信息化与CIO.docx

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1、信息化与CIO在流程型工业企业中，有一类与生产密切相关的信息系统，它们实时获取DCS、SCADA等生产系统中的现场数据，帮助管理者及时调度、指 挥地理位置分散但又密切相关的现代化生产，这就是实时信息系 统(RealTimeInformationSystem, RTIS)。与一般信息系统相区别，实时信息系统最大的特点是系统的实时性。由于有实时数据库的支撑，实时信息系统可以实时地查询到企业各生产现 场的生产实时数据，这对于企业实时掌握生产情况，正确调度和指挥生 产，以及及时处理生产中出现的问题具有十分重要的意义。本专题将道德从技术上分析实时信息系统的构建，即介绍从实时数据库 到实时信息系统的开发过

2、程，随后还将介绍实时信息系统与其他系统的 集成及应用情况。在实时数据库的平台上开发实时信息系统我们称为实 时信息系统的构建，与一般的信息系统开发不同的是，由于实时信息系 统的实时信息要从企业的生产现场自动采集得来，所以实时信息系统的开发不只是纯软件的工作，还有生产现场数据实时采集、数据网络实时 通信等大量现场工作。这里重点将讨论实时数据库与现场的关系。从20世纪70年代开始，国内大量引进 DCS技术和产品，随着 DCS 系统的大量应用，企业的生产规模越来越大，企业的管理层就有了生产 数据集中的需求，即对实时信息系统的需求。90年代初，在引进国外实时数据库的同时，国内已经有不少单位开始研究实时数

3、据库的理论并 付诸实践。10多年过去了，据笔者不完全了解，国内实时数据库和实 时信息系统的应用有了较大发展。但是由于从实时数据库到实时信息系 统的构建有相当的技术难度，而且运行和维护好一个实时信息系统决非 易事，真正成功的高水平实例不多。因为要构建好并且应用好一个高水 平的实时信息系统，其难度不亚于构建一个高水平的ERP系统。目前在理论上对实时数据、实时数据库、实时数据库的结构等基本方面 还没有统一的定义和处理方法，实时数据库要达到关系数据库那样理论 和系统的统一尚需时日。不同开发商的实时数据库系统对于实时数据的 定义、理解和处理不尽一致，对于实时数据库的功能和性能的要求也不 尽一致，实时数据

4、库能达到的实际性能与功能也是参差不齐，对实时数 据库的访问也没有类似 SQL语言那样的标准。实时数据与实时数据库在流程型工业中实时数据原本是指存在于生产现场的生产参数如温度、流量、压力、物（液）位等，在现代化生产中这些实时数据已经被 变送器采集并转换为数字量而存于 DCS或SCADA系统的局部实时数 据库中，本文的实时数据将从这个基础讨论起。按数据的类型分，实时 数据可分为模拟量、累计量和开关量。模拟量可以是温度、压力、瞬时 流量、物位、产品度量、产品质量等，模拟量的特点是仅与时刻有关累计量可以是累计流量、产品产量、原料消耗量、库（罐）存量等，累 计量的特点是不但与时刻有关而且与时间段的起始与

5、结束时刻有关；开关量如电力开关的位置、阀门的开闭、设备的在线与备用、生产控制中 的操作条件等，开关量的特点是二位式数据。实时数据的最大特点是时 效性，实时数据在模拟系统中仅仅在某一时刻有效，在数字系统（目前都是数字系统）中由于实时数据存在时间上非连续的模数转换，实时数 据只在本采样周期内有效，过了有效期的数据便失效。实时数据库即存储实时数据的数据库。由于实时数据的时效性，实时数 据库中存储的实时数据应该能尽量跟上现场实时数据的变化，否则实时数据库中存储的是无效数据。事实上，数字系统不可能像模拟系统那样几乎没有滞后地跟随现场的变化，数字系统的滞后主要取决于 DCS （或 SCADA系统）的数据采

6、集的采集周期，数据采集周期的选择又与数据 载体参数的变化速率（载体的时间常数）有关。一般的数据采样周期数 量级在0.1秒至1秒左右，用于闭环控制的采集周期可能小些，仅用于 测量的采集周期可能大些。从方便观察的角度说，数据的变化周期又不 可太快，在DCS或SCADA系统的人机画面上，实时数据的刷新周期 在12秒。如果实时数据库能以2秒的周期跟上实时数据的变化，则 用于流程型工业的企业级实时数据库的实时性能就可以得到保证。而据 不完全统计：国内已经在现场运行的实时数据库系统包括使用进口实时 数据库的系统只有个别系统能达到这一指标，其中原因下文将做分析。实时数据库之与非实时数据库的根本区别在于实时数

7、据库能“实时” 地跟随生产现场的变化。为了能够跟上实时数据的变化，实时数据库通 常会在物理上定义一个常驻计算机内存区的数据结构，这样存放其中的实时数据能快速数据刷新，而且计算机开销极小。剩下的重要问题就是 将实时数据以尽快的速度和最小的周期送往实时数据库以刷新旧的实 时数据，这可能是构建优良性能的实时信息系统的技术难点。实时数据库的一个重要功能是对实时数据的数据处理，包括对数据合理性的判断、数据滤波、对累计量的处理如流量积分，消耗量和产量的计 算等。数据处理是计算机的“强项”，该功能将不是本文讨论的重点。相对于磁存储介质（磁盘），计算机内存的容量是有限的，因而作为实 时数据库的核心，它能存储的

