PHD實時數(shù)據(jù)庫在化工企業(yè)的應用

谷克宏 黃岷 何江銀 張振宇

[摘 要] 針對化工企業(yè)MES系統(tǒng)中的PHD實時數(shù)據(jù)庫部分，介紹了多種PHD實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集方式及PHD Server數(shù)據(jù)的訪問應用方式。同時，結合在化工企業(yè)甘肅銀光聚銀化工有限公司的具體應用，對實施過程中的關鍵技術做了詳細論述。

[關鍵詞] 實時數(shù)據(jù)庫；PHD；接口；DCS；數(shù)據(jù)采集

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 024

[中圖分類號] TP315；TP392 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）17- 0039- 03

1 實時數(shù)據(jù)采集

1.1 PHD數(shù)據(jù)庫簡介

PHD系統(tǒng)是一個生產(chǎn)信息集成平臺，為流程工業(yè)提供了一個用于生產(chǎn)管理的統(tǒng)一的信息化數(shù)據(jù)庫。它將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、物料移動數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量指標等各種數(shù)據(jù)采集、存儲并加工成新的信息資源，提供給管理、銷售、技術、操作等各層次人員，從而解決了企業(yè)各個部門信息不一致的問題，幫助他們及時做出決策。

1.2 數(shù)據(jù)采集設備

數(shù)據(jù)采集是實時數(shù)據(jù)庫運行的基礎，PHD實時數(shù)據(jù)庫可提供毫秒級采集頻率，并能夠保證采集數(shù)據(jù)的可靠性以及實時數(shù)據(jù)的一致性和完整性。同時，提供的數(shù)據(jù)采集接口能夠方便地進行數(shù)據(jù)定義和配置。PHD具有一套可以與大部分型號的DCS進行連接的產(chǎn)品化RDI（實時數(shù)據(jù)接口），可以實現(xiàn)與霍尼韋爾、橫河、 ABB、西門子、FOXBORO、FISHER、和利時等多家廠商DCS和OPC（OLE for Process Control）服務器的連接。

在MES的實施過程中，大部分DCS和PLC等控制系統(tǒng)配備有各廠家的OPC Server，或者第三方的OPC。所以PHD數(shù)據(jù)采集的主要方式就是通過RDI與OPC通信，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的平穩(wěn)采集。同時PHD也能對非連續(xù)數(shù)據(jù)進行采集，如手動位號等，從而為MES上層模塊提供有效的數(shù)據(jù)支持。

1.3 PHD數(shù)據(jù)采集方式

RDI是PHD系統(tǒng)采集實時數(shù)據(jù)的通道，也是PHD與PHD之間交換數(shù)據(jù)的通道。在連接PHD與PHD時，RDI提供了兩種用途的接口。

1.3.1 Shadow接口

遠程RDI可以將遠程PHD與主PHD連接起來，遠程PHD是一個完整的PHD系統(tǒng)，主PHD作為遠程PHD的影子，它們共享同樣的標簽定義。遠程PHD 從實時系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)存放在自己的實時數(shù)據(jù)庫中；主PHD定時接收遠程PHD的數(shù)據(jù)，并且把數(shù)據(jù)存放在自己的數(shù)據(jù)庫中，就像是影子，因此主PHD 又稱Shadow PHD。主PHD與遠程PHD主要是通過后臺的RDI接口配置文件，實現(xiàn)互相通信。

1.3.2 Buffer接口

遠程PHD系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)緩沖，Buffer接口負責和Shadow接口之間通信。主PHD服務器連接遠程PHD服務器，它們使用相同的關系數(shù)據(jù)庫，因此它們共享相同的標簽，遠程PHD服務器從實時系統(tǒng)中收集信息并存儲在自己的PHD數(shù)據(jù)庫中，主PHD服務器定期獲取這些信息并提供給用戶。如果由于某種原因主 PHD服務器和遠程PHD服務器通信中斷，所有收集的實時數(shù)據(jù)將會被保存，當通信恢復時，主PHD服務器會自動從斷點開始恢復。

在MES系統(tǒng)實施中，PHD的實施采用了這種PHD—PHD的傳輸模式：首先在機房安裝配置Shadow PHD服務器，然后在裝置現(xiàn)場安裝配置Buffer PHD，兩臺PHD采用相同的安裝配置，Shadow RDI與Buffer RDI通過配置文件建立關聯(lián)，Buffer PHD通過Buffer RDI實現(xiàn)與OPC服務器的通信，將數(shù)據(jù)位號模板導入到PHD后，模板中的位號的數(shù)據(jù)即被采集并保存到Buffer PHD中，Shadow PHD通過Shadow RDI取得Buffer PHD中的數(shù)據(jù)，完成了數(shù)據(jù)PHD—PHD模式的傳送，也完成了PHD的實施流程。主PHD從遠程PHD采集并保存數(shù)據(jù)，為MES其他模塊提供數(shù)據(jù)支持。

