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信息化已成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，加強(qiáng)企業(yè)信息化建設(shè)，提高企業(yè)生產(chǎn)力與競(jìng)爭(zhēng)力需求，在中國(guó)石油企業(yè)更加突出。近年來，中國(guó)石油開始嘗試ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)、MES(煉油與化工運(yùn)行系統(tǒng))、PCS(過程控制系統(tǒng))3層結(jié)構(gòu)的信息化模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流、資金流、物資流的有機(jī)互動(dòng)，這些信息化建設(shè)舉措對(duì)正在積極參與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與業(yè)績(jī)拓展的中國(guó)石油企業(yè)來說至關(guān)重要。
1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)
1.1 PHD數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介
MES是中國(guó)石油信息技術(shù)總體規(guī)劃中重要的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，目標(biāo)是為煉油化工企業(yè)平穩(wěn)操作、安全受控、優(yōu)化資源、高效生產(chǎn)提供統(tǒng)一的生產(chǎn)管理平臺(tái)。系統(tǒng)實(shí)施的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)體系的支持，煉油化工企業(yè)有著龐大而又重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立一個(gè)有效、穩(wěn)定、實(shí)用的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對(duì)煉油化工企業(yè)尤為重要。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為連接生產(chǎn)過程和上層管理的中間層級(jí)，是綜合信息集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在信息化建設(shè)中起著關(guān)鍵作用。PHD(過程歷史數(shù)據(jù)庫(kù))作為MES的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，發(fā)揮了承上啟下的重要作用，不僅為MES提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)對(duì)全廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)與管理，還能為其他上層應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。
PHD系統(tǒng)是一個(gè)生產(chǎn)信息集成平臺(tái)，為流程工業(yè)提供了一個(gè)用于生產(chǎn)管理的統(tǒng)一的信息化數(shù)據(jù)庫(kù)。它將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、物料移動(dòng)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)等各種數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)并加工成新的信息資源，提供給管理、銷售、技術(shù)、操作等各層次人員，從而解決了企業(yè)各個(gè)部門信息不一致的問題，幫助他們及時(shí)做出決策。
在MES系統(tǒng)的實(shí)施中，PHD作為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)模塊，由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理和桌面信息展示3部分構(gòu)成。
1.2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備
數(shù)據(jù)采集是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的基礎(chǔ)，PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可提供毫秒級(jí)采集頻率，并能夠保證采集數(shù)據(jù)的可靠性以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的一致性和完整性。同時(shí)，提供的數(shù)據(jù)采集接口能夠方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)定義和配置?，F(xiàn)代的煉油化工企業(yè)大部分都實(shí)現(xiàn)了利用’DCS(分布式控制系統(tǒng))、PLC(可編程控制器)等自動(dòng)化儀表及控制設(shè)備進(jìn)行裝置的生產(chǎn)過程和罐區(qū)的自動(dòng)化管理。PHD具有一套可以與大部分型號(hào)的DCS進(jìn)行連接的產(chǎn)品化RDI(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口)，可以實(shí)現(xiàn)與霍尼韋爾、橫河、 ABB、西門子、FOXBORO、FISHER、和利時(shí)等多家廠商DCS和OPC(OLE forProcess Control)服務(wù)器的連接。
在MES的實(shí)施過程中，大部分DCS和PLC等控制系統(tǒng)配備有各廠家的OPC Sever，或者第三方的OPC，如MATRICON公司的OPC通信軟件，所以PHD數(shù)據(jù)采集的主要方式就是通過RDI與OPC通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的平穩(wěn)采集。同時(shí)PHD也能對(duì)非連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如手動(dòng)位號(hào)等，從而為MES上層模塊提供有效的數(shù)據(jù)支持。
