隨著社會發展及市場經濟的進一步推進，石化行業的競爭日益激烈，石化行業認識到只有根據市場的變化和要求，及時組織和調整產品結構，實現生產、經營過程的整體優化，才能在市場競爭中取得更好的經濟效益。
ERP是企業經營層面的管理系統，過程控制系統是用于企業的生產監控，企業僅僅依靠ERP和現場自動化系統無法在短時間內快速響應市場變化，調整產品結構。生產運行系統(Manufacturing Execution System, MES)作為ERP與過程控制層之間的“橋梁”，起到承上啟下的作用。它在提高企業生產效率、改善產品質量、降低生產損耗等方面具有重要的作用。
構建一個MES系統用以全面支撐計劃與調度、工廠優化、運行管理、生產統計、條件監控等業務，其前提與基礎是建立一個企業級的數據中心。該數據中心需要與控制系統集成以獲取實時的過程數據，能存儲大量的、實時的和歷史的生產過程數據，并提供數據分析工具支持數據的分析，支持標準的接口等功能。
1 PHD實時數據庫
霍尼韋爾公司的實時數據庫（Plant History Database，PHD），在結構上集成了關系數據庫（Oracle），解決了關系型數據的存儲，提高了應用軟件的集成度。它的工廠參考模型將連續的實時數據，以及連續的實時數據和生產操作處理時間集成起來，將原始數據轉化成有意義的企業管理信息。另外PHD豐富的數據接口滿足了企業生產業務不斷發展對數據集成的性能要求和擴展性要求。
PHD有三種基本的結構形式：對等結構、層次結構以及對等層次混合結構。對等結構部署較為復雜，所需設備數量較多，在數據庫、軟件、硬件及網絡維護方面會帶來較大的工作量。層次結構只需部署一臺PHD主服務器和關系數據庫，便于日后系統升級；與對等結構相比，用戶及各類應用程序可直接訪問，而不需知道信息在哪個系統中；同時在數據庫、軟件、硬件方面維護壓力相對較低。混合結構既有對等結構又有層次結構的特點，適用存取要求有限制的場合。
2 PHD接口方案設計
2.1 結構選擇
在PHD實時數據庫的結構選擇中，最終采用什么樣的結構方式，需要有以下因數決定：
1）系統的功能和使用情況；2）安全性；3）可靠性和系統的健壯性；4）系統的性能和響應時間；5）網絡的負荷；6）安裝時間和復雜程度；7）技術支持和復雜程度；8）技術升級和復雜程序。
在PHD三種結構中，層次結構中所需硬件數量較少，只需要PHD實時數據庫和關系數據庫兩臺服務器。相對簡單的部署結構，有利于系統的硬件維護，數據庫管理及技術支持和系統升級。
2.2 OPC接口
PHD實時數據庫需要集成控制系統中大量的過程數據。對控制系統與智能儀表與信息系統的數據交互方面，為避免由于現場的控制系統( DCS/PLC/FCS) 以及各種智能儀器設備通信方式不統一, 導致現場設備和實時數據庫之間的數據互操作性差、通信不穩定等問題，可采用開放、標準的OPC技術進行數據源的訪問，提高企業級數據中心的可拓展性，滿足企業不斷發展的業務要求。
OPC 全稱為OLE for Process Control, 是在Microsoft 的領導下由OPC 基金會組織倡導的, 由全世界范圍內自動化領域中處于領導地位的廠商協作制定的自動化領域軟件的接口標準。OPC標準是具有廣泛的代表性，通過OPC技術的應用，不同系統間的集成變得非常容易。
2.3 雙BUFFER機策略
BUFFER機是負責和控制系統通訊，用于數據的采集與緩沖，它將采集到的數據直接傳送到PHD服務器中。Buffer機與PHD服務器的連接有兩種方式：1、單BUFFER連接PHD服務器；2、雙BUFFER連接PHD服務器。
雙Buffer連接PHD服務器，在實際應用中，可以較好地保證實時數據采集的穩定性。在一些業務管理中，對實時數據的要求是7*24小時，這種連接方式能夠有效地確保關鍵性業務不會因為數據采集異常而導致業務應用的癱瘓。
2.4 多數據通道策略
數據通道是對PHD實時數據庫的數據接口進行分類管理。在PHD實時數據庫應用中，一般采用單數據通道，但它會隨著數據接口的不斷增加會出現數據采集不穩定，接口易掉線等問題，嚴重影響到基于實時數據庫的各類業務應用。為避免此類情況下的數據采集不穩定，可將數據接口服務由單通道改為多通道，使數據采集的穩定性大幅度提升。
2.5 網絡結構設計
2.5.1 網絡安全
