分布式實時數(shù)據(jù)庫在鋼鐵中的應用

引言

根據(jù)國家“十一五”規(guī)劃的要求，對各個行業(yè)，特別是能源消耗型企業(yè)提出了更高更新的要求：清潔化生產(chǎn)、零排放。鋼鐵企業(yè)“以企業(yè)信息化帶動工業(yè)自動化”的步伐已經(jīng)邁出了堅實的腳步，對建成ERP（企業(yè)資源計劃）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、PCS（過程控制系統(tǒng)）這樣一套以數(shù)據(jù)流、資金流、物資流有機互動的信息化模式進行了多次有益嘗試，發(fā)現(xiàn)ERP、MES要能正常工作，離不開外部環(huán)境的支持，特別是數(shù)據(jù)支持體系，而其中尤以生產(chǎn)數(shù)據(jù)為重中之重。因此，強化企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)綜合利用與挖掘，建立自己的實時數(shù)據(jù)庫平臺，是實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)信息化的關鍵，是滿足企業(yè)資本和決策支持的根本需要。

實時數(shù)據(jù)庫技術概況

為了獲得對更新與查詢極快的響應，滿足實時應用的需要，將數(shù)據(jù)庫和實時系統(tǒng)兩者的概念、技術、方法和機制的無縫結(jié)合，產(chǎn)生了實時數(shù)據(jù)庫RTDB（Real Time Database）。實時數(shù)據(jù)庫就是其數(shù)據(jù)和事務都有顯式定時限制的數(shù)據(jù)庫，在時間的約束的條件下保證共享數(shù)據(jù)的一致性，數(shù)據(jù)的正確性不僅依賴于邏輯結(jié)果，而且依賴于邏輯結(jié)果的產(chǎn)生時間和導出結(jié)果所使用數(shù)據(jù)的時間一致性。
與傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫相比，實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)除了在重視數(shù)據(jù)一致性之外，還突出地強調(diào)了整個系統(tǒng)的實時性。在傳統(tǒng)應用領域上，關系型數(shù)據(jù)庫以嚴格的數(shù)學基礎，簡單清概念，便于理解和使用的操作獲得了巨大的成功，然而在現(xiàn)代工程（尤其是在工業(yè)控制領域）和時間關鍵型的應用領域面前，卻顯得束手無策。一方面企業(yè)希望該數(shù)據(jù)平臺能夠提供高速、及時的實時數(shù)據(jù)服務，能夠有效地集成異構(gòu)控制系統(tǒng)，提供分布式的數(shù)據(jù)服務。另一方面希望它可以在工廠控制層（現(xiàn)場總線、DCS、PLC等）與MES系統(tǒng)之間建立了實時的數(shù)據(jù)連接，使企業(yè)全生產(chǎn)過程控制和業(yè)務管理相結(jié)合。同時它也是流程模擬、先進控制、實時在線優(yōu)化、生產(chǎn)全過程管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺。而這些僅靠采集控制系統(tǒng)（DCS）和關系數(shù)據(jù)庫技術并不能完全解決。

分布式實時數(shù)據(jù)庫

ESP-iSYS實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是浙江中控軟件技術有限公司針對流程工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化而開發(fā)的分布式實時數(shù)據(jù)集成與過程監(jiān)控平臺。它為流程工業(yè)企業(yè)提供了統(tǒng)一而完整的實時數(shù)據(jù)采集、存儲、監(jiān)視和Web瀏覽功能，提供了API、OPC、ODBC等多種數(shù)據(jù)服務方式。該系統(tǒng)采用了COM/DCOM、系統(tǒng)容錯、任務調(diào)度、壓縮算法和位號映射等多項先進技術，保證了系統(tǒng)在企業(yè)局域網(wǎng)環(huán)境下能高效、穩(wěn)定、安全地運行。部分關鍵技術如下：
基于COM/DCOM的組件技術實現(xiàn)軟件的組件化，實現(xiàn)動態(tài)鏈接；
客戶端管理模塊管理客戶端軟件的調(diào)度；
實時數(shù)據(jù)庫技術；
多層分布式技術；
統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理與訪問平臺技術；
高性能的實時數(shù)據(jù)庫管理；
具有多層分布式客戶/服務器結(jié)構(gòu)；
優(yōu)良的擴展性；
能動態(tài)地修改實時數(shù)據(jù)庫中的組態(tài)信息；
完善的備份與恢復機制；
實時的分布式消息通信中間件 ；
磁盤歷史數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)門壓縮技術；
容錯技術；
數(shù)據(jù)處理：累積量計算、報警設置；
支持先控應用：可編程虛位號；
在分布式應用方面，通過計算機網(wǎng)絡和正確的DCOM配置和組態(tài)過程，ESP-iSYS可以連接不同計算機上或設備上的數(shù)據(jù)服務器（OPC/DDE），按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。同時，ESP-iSYS實時數(shù)據(jù)庫允許同時運行多套實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)，各個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分別采集不同的控制站位號，進行壓縮處理存儲，之上集中調(diào)度管理，做到物理上分布，邏輯上統(tǒng)一。其分布式體系結(jié)構(gòu)如圖所示：