PHD與MES架構(gòu)關(guān)系
1.3 PHD數(shù)據(jù)采集方式
RDI是PHD系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的通道，也是PHD與PHD之間交換數(shù)據(jù)的通道。在連接PHD與PHD時(shí)，RDI提供了兩種用途的接口。
1.3.1 Shadow接口
遠(yuǎn)程RDI可以將遠(yuǎn)程PHD與主PHD連接起來，遠(yuǎn)程PHD是一個(gè)完整的PHD系統(tǒng)，主PHD作為遠(yuǎn)程PHD的影子，它們共享同樣的標(biāo)簽定義。遠(yuǎn)程PHD 從實(shí)時(shí)系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)存放在自己的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中；主PHD定時(shí)接收遠(yuǎn)程PHD的數(shù)據(jù)，并且把數(shù)據(jù)存放在自己的數(shù)據(jù)庫(kù)中，就像是影子，因此主PHD 又稱Shadow PHD。主PHD與遠(yuǎn)程PHD主要是通過后臺(tái)的RDI接口配置文件，實(shí)現(xiàn)互相通信。
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1.3.2 Buffer接口
遠(yuǎn)程PHD系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)緩沖，Buffer接口負(fù)責(zé)和Shadow接口之間通信。主PHD服務(wù)器連接遠(yuǎn)程PHD服務(wù)器，它們使用相同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，因此它們共享相同的標(biāo)簽，遠(yuǎn)程PHD服務(wù)器從實(shí)時(shí)系統(tǒng)中收集并存儲(chǔ)在自己的PHD數(shù)據(jù)庫(kù)中，主PHD服務(wù)器定期獲取這些信息并提供給用戶。如果由于某種原因主 PHD服務(wù)器和遠(yuǎn)程PHD服務(wù)器通信中斷，所有收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將會(huì)被保存，當(dāng)通信恢復(fù)時(shí)，主PHD服務(wù)器會(huì)自動(dòng)從斷點(diǎn)開始恢復(fù)。
在MES系統(tǒng)實(shí)施中，PHD的實(shí)施采用了這種PHD—PHD的傳輸模式：首先在機(jī)房安裝配置Shadow PHD服務(wù)器，然后在裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝配置BufferPHD，兩臺(tái)PHD采用相同的安裝配置，ShadowRDI與Buffer RDI通過配置文件建立關(guān)聯(lián)，BufferPHD通過Buffer RDI實(shí)現(xiàn)與OPC服務(wù)器的通信，將數(shù)據(jù)位號(hào)模板導(dǎo)入到PHD后，模板中的位號(hào)的數(shù)據(jù)即被采集并保存到Buffer PHD中，Shadow PHD通過Shadow RDI取得Buffer PHD中的數(shù)據(jù)，完成了數(shù)據(jù)PHD—PHD模式的傳送，也完成了PHD的實(shí)施流程。主PHD從遠(yuǎn)程PHD采集并保存數(shù)據(jù)，為MES其他模塊提供數(shù)據(jù)支持。
采用多PHD服務(wù)器的配置能夠帶來兩個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)：首先從功能上將PHD服務(wù)器分離，遠(yuǎn)程PHD服務(wù)器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，而主PHD服務(wù)器負(fù)責(zé)將采集到的信息供用戶使用；其次在安全上，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)環(huán)境和最終用戶環(huán)境做了分離，最終用戶使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并不需要直接連接到DCS系統(tǒng)中，方便操作的同時(shí)也大大增加了安全性。為了保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，防止由于意外故障引起的數(shù)據(jù)丟失，PHD—PHD的連接可以采用雙BufferPHD連接Shadow PHD，這種情況下，有兩個(gè)Buffer PHD同時(shí)收集數(shù)據(jù)，一個(gè)處于激活狀態(tài)，一個(gè)處于備份狀態(tài)，如果激活狀態(tài)的PHD發(fā)生故障，備份狀態(tài)的PHD就會(huì)立即替代，進(jìn)入激活狀態(tài)。
1.4 0P0接口技術(shù)
在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集過程中，管理網(wǎng)需要從控制網(wǎng)上實(shí)時(shí)地獲取工藝生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)以滿足不同的管理需求。但由于控制網(wǎng)上的DCS、PLC和其他智能儀器儀表通常來自不同的廠商，相互之間的通信非常復(fù)雜。OPC作為硬件和軟件之間的一個(gè)中間件，解決了上述問題，它為工業(yè)數(shù)據(jù)通信提供了一種標(biāo)準(zhǔn)。OPC是 Microsoft公司的對(duì)象鏈接和嵌入OLE／COM技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用，為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問機(jī)制。
在MES實(shí)施中，PHD實(shí)現(xiàn)了與各DCS生產(chǎn)廠家的OPC服務(wù)器的連接，如：霍尼韋爾、橫河、ABB、西門子、FOXBORO、FISHER、和利時(shí)、研華等，以及第三方OPC服務(wù)器，如MATRIOCN公司的OPC通信軟件。RDI可以實(shí)現(xiàn)與大多數(shù)OPC服務(wù)器的連接，但要首先對(duì)DCOM(分布式組件對(duì)象模型)進(jìn)行配置。
