流程工業(yè)MES中的數據集成研究及應用

　　目前，流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統是由企業(yè)資源計劃系統(ERP)、制造執行系統(MES)和過(guò)程控制系統(PCS) 3個(gè)支撐系統構成的體系結構。ERP負責企業(yè)的經(jīng)營(yíng)決定和生產(chǎn)規劃;MES負責企業(yè)生產(chǎn)調度和系統過(guò)程優(yōu)化;PCS負責生產(chǎn)過(guò)程控制。大部分的流程工業(yè)都擁有底層的控制系統，不少企業(yè)也實(shí)施了ERP系統。但是管理層和控制層之間仍缺乏有效聯(lián)系。MES是流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統的關(guān)鍵環(huán)節，在整個(gè)流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統中起承上啟下的作用，是企業(yè)生產(chǎn)與管理活動(dòng)的信息集成橋梁，非常有必要從企業(yè)全局的角度統一規劃面向整個(gè)生產(chǎn)執行過(guò)程的的數據。數據集成是MES的功能子系統中的基礎。根據數據集成模塊的特點(diǎn)及重要性，本文提出了一種基于數據平臺的數據集成方法。

　　一 MES中數據集成重要性及難點(diǎn)

　　1 MES數據集成的重要性

　　MES采集生產(chǎn)運行數據、集成原料和產(chǎn)品的存儲數據、集成設備狀態(tài)信息，并將這些信息進(jìn)行合并、匯總、規范、比較、分析等綜合處理，一方面為生產(chǎn)計劃與排產(chǎn)提供依據，另一方面也為ERP提供及時(shí)、可靠、準確的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策參考信息。

　　數據集成是實(shí)施MES的基礎，將PCs層的生產(chǎn)運行、產(chǎn)品質(zhì)量、原料和產(chǎn)品輸送、動(dòng)力能耗等數據進(jìn)行匯總和處理，使下層生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)信息和上層企業(yè)資源管理等的各類(lèi)信息都在MES層中融合，并通過(guò)信息集成形成優(yōu)化控制、優(yōu)化調度和優(yōu)化決策等調度或指令。同時(shí)，數據集成模塊也負責將上層系統中的一些數據(如優(yōu)化值、設定值等)傳送到PCS。

　　2 MES數據集成的難點(diǎn)

　　流程企業(yè)生產(chǎn)流程復雜，數據來(lái)源廣，數據采集、存儲方式多樣，且底層各控制系統彼此封閉，所采用的網(wǎng)絡(luò )、系統、數據庫也存在很大的差異，如何實(shí)現異構網(wǎng)絡(luò )、異構系統和異構數據庫的數據綜合集成是MES數據集成中最大的難點(diǎn)。

　　二 數據平臺特點(diǎn)及功能

　　1 數據平臺的提出

　　傳統的計算機應用系統的開(kāi)發(fā)與運行是直接建立在操作系統、網(wǎng)絡(luò )和數據庫系統之上的。由于上面的應用系統對底層的支撐環(huán)境依賴(lài)性較強，使得應用系統與集成環(huán)境缺乏良好的開(kāi)放性和可移植性，同時(shí)也很難解決異構信息和異構環(huán)境的集成問(wèn)題，影響應用系統的整體效益。因此提出了基于數據平臺的集成。

　　2 數據平臺的結構

　　實(shí)時(shí)數據平臺RTDP(即實(shí)時(shí)數據庫)實(shí)現了現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據的采集、管理、歷史歸檔、維護、下寫(xiě)和報警生成、事件記錄、時(shí)間同步等功能。同時(shí)，它作為運行平臺，為運行在它之上的各種應用軟件提供實(shí)時(shí)/歷史數據服務(wù)。它的總體結構如圖I所示。

