。

    DCS控制系統(tǒng)的操作站與上位機(jī)在防病毒安全性方面，普遍存在防病毒軟件補(bǔ)丁更新的延遲。各類(lèi)DCS系統(tǒng)都有其所支持的防病毒軟件，并不是現(xiàn)行通用的防病毒軟件都能使用。對(duì)其支持運(yùn)行的防病毒軟件，病毒補(bǔ)丁程序需要進(jìn)行大量的工業(yè)測(cè)試才能進(jìn)行補(bǔ)丁安裝。

    2.5.3 網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)

    基于信息網(wǎng)與控制網(wǎng)融合的前提條件，針對(duì)控制網(wǎng)目前的安全現(xiàn)狀，在建立企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心的同時(shí)，需要有一個(gè)高可靠性、高性能、安全穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，對(duì)生產(chǎn)監(jiān)控、指揮起著至關(guān)重要的作用，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行中的Buffer機(jī)與服務(wù)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求是：一、必須足夠健壯，能夠應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備宕機(jī)等突發(fā)事故。二、具有較高的安全性，能有效抵御企業(yè)外部與內(nèi)部的病毒攻擊。三、具備高帶寬、高性能、低延時(shí)的特點(diǎn)。

    為確保企業(yè)數(shù)據(jù)中心與控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用要求，需要設(shè)計(jì)建立一條生產(chǎn)網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)中僅部署B(yǎng)uffer機(jī)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)服務(wù)器，使與控制系統(tǒng)有關(guān)的Buffer PHD通過(guò)專(zhuān)用鏈路且只與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通訊。在用戶(hù)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)中，生產(chǎn)網(wǎng)與目前的辦公網(wǎng)絡(luò)在物理鏈路完全隔離，辦公網(wǎng)需通過(guò)防火墻才能對(duì)生產(chǎn)網(wǎng)中的WEB服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用案例

    蘭州石化于2006年開(kāi)始MES項(xiàng)目實(shí)施，采用層次式結(jié)構(gòu)、多數(shù)據(jù)通道、OPC通訊、雙Buffer連接PHD的接口設(shè)計(jì)方案，完成了80余套裝置、5種DCS品牌、十余種型號(hào)DCS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成，并通過(guò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)集成了儲(chǔ)運(yùn)管理、班組核算等相關(guān)信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立起了統(tǒng)一的企業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)，達(dá)到最優(yōu)化的數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)一接口維護(hù)目標(biāo)。圖1為接口設(shè)計(jì)方案示意圖。

圖1 接口設(shè)計(jì)方案示意圖

    在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)安全要求，建立一個(gè)生產(chǎn)專(zhuān)網(wǎng)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用分布式的三層架構(gòu)，將生產(chǎn)網(wǎng)劃分為核心、匯聚及接入三層。在接入層設(shè)備中根據(jù)業(yè)務(wù)管理歸屬，對(duì)設(shè)備進(jìn)行VLAN劃分，這樣可以在爆發(fā)廣播風(fēng)暴時(shí)將其控制在最小的范圍之內(nèi)。

    1) 核心層連接用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，使用光纖進(jìn)行連接。為了保證核心層的可靠和穩(wěn)定，使用雙線(xiàn)路分別上聯(lián)兩臺(tái)核心的方式來(lái)構(gòu)造核心層。兩臺(tái)核心層交換機(jī)之間、核心交換機(jī)和數(shù)據(jù)中心交換機(jī)之間采用千兆連接，核心層交換機(jī)到匯聚層交換機(jī)之間采用千兆連接。核心層的主要目的是為了高速、穩(wěn)定地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，因此生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)核心層配置了高性能的支持分布式轉(zhuǎn)發(fā)功能的千兆以太網(wǎng)光纖交換板卡和千兆以太網(wǎng)板卡，解放引擎壓力，提高核心層網(wǎng)絡(luò)性能。

    2) 在保證局域網(wǎng)匯聚層性能、冗余可靠性的情況下，配置高端口密度匯聚層交換機(jī)以擴(kuò)展匯聚層節(jié)點(diǎn)數(shù)量，采用千兆光纖鏈路上聯(lián)核心設(shè)備，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性。匯聚層交換機(jī)與所有接入層交換機(jī)千兆單模光纖連接，保證接入交換機(jī)系統(tǒng)在連接至匯聚設(shè)備后，能夠順利訪(fǎng)問(wèn)核心層的相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，或者訪(fǎng)問(wèn)不同接入節(jié)點(diǎn)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)共享資源。

    3) 接入層網(wǎng)絡(luò)通過(guò)交換機(jī)，采用單模光纖與匯聚層交換機(jī)互聯(lián)。

    4) 生產(chǎn)網(wǎng)和辦公網(wǎng)之間部署防火墻，實(shí)現(xiàn)由生產(chǎn)網(wǎng)至辦公網(wǎng)的單向訪(fǎng)問(wèn)。防火墻配置相應(yīng)安全策略，允許PHD服務(wù)器、BUF-FER機(jī)訪(fǎng)問(wèn)一部分辦公網(wǎng)資源，如防病毒和補(bǔ)丁程序網(wǎng)站等。

4 結(jié)論

    該文通過(guò)對(duì)比PHD系統(tǒng)在不同的接口設(shè)計(jì)方案中的穩(wěn)定性及可擴(kuò)展性等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于OPC技術(shù)、層次結(jié)構(gòu)、多數(shù)據(jù)通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口方案。該方案具有優(yōu)化的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，較高的可擴(kuò)展性及穩(wěn)定性，在企業(yè)信息化建設(shè)中，對(duì)以集成、整合為目標(biāo)的全域信息化工程有著廣泛和深遠(yuǎn)的工程實(shí)際意義。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://m.guhuozai8.cn/

本文標(biāo)題：PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用與研究

本文網(wǎng)址：http://m.guhuozai8.cn/html/solutions/1401935817.html