1.5 數(shù)據(jù)處理
PHD可以認(rèn)為是一種支持面向傳輸?shù)男畔⑾到y(tǒng)，它能獲取DCS中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按照預(yù)定義的時(shí)間間隔連續(xù)地存儲(chǔ)，并且給每個(gè)數(shù)據(jù)一個(gè)0—100的可信度值。每個(gè)采集點(diǎn)在PHD系統(tǒng)中以標(biāo)簽的方式存在，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存放了標(biāo)簽名，在DCS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類型、在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)類型、采樣間隔、數(shù)據(jù)報(bào)警值、數(shù)據(jù)量程、數(shù)據(jù)單位、采集時(shí)間、數(shù)據(jù)值和數(shù)據(jù)可信度等信息，存放在不同的表中。PHD系統(tǒng)對(duì)每個(gè)從DCS中采集的值進(jìn)行相應(yīng)的處理，主要有4種方式。
1.5.1 判斷數(shù)據(jù)的可靠性因子
PHD系統(tǒng)對(duì)每個(gè)采集值都計(jì)算對(duì)應(yīng)的可靠性因子，如果數(shù)據(jù)是丟失的，有過失誤差的或者在現(xiàn)場(chǎng)儀表量程以外的，那么該數(shù)據(jù)的可靠性因子為零。在計(jì)算數(shù)據(jù)平均值、最大值、最小值和回歸值時(shí)使用置信度的時(shí)間加權(quán)平均值，如果使用的數(shù)據(jù)中包含丟失的數(shù)據(jù)，那么置信度就根據(jù)丟失數(shù)據(jù)的數(shù)量加權(quán)計(jì)算，例如使用的數(shù)據(jù)有 15％丟失，置信度就是85％。
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1.5.2 過失誤差檢查
過失誤差是由于現(xiàn)場(chǎng)儀表故障或通信過程中的差錯(cuò)造成的。過失誤差造成采集數(shù)據(jù)的失真和信息污染。PHD系統(tǒng)對(duì)過失誤差檢測(cè)采用3個(gè)步驟進(jìn)行處理：首先，對(duì)數(shù)據(jù)值時(shí)間點(diǎn)的前后數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸；然后，求出前后數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；最后，分析實(shí)際數(shù)據(jù)值和線性回歸的估計(jì)值之間的差，如大于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)偏差的值就被認(rèn)為是存在過失誤差，一旦檢測(cè)到過失誤差，該數(shù)據(jù)的置信度就為一。當(dāng)然PHD過失誤差檢查技術(shù)要取決于掃描頻率是否足夠，是否會(huì)將正常值誤算為過失誤差值。
1.5.3 數(shù)據(jù)的平滑處理
數(shù)據(jù)平滑處理是將測(cè)量值的不規(guī)則噪音的影響降到最低。
1.5.4 丟失數(shù)據(jù)的補(bǔ)償
對(duì)丟失的數(shù)據(jù)，通過已知的數(shù)據(jù)推斷斷點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，按照數(shù)據(jù)變化的斜率和整個(gè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)進(jìn)行推斷。
1.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
RDI收集到DCS系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)被送到源隊(duì)列(Raw Queues)，進(jìn)行壓縮等數(shù)據(jù)處理后送到數(shù)據(jù)隊(duì)列(Data Queues)，等待連續(xù)存儲(chǔ)進(jìn)程(Continuous StoreProcess)將數(shù)據(jù)插入到激活的歸檔文件(Archive Files)中。存儲(chǔ)進(jìn)程通常處于休眠狀態(tài)，按照事先的組態(tài)時(shí)間頻度進(jìn)行激活，進(jìn)程被激活后將當(dāng)前隊(duì)列(Current Queues)中標(biāo)志為“允許”的數(shù)據(jù)送到歸檔文件。保存的數(shù)據(jù)可以是原始值，也可以是經(jīng)過加工的值，如：平均值、最大值、最小值等。如果保存到文件，要確定文件的尺寸，。達(dá)到規(guī)定尺寸會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建新的歸檔文件。
在MES的實(shí)施過程中，系統(tǒng)都配備了存儲(chǔ)機(jī)用來存儲(chǔ)PHD的數(shù)據(jù)和ORACLE的數(shù)據(jù)，PHD的Archive的文件大小一般約設(shè)定為600M，文件寫滿后自動(dòng)生成另一個(gè)Archive文件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，按照項(xiàng)目實(shí)施的數(shù)據(jù)備份策略，所有的Archive文件統(tǒng)一備份在存儲(chǔ)機(jī)中，可隨時(shí)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查看與恢復(fù)。由于存儲(chǔ)機(jī)的大容量以及磁帶數(shù)量的無限性，基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無限量存儲(chǔ)。
2 數(shù)據(jù)的訪問應(yīng)用
目前從PHD Server訪問數(shù)據(jù)的主要方法有4種，用戶可以有多種開發(fā)語言選擇，可以開發(fā)基于C／S、B／S的程序。
2.1 PHD API(應(yīng)用程序編程接口)