從圖中可以看出，實時數(shù)據(jù)庫軟件和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)建立了控制網(wǎng)和企業(yè)局域網(wǎng)之間的信息聯(lián)系，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程信息的綜合集成。

實際應用

湘潭鋼鐵集團有限公司
湘潭鋼鐵集團有限公司有燒結(jié)、焦化、煉鐵、一高線、二高線、一棒、二棒等七個分廠共幾十套PLC和DCS系統(tǒng)，采集位號約15000點。目前正抓緊500萬噸鋼配套建設，進行新一輪結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力推進普鋼向優(yōu)鋼轉(zhuǎn)變，單一線棒材向板材等多領域轉(zhuǎn)變，同時以實施企業(yè)資源計劃（ERP）項目為契機，加快企業(yè)改革步伐，努力構(gòu)建集團化管理新模式，向現(xiàn)代企業(yè)制度邁進。
應用方案
針對湘潭鋼鐵廠分廠分散、控制系統(tǒng)較多的特點及分布式結(jié)構(gòu)、多個實時數(shù)據(jù)庫并存等要求，采用分布式集群實施方式，即各分廠單獨運行實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并由湘鋼信息中心統(tǒng)一管理。其結(jié)構(gòu)圖如下：

通過分布式實施，各個分廠實時數(shù)據(jù)庫并行運行，物理上分散，實現(xiàn)整個企業(yè)實時數(shù)據(jù)集群，實現(xiàn)采集、存貯、管理與查詢及歸檔管理，同時通過信息中心ESP-iSYS的管理，即可實時了解各分廠系統(tǒng)運行情況，實現(xiàn)上了邏輯上的統(tǒng)一，方便調(diào)度與決策。

應用效果

實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實施給整個湘鋼集團的生產(chǎn)和管理帶來了很多有益變化，得到集團公司的一致認可，有效地提升了企業(yè)的信息化水平，突出地表現(xiàn)在以下幾個方面：
統(tǒng)一的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫平臺
建立企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫平臺，用統(tǒng)一的平臺對不同控制系統(tǒng)各生產(chǎn)自動化裝置的實時數(shù)據(jù)進行采集、存儲和發(fā)布，并按信息化管理的要求，向企業(yè)管理層各管理子系統(tǒng)模塊提供生產(chǎn)現(xiàn)場的各種基礎數(shù)據(jù)。
生產(chǎn)系統(tǒng)實時監(jiān)控和管理
湘鋼集團廠區(qū)較大，裝置多而又分散，流程十分復雜，由于無法及時了解生產(chǎn)現(xiàn)場的情況，各種設施協(xié)同運行的系統(tǒng)管理一直很難做到。ESP-iSYS實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立為各級管理部門提供的遠程實時生產(chǎn)過程信息，有效地幫助調(diào)度人員及時調(diào)整物流方向，減少非計劃停車，保持生產(chǎn)的平穩(wěn)運行。
報警實時監(jiān)視
通過比較當前的數(shù)據(jù)和歷史趨勢數(shù)據(jù)，特別是結(jié)合裝置安全運行的經(jīng)驗，通過趨勢圖和數(shù)據(jù)的分析可以及早報告事故隱患，并且通過對事故前后實時記錄的歷史數(shù)據(jù)的分析，定位事故發(fā)生的原因。
便于操作考核和加強產(chǎn)品質(zhì)量控制
通過實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)記錄的裝置運行狀態(tài)參數(shù)的分析和中間產(chǎn)品的質(zhì)量分析，然后通過實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)快速返回相關的結(jié)果，來及時調(diào)整操作參數(shù)，確保裝置操作的平穩(wěn)性，從而有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
應用和集成平臺
全廠全生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)的歷史積累，是發(fā)現(xiàn)過程運行規(guī)律的數(shù)據(jù)基礎，而這些規(guī)律的集合則可構(gòu)成先進控制和流程模擬的數(shù)學模型；同時生產(chǎn)的實時數(shù)據(jù)也為MES、ERP等上層應用提供了數(shù)據(jù)運行環(huán)境。
集群實現(xiàn)
各個分廠實時數(shù)據(jù)庫集群并行運行，物理上分散，實現(xiàn)分布式實時數(shù)據(jù)的采集、存貯、管理與查詢及歸檔管理，同時通過總調(diào)度室ESP-iSYS集群服務器的管理，可實時了解各分廠系統(tǒng)運行情況，實現(xiàn)上了邏輯上的統(tǒng)一，方便調(diào)度與決策。