　　3 數據平臺的主要功能

　　(1)數據的通信功能：主要是通過(guò)OPC,DDE,ODBC接口與監控軟件、應用程序和各種數據庫進(jìn)行通信，把下層的數據讀到實(shí)時(shí)數據平臺中;把上層的命令信息通過(guò)這些接口回送到相應的系統去。

　　(2)數據的輸入和輸出處理：對進(jìn)入到實(shí)時(shí)數據平臺的數據進(jìn)行處理。如數據格式的轉換、量程轉換、報警的設定、數據的統計、歷史數據的歸檔等。

　　(3)網(wǎng)絡(luò )監控及重連：為保證數據的正常傳輸，實(shí)時(shí)數據平臺應具備網(wǎng)絡(luò )易監控及自動(dòng)重連的功能。當網(wǎng)絡(luò )出現故障時(shí)，能夠及時(shí)提示或報警。當網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)，能夠檢測到并自動(dòng)重連。

　　(4)在線(xiàn)維護、組態(tài)及查詢(xún)：為保證數據的連續性，實(shí)時(shí)數據平臺應提供在線(xiàn)維護功能;根據用戶(hù)的不同要求可以進(jìn)行組態(tài);提供查詢(xún)的功能。

　　(5)數據的安全保證：因為數據平臺涉及到與下層控制系統相連，關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)信息，同時(shí)由于還可能要與Internet相連，因此必須設立安全機制，絕對防止未經(jīng)授權的操作，保證整個(gè)信息系統的安全。

　　三 基于實(shí)時(shí)數據平臺數據集成的結構模型

　　考慮到實(shí)際數據集成的特點(diǎn)，提出了如圖2所示的數據集成模型。右邊為集成模型的3個(gè)層次劃分，左邊為與企業(yè)信息集成3層模型的對應關(guān)系。

　　整個(gè)結構主要分為3個(gè)層次:

　　(1)底層是環(huán)境層，是指基于各種現場(chǎng)總線(xiàn)、DCS的各種專(zhuān)用控制網(wǎng)絡(luò )及工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境、各種不同操作系統、以及多種的數據庫系統。它可為上層提供實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的數據服務(wù)，提供各種數據接口(如OPC,

　　ODBC, DDE, CORBA等)，是數據平臺和最底層設備進(jìn)行信息交互的中介。

　　(2)中間層是數據平臺層，它一方面根據下層提供的接口用相應的方法與其進(jìn)行通信，完成數據集成和管理、數據服務(wù)和網(wǎng)絡(luò )通信等服務(wù)功能。當有來(lái)自上層的調度、優(yōu)化等指令時(shí)，又將其轉化為對應數據，發(fā)送給相應的系統;另一方面為上層的應用提供一些公用的集成支持服務(wù)，把下層來(lái)的數據，形成統一的格式，為MES層的其它模塊(如實(shí)時(shí)數據監控、流程模擬、生產(chǎn)調度、數據分析、設備管理、庫存跟蹤、質(zhì)量控制、優(yōu)化控制等)及上層的ERP提供實(shí)時(shí)的和非實(shí)時(shí)的信息。

　　(3)上層是應用層，它包括MES中除數據采集功能外的其它功能，以及與ERP相關(guān)的一些功能。

　　基于數據平臺的數據集成的特點(diǎn)如下:

　　(1)通過(guò)數據平臺可以實(shí)現不同應用系統之間的數據共享和應用集成。數據平臺為MES中其它模塊及上層的ERP提供了統一的集成環(huán)境，便于應用開(kāi)發(fā)與集成。

　　(2)開(kāi)放性。DDE,ODBC,Web,OPC等標準接F1實(shí)現了MES與其它應用程序、Internet/Intranet的連接，為應用開(kāi)發(fā)提供了統一的系統資源和共享資源。

　　(3)透明性?；谄脚_數據集成簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)工作，開(kāi)發(fā)人員可以直接面向平臺進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而不必考慮下層數據的結構或通信模式，這些工作全部由數據平臺負責完成。