8、实时数据也是有限的。另一方面实时数据 必须定期存入磁盘保存，以备后用。存入磁盘的数据我们称为历史数 据，历史数据已是属于非实时数据的范畴了。但由于历史数据真实地记 录了过去某一时刻或时段的生产数据，也是实时数据库的重要组成部 分。早期的实时数据库使用封闭的文件系统，目前先进的实时数据库系 统直接使用开放的关系数据库如 Oracle或SQLServer等存储历史数 据，这样实时数据库就可以直接融入上层应用信息系统。实时数据库的结构 目前国内外的实时数据库产品对实时数据和实时数据库本身的结构基本上没有太多的考虑，有的实时数据库系统是从DCS系统或SCADA系统改造而来，有的实时数据库系统是从实时仿

9、真系统改造而来，它们 的实时数据库或多或少带有原来系统的烙印，尤其是引进的实时数据 库，其结构并不完全符合中国流程企业的实时数据的实际情况，如不适 应中国流程企业中的实际组织结构。如前所述，国内流程企业中生产数据的实际结构是很复杂的，生产装置 的数据、分析实验室的数据、储运系统的数据、动力系统的数据、电力 系统的数据等。要将一个企业的生产实时数据映射到实时数据库，只是 简单地用一个位号，即使用一维数据结构的数据库恐怕是难以胜任的。 要方便地存储、刷新和检索实时数据，实时数据库的结构应该是适应国 内流程企业实际情况的多维结构。我们提出多维实时数据库的概念，并 且在实践中使用于证明是可行和正确的

10、。多维实时数据库不但符合中国 企业的实际情况，也为分布式实时数据库系统、多级实时数据库系统的 发展展示了前景（下文中要介绍的NSIS实时数据库系统就是多维实时 数据库的成功范例）。构建实时信息系统构建实时信息系统，首先要有实时数据库平台。目前常见的有国外引进 的OSI公司的PI、Aspen公司的Infoplus 及Honeywell 公司的Uniformance(Phd)，国内有双硕公司的NSIS及浙大中控的ESP-iSYS 等实时数据库等平台。与构建一般的信息系统类似，有一个好的关系数 据库，还要有一个好的二次开发才能构建一个好的信息系统。实时信息系统除了实时数据库外，还必须有配套的系统，如

11、“数据采集 子系统”、“图形组态子系统”、“实时数据检索子系统”、“客户端 实时界面子系统”等，才能构成一个完整的实时信息系统。其中最重要 的子系统是数据采集子系统，这是本文要重点讨论的构建实时信息系统 的特点和难点。数据采集子系统的两大任务是实时数据的自动采集和实 时数据的实时传送。1 .实时数据自动采集实时数据自动采集是实时数据库系统在数据来源方面区别于其他信息系统的根本所在(一般信息系统的数据来源主要是人工录入或其他数据库)，它正是构建实时数据库系统的重点与难点。其困难在于流程工业企业的现场非常复杂。流程工业企业的生产控制层有多种生产装置，各有或共有 DCS控制系 统，DCS控制系统又有

12、各种厂家、不同型号、不同操作系统。要从 DCS 获取数据，DCS系统必须开放，好在目前新型的 DCS都是开放的，而 且开放标准逐渐统一为 OPC基金会制订的OPC(OLEforProcessControl) 标准。以横河 CS系列为例，其 OPC接 口能以1000ms的刷新周期和500数据/秒的通过量提供实时数据，这一指标完全可满足大部分实时信息系统的要求。但是目前流程工业企业运行的其他实时监控系统并不都具有OPC开放接口的。流程工业企业还有储运系统，以石化企业为例，企业有数以百计的物料罐(油罐)，罐中的储量是相当重要的数据。现代大型企业的物料罐一般都安装了物 位仪以及配套的SCADA系统，用

13、以测量物位并以此计算储量。由于物 位仪来自不同厂家、不同型号，因而从物位仪中读取实时数据是一件烦 杂的工作。要从现场读取数据，工程师们必须了解各种DCS、了解现场各种设备，从软件编程语言上至少必须精通微软的VC+、VB以及UnixC+ ,甚至汇编；在编程接口方面必须精通 OLE、OPC、DDE及各 种API软件接口。只有使用上述方法，具体说，就是只有从DCS系统或SCADA系统的实时数据库的缓冲区内存中，才能读取当前最新版本 的实时数据。如果 DCS没有实时接口或由于其他原因无法使用实时接 口，被迫从DCS系统的历史数据库中读取数据，这样的数据实时性就 较差了，严格说只能称为历史数据。2 .网

14、络实时通信协议目前众多的网络通信标准如 Web、HTTP、FTP等协议均为TCP/IP的 应用层协议，ODBC(OpenDataBaseConnection)协议是用于不同关 系数据库的通信协议，由于它们都不是实时通信协议，因而它们都不适用于网络实时通信。构建实时数据库系统首先需要一个规范和高效的网 络实时通信协议用以完成实时数据库的刷新和实时数据库的实时检索。网络实时通信是实时数据库的命脉，对于实时数据库起着关键的作用。网络实时通信要在数毫秒内将数百字节的数据从一个计算机的内存送至另一个计算机的内存，这种网络实时通信在10M的以太网上通过TCP/IP协议是不难实现的，关键是要制定网络实时通信协议。由于国际上没有通用的适合实时数据