基于力控实时数据库pSpace的流程行业典型应用方案

• 关键词：力控,流程,实时数据库,pSpace,事故追忆

一 前言
　　制造业是指对制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），按照市场要求，通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品与生活消费品的行业。从生产类型来看，制造业可分为流程型（连续式）产品生产和离散型（装配式）产品生产。
　　流程型产品生产过程是：从原材料的投入至最终成为产品，完全是按照顺序连续加工的过程，主要通过对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法，使原材料增值。通常以批量或连续的方式进行生产。典型的流程业有化工行业、纺织行业、制药行业、食品饮料、纸浆及造纸业等。
二、现状
　　如今经济全球化趋势已经给各国经济发展带来越来越深刻的影响，各国制造企业在世界市场上进行着日益激烈和残酷的竞争。我国现已成为世界制造大国，以石油化工、冶金等行业为代表的流程制造业在我国制造业中占据了很大的比例，是重要的基础支柱产业。然而在流程制造业信息化建设过程中毅然存在着如下问题：
　　◆信息系统标准化体系架构不尽完善
　　信息系统发展至今其体系架构还没有相对固定的标准，因此造成许多信息系统功能的交叉和信息的不畅，通信协议方式无法兼容，甚至出现信息阻断，从而给信息系统的开发和实施带来许多不便，影响了信息系统在企业发展过程中应起的重要作用。
◆“信息孤岛”现象多发
　　不少企业在管理和过程控制方面都实施了相应的系统，但大部分是“信息孤岛”难以进行有效的集成。由于流程行业的生产特点，大部分流程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(DCS)、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，越来越多的流程行业企业开始借助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、及资金的运营情况一系列问题。然而过程控制系统和ERP系统两者之间却很难做到有效集成，导致企业上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，无法进行良好的交流互动，也无法体现信息系统所带来的优厚效益。
　　◆信息系统与生产设备管理存在脱节
　　流程行业生产调度系统中生产设备管理是其中很重要的组成部分，而现在的很多信息系统中对生产设备的管理环节还比较薄弱，大部分功能还是放在了生产实时数据的采集和展示，对设备自身运行状况的关注度不够。因此还没有达到真正的“全局化”管理，很难通过远程设备管理、分析历史数据生成设备运行报表，进而实现生产工艺的优化。
三、解决方案
3.1 系统架构
　　针对上述问题，典型的流程行业信息系统架构可如下图所示：

　　力控科技实时历史数据库pSpace产品作为整个信息系统的数据存储处理核心平台，pSpace是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统的开放式实时数据库系统，产品为完全的分布式结构，可任意组建应用模式。pSpace完全支持C/S和B/S应用，它可以提供丰富的企业级信息系统客户端应用和工具。大容量支持企业级应用，内部实现高数据压缩率，可实现历史数据的海量存储，灵活的扩展结构可满足各种需求，具备广泛的安全性和可跟踪性。
　　作为信息系统的核心数据平台，pSpace可以将来自各个车间、工艺流程、子系统等大量的现场生产数据、设备运行数据、系统报警数据、能源消耗数据等各种流程行业企业所关心的数据汇总到统一的平台。其良好的开放性和分布式架构设计，可以允许调度人员通过本地或者远程工程师、操作员站随时了解生产现场的实时生产状况。pSpace可以通过ODBC组件向SQL Server、Oracle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pSpace还可对第三方系统提供统一的标准接口，比如标准OPC Server接口，允许第三方系统调用数据。
　　在系统搭建过程中为了保证系统的安全可靠，可在每个子系统中配备工业安全隔离网关装置pSafetyLink，工业隔离网关以统一安全引擎为基础，对隔离交换报文进行全文数据还原，对用户登录、命令请求、文本信息、协议格式等实施全文深度检测，并支持特定应用层协议标签的检测控制，实现了对特定信息交换多重内容安全管理，为工业控制系统网络间数据交换提供了“绿色通道”。
3.2 功能特性
　　实时数据库pSpace作为流程行业信息系统的数据核心平台，与关系数据库及ERP系统构成完整的信息集成环境，将企业所有生产装置的实时生产数据有效管理，实现多级浏览（公司或异地），同时实现海量数据的长期保存。作为事故分析和流程改进的数据基础，整合后与相应的专家系统共同使用来指导操作，实现流程企业生产管理的高度协调统一。
　　建立实时数据库系统平台，完成业务管理层的管理网络和操作控制层的控制网络的网络互联，实现与各种数据采集系统的对接，采集和保存企业的生产工艺、设备运行、能耗计量和质量数据等信息。
　　完成实时数据库系统规划和配置，制定项目实施方案。建立实时数据库，实现与现场主要生产装置DCS/PLC的数据采集，完成生产过程数据的采集、长期历史数据保存和数据处理，实现实时数据库与关系数据库的数据交换。
　　实现主要生产装置生产过程的实时监控；历史趋势分析；报警管理和事故追忆；生产成本核算；实现计量数据管理；生产调度业务处理等功能。

★实时数据管理
　　可以从各个生产工艺流程、设备、厂区和子系统通过各种接口快速读取大量实时数据，长期储存过程数据，做到不限期限、不限数量、不限类型，按照各级管理人员要求的精度、频度、格式，准确地保存在实时数据库中，并具有各种级别的安全设置。
★生产运行监控
　　基于实时数据系统，实现对工厂过程数据的存储、监视和分析，通过对企业生产情况进行历史和现状的对比分析，从而实现工厂级的实时管理；通过对原材料、产成品、物料、能量计量监控和产品质量监控，协调全厂生产运行物料和能量的平衡状态，指导装置优化操作。

★报警管理和事故追忆
　　系统发生故障时，系统有自动报警功能，提供设置报警级别、报警权限功能和报警信息的记录、维护和管理功能；提供事故追忆功能，当事故发生时，系统产生报警，启动事故记录，记录相关报警、事件、时间及相关的大量信息。提供事故追忆的事故分析和管理功能，用户可以根据权限进行事故管理的设定、修改、取消等。
★系统维护功能
　　提供数据库的在线及自动备份功能，能实现完全及增量备份，提供数据库的数据冗余功能，实现磁盘镜像或磁盘阵列。提供数据库的恢复功能，在实时数据库系统崩溃时，提供紧急恢复功能。
　　提供实时数据库服务器、采集站的集中监控，能远程实现实时数据库服务器、采集站的重配置、启动、停止、切换等管理任务。此外可以根据用户和行业应用需求开发功能子模块，比如：生产成本核算子模块、 计量管理系统子模块、生产调度业务子模块等。
四、结语
　　通过将现代自动化技术、网络通信技术和信息管理技术引入到流程行业，打破了传统系统的信息瓶颈，改变了原有的数据流程和监控管理模式，实现了从分散控制和独立管理到管控一体化的转变。