　　(4)數據平臺提供了共享的數據管理、數據服務(wù)和網(wǎng)絡(luò )通信等功能，并同時(shí)支持多種應用服務(wù)，可縮短信息系統的開(kāi)發(fā)周期，提高開(kāi)發(fā)效率，更有效地實(shí)現企業(yè)三層結構的集成。

　　四 集成實(shí)例分析

　　以下從某焦化制氣廠(chǎng)的現狀出發(fā)，分析如何利用實(shí)時(shí)數據平臺到達集成目的。

　　1 現有系統的狀況

　　全廠(chǎng)有全自動(dòng)備煤系統、煉焦生產(chǎn)監控系統、煤氣壓送站生產(chǎn)監控系統、鍋爐和汽輪發(fā)電機生產(chǎn)監控系統、氣源調峰站生產(chǎn)監控系統、生化站生產(chǎn)監控系統、煤氣鼓風(fēng)機生產(chǎn)監控系統、供配電綜合自動(dòng)化系統等8個(gè)車(chē)間級的生產(chǎn)監控系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)子系統);有汽車(chē)衡、軌道衡及煤塔秤等3個(gè)稱(chēng)重系統;有推焦車(chē)爐號識別、焦爐爐溫測量2個(gè)非連續的系統。為了充分利用現有資源，實(shí)現資源共享，要實(shí)現對13個(gè)子系統的信息集成，建立覆蓋全廠(chǎng)各個(gè)監控系統的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò )，完成生產(chǎn)管理調度系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)調度系統)的建設開(kāi)發(fā)，實(shí)現調度中心對全廠(chǎng)生產(chǎn)數據的集中監視、集中管理。

　　由于整個(gè)工廠(chǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了幾十年，從舊到新各個(gè)系統存在著(zhù)較大的差異，主要體現在以下幾個(gè)方面。

　　(1)硬件平臺。有工作站、個(gè)人計算機、工控機和服務(wù)器幾種計算機類(lèi)型;從通信網(wǎng)絡(luò )來(lái)看有串口、現場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)控制網(wǎng)、局域網(wǎng)等。

　　(2)操作系統。有Windows98,WindowsNT,Windows2000,WindowsXP共4種。

　　(3)數據庫。有文本數據庫(Axt),Access，SQLServer7.0、SQLServer2000,

　　paradox5.0, excel表格等。

　　(4)開(kāi)發(fā)工具:匯編語(yǔ)言，TurboC,VC,VB,Delphi等。

　　因此，本系統集成中的難點(diǎn)就是如何將基于各種異構環(huán)境(異構網(wǎng)絡(luò )、異構操作系統、異構數據庫等)的信息統一起來(lái)，達到集成的要求。

　　2 系統集成的方法

　　根據要集成的系統的特點(diǎn)，我們采用了基于上面集成模型的集成方法。網(wǎng)絡(luò )結構采用了以交換機為中心的局域網(wǎng)。具體各部分的信息交換如下:

　　(1)全自動(dòng)備煤系統、煉焦生產(chǎn)監控系統、煤氣壓送站生產(chǎn)監控系統、鍋爐和汽輪發(fā)電機生產(chǎn)監控系統、氣源調峰站生產(chǎn)監控系統、生化站生產(chǎn)監控系統、煤氣鼓風(fēng)機生產(chǎn)監控系統、供配電綜合自動(dòng)化系統等這8個(gè)監控系統由于都提供了OPC服務(wù)器，有標準的OPC接口，采用OPC接口與實(shí)時(shí)數據平臺進(jìn)行通信。

　　(2)汽車(chē)衡、軌道衡及煤塔秤等3個(gè)稱(chēng)重系統以及推焦爐號識別、焦爐爐溫測量2個(gè)系統，沒(méi)有連續的數據，而且都提供了數據庫，可以通過(guò)ODBC接口將相應的數據送到數據平臺上。