隨著自動化技術與IT技術的不斷融合，SCADA、DCS、PLC 等工業過程控制系統也日益變得開放和標準化，通過現場總線，OPC等技術的應用工業設備接口越來越開放，工業過程控制系統逐漸從封閉走向互聯，與此同時企業信息化進程也使得工業控制系統不再與外界隔離。
MES作為信息管理系統，它與控制系統的數據集成，即信息網與控制網的融合，為建立企業數據中心提出了新的安全要求，既不能將信息網與控制網分割開，又要從信息安全、網絡安全的角度，全面考慮兩網融合后的安全需求。
2.5.2 控制系統網絡現狀
DCS系統控制網絡（局域網或環網）是由控制器廠商設計并架設，其設備類型為一般集線器，但集線器不具備任何網絡分割和安全防護功能。一旦DCS系統中一臺主機受到感染，立刻會波及至整個DCS系統。
DCS控制系統的操作站與上位機在防病毒安全性方面，普遍存在防病毒軟件補丁更新的延遲。各類DCS系統都有其所支持的防病毒軟件，并不是現行通用的防病毒軟件都能使用。對其支持運行的防病毒軟件，病毒補丁程序需要進行大量的工業測試才能進行補丁安裝。
2.5.3 網絡方案設計
基于信息網與控制網融合的前提條件，針對控制網目前的安全現狀，在建立企業級數據中心的同時，需要有一個高可靠性、高性能、安全穩定的網絡環境。PHD實時數據庫在企業生產經營過程中，對生產監控、指揮起著至關重要的作用，實時數據庫運行中的Buffer機與服務器對網絡的要求是：一、必須足夠健壯，能夠應對網絡設備宕機等突發事故。二、具有較高的安全性，能有效抵御企業外部與內部的病毒攻擊。三、具備高帶寬、高性能、低延時的特點。
為確保企業數據中心與控制系統對網絡的應用要求，需要設計建立一條生產網。該網絡中僅部署Buffer機與實時數據庫相關服務器，使與控制系統有關的Buffer PHD通過專用鏈路且只與實時數據庫進行通訊。在用戶數據訪問中，生產網與目前的辦公網絡在物理鏈路完全隔離，辦公網需通過防火墻才能對生產網中的WEB服務器進行數據訪問。
3 系統應用案例
蘭州石化于2006年開始MES項目實施，采用層次式結構、多數據通道、OPC通訊、雙Buffer連接PHD的接口設計方案，完成了80余套裝置、5種DCS品牌、十余種型號DCS的生產數據集成，并通過關系數據庫集成了儲運管理、班組核算等相關信息系統業務數據，建立起了統一的企業數據平臺，達到最優化的數據采集和統一接口維護目標。圖1為接口設計方案示意圖。
圖1 接口設計方案示意圖
在網絡基礎上，結合相關安全要求，建立一個生產專網。其網絡結構采用分布式的三層架構，將生產網劃分為核心、匯聚及接入三層。在接入層設備中根據業務管理歸屬，對設備進行VLAN劃分，這樣可以在爆發廣播風暴時將其控制在最小的范圍之內。
1) 核心層連接用千兆以太網技術，使用光纖進行連接。為了保證核心層的可靠和穩定，使用雙線路分別上聯兩臺核心的方式來構造核心層。兩臺核心層交換機之間、核心交換機和數據中心交換機之間采用千兆連接，核心層交換機到匯聚層交換機之間采用千兆連接。核心層的主要目的是為了高速、穩定地轉發數據，因此生產網絡核心層配置了高性能的支持分布式轉發功能的千兆以太網光纖交換板卡和千兆以太網板卡，解放引擎壓力，提高核心層網絡性能。
2) 在保證局域網匯聚層性能、冗余可靠性的情況下，配置高端口密度匯聚層交換機以擴展匯聚層節點數量，采用千兆光纖鏈路上聯核心設備，加強網絡可靠性。匯聚層交換機與所有接入層交換機千兆單模光纖連接，保證接入交換機系統在連接至匯聚設備后，能夠順利訪問核心層的相關業務系統，或者訪問不同接入節點的相關網絡共享資源。
3) 接入層網絡通過交換機，采用單模光纖與匯聚層交換機互聯。
4) 生產網和辦公網之間部署防火墻，實現由生產網至辦公網的單向訪問。防火墻配置相應安全策略，允許PHD服務器、BUF-FER機訪問一部分辦公網資源，如防病毒和補丁程序網站等。
4 結論
該文通過對比PHD系統在不同的接口設計方案中的穩定性及可擴展性等問題，設計了基于OPC技術、層次結構、多數據通道的實時數據庫接口方案。該方案具有優化的數據采集結構，統一的數據接口，較高的可擴展性及穩定性，在企業信息化建設中，對以集成、整合為目標的全域信息化工程有著廣泛和深遠的工程實際意義。
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本文標題：PHD實時數據庫的應用與研究
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