PHD API函數(shù)庫(kù)是用于開發(fā)用戶應(yīng)用程序的接口，是所有客戶化開發(fā)的基礎(chǔ)。API函數(shù)有豐富的功能，如存取歷史數(shù)據(jù)、執(zhí)行計(jì)算、將數(shù)據(jù)輸入DCS以及對(duì)PHD 的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯等。它支持C，c++，VB等多種高級(jí)語言編程讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使用者需熟悉編程語言和PHD的API函數(shù)庫(kù)，所以日后用戶的維護(hù)有一定的難度。
2.2 OPC Seryer
在裝置、工廠和公司各級(jí)都可安裝數(shù)據(jù)庫(kù)的OPC Server，用戶或第三方應(yīng)用都可以使用OPC的標(biāo)準(zhǔn)方法讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使用起來比較方便快捷，但這種方式的缺點(diǎn)是必須對(duì)PHD Server的DCOM進(jìn)行配置，并對(duì)相應(yīng)的用戶開放相關(guān)權(quán)限，對(duì)系統(tǒng)的保密性和安全性有一定的影響。
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2.3 ODBC和SOL(結(jié)構(gòu)化查詢語言)讀取
ODBC和SQL讀取，PHD提供通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的接口對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，即通過SQL或ODBC應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的裝入或轉(zhuǎn)出。在數(shù)據(jù)庫(kù)中把這種功能稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和PHD的接口。有了這種機(jī)制，對(duì)于那些不懂得如何用API函數(shù)編程而掌握SQL知識(shí)的用戶，可直接用SQL語句對(duì)PHD進(jìn)行數(shù)據(jù)的添加和刪除。OLE DBProvider方式是從Honeywell PHD 202版本才開始提供的，它提供了類似關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)方式訪問PHDServer的方法。該方法訪問PHD簡(jiǎn)單可靠，功能強(qiáng)大。但是 OLEDBProvider方法不提供PHD歷史數(shù)據(jù)直接編輯，所以要修改PHD歷史數(shù)據(jù)，應(yīng)先刪除該條記錄，然后插入新數(shù)據(jù)，把時(shí)間戳改成前面的值。 OLE DBProvider只提供簡(jiǎn)單的SQL語句，并不支持比較復(fù)雜的SQL語句。
2.4 PHD Automat i onOLE(對(duì)象連接與嵌入)Server和Act veX控件可視化控件方式
PHD Automation OLE Server和ActiveX控件，在PHD的客戶端提供了一個(gè)稱為Visual—PHD的模塊，該模塊將支持微軟的DCOM技術(shù)。VisualPHD由兩部分組成：一個(gè)OLE自動(dòng)服務(wù)器和一組ActiveX對(duì)象。該方法實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩，配置比較繁瑣，一般較少使用。
在南京石化的成本核算項(xiàng)目中，就是通過API函數(shù)的方式從PHD中采集數(shù)據(jù)；在獨(dú)山子石化和蘭州石化成本核算項(xiàng)目中，則是通過OPC的方式從PHD取得數(shù)據(jù)?？梢哉f這4種數(shù)據(jù)訪問方式都可以為其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，提升企業(yè)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用的靈活性、穩(wěn)定性和安全性。
目前正在實(shí)時(shí)的中國(guó)石油總部MES項(xiàng)目，也可以基于這4種數(shù)據(jù)采集方式，根據(jù)實(shí)際的物理?xiàng)l件狀況，利用合適的方式從各地區(qū)公司的PHD服務(wù)器中取得需要的數(shù)據(jù)。
3 應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題
一是當(dāng)DCOM配置完成后，即使OPC Client．exe軟件測(cè)試通過，PHD RDI也不一定能夠連通OPC，需要建立一個(gè)相同的用戶與口令的安全機(jī)制實(shí)現(xiàn)互訪。Buffer機(jī)和OPC機(jī)使用相同的用戶名和密碼，DCOM配置好后連通基本沒有問題。例如在RDI與MATRICON OPC通信軟件連接時(shí)就必須采用這種方法才能連接成功。
二是Buffer機(jī)與OPC通過135端口實(shí)現(xiàn)通信，防火墻不可以將此端口屏蔽掉。
三是在MES系統(tǒng)中，PHD大都采用BuffedShadow結(jié)構(gòu)，Buffer機(jī)是系統(tǒng)的關(guān)鍵，為了避免由于Buffer機(jī)故障引起的數(shù)據(jù)丟失，可以采用雙Buffer加以完善。
四是數(shù)據(jù)導(dǎo)入前需要整理為標(biāo)準(zhǔn)的CSV導(dǎo)人文件，注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如果位號(hào)的上下限有小數(shù)位，則在文件中將該列的類型變?yōu)閚umber類型，否則導(dǎo)人后小數(shù)點(diǎn)位將會(huì)被忽略掉。
五是加強(qiáng)PHD數(shù)據(jù)庫(kù)中位號(hào)管理，一些錯(cuò)誤的位號(hào)很可能造成系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)程死掉，或者使系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)。應(yīng)有完善的系統(tǒng)備份策略，便于及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)。
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