采用多PHD服務器的配置主要能夠帶來兩個優(yōu)點：首先從功能上將PHD服務器分離，遠程PHD服務器負責實時數(shù)據(jù)的采集，而主PHD服務器負責將采集到的信息供用戶使用；其次在安全上，將實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)環(huán)境和最終用戶環(huán)境做了分離，最終用戶使用實時數(shù)據(jù)并不需要直接連接到DCS系統(tǒng)中，方便操作的同時也大大增加了安全性。為了保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，防止由于意外故障引起的數(shù)據(jù)丟失，PHD—PHD的連接可以采用雙Buffer PHD連接Shadow PHD，這種情況下，有兩個Buffer PHD同時收集數(shù)據(jù)，一個處于激活狀態(tài)，一個處于備份狀態(tài)，如果激活狀態(tài)的PHD發(fā)生故障，備份狀態(tài)的PHD就會立即替代，進入激活狀態(tài)。聚銀公司PHD-PHD的連接，采用單Buffer PHD連接Shadow PHD。

1.4 OPC接口技術

在實時數(shù)據(jù)采集過程中，管理網(wǎng)需要從控制網(wǎng)上實時地獲取工藝生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)以滿足不同的管理需求。但由于控制網(wǎng)上的DCS、PLC和其他智能儀器儀表通常來自不同的廠商，相互之間的通信非常復雜。OPC作為硬件和軟件之間的一個中間件，解決了上述問題，它為工業(yè)數(shù)據(jù)通信提供了一種標準。OPC是 Microsoft公司的對象鏈接和嵌入OLE/COM技術在過程控制方面的應用，為工業(yè)控制領域提供了標準的數(shù)據(jù)訪問機制。

在MES實施中，PHD實現(xiàn)了與聚銀公司多套DCS的OPC服務器的連接，如：橫河、DeltaV、浙大中控等，通過Buffer PHD 和對DCOM（分布式組件對象模型）進行配置，實現(xiàn)與OPC服務器的連接。

1.4.1 橫河公司DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案

橫河公司的DCS系統(tǒng)是Centum系列，DCS系統(tǒng)通過安全VPN 協(xié)議運行。對于CS3000/CS1000/CS系統(tǒng)，每套裝置增加一臺ExaOPC-NTPF100服務器，安裝以太網(wǎng)網(wǎng)卡及與控制總線VNet通訊的VF701卡，并安裝ExaOPC-NTPF100軟件包。ExaOPC-NTPF100通過VF701卡直接與CS 3000/CS1000/CS控制總線VNet連接，由控制總線直接從控制器讀取過程數(shù)據(jù)以及進行報警事件通訊。

1.4.2 艾默生公司DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案

艾默生公司的DCS系統(tǒng)采用的是DeltaV控制系統(tǒng)，需要配置一臺DeltaV系統(tǒng)應用站，建立一個硬件平臺，OPC Server就安裝在應用站內(nèi)，通過以太網(wǎng)卡，OPC通訊，用戶可以方便地將數(shù)據(jù)取到Buffer PHD服務器中，完成數(shù)據(jù)信息的采集工作。

1.4.3 浙大中控公司DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案

在DCS系統(tǒng)建立獨立的OPC Server采集并傳輸過程數(shù)據(jù)，OPC Server安裝浙大中控專為MES/ERP系統(tǒng)接口開發(fā)的OPC Server（V3.4）軟件包，提供豐富的接口功能與強大的軟件通訊處理能力。同時，獨立的OPC Server網(wǎng)關型結構確保了MES與DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡隔離，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。每套系統(tǒng)在硬件方面增加一臺操作站作為OPC Server，安裝3個以太網(wǎng)卡，并安裝系統(tǒng)軟件包OPC Server軟件。OPC Server通過雙以太網(wǎng)卡直接讀取控制系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)以及進行報警事件通訊。OPC Server的另一塊以太網(wǎng)卡向MES系統(tǒng)傳送過程數(shù)據(jù)。浙大中控DCS系統(tǒng)增加OPC Server實施起來比較容易，基于中控系統(tǒng)的開放性和集成性設計，可以在不用系統(tǒng)停機的情況下任意加裝OPC Server軟件，使該站作為OPC服務器，同時向上層網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)的訪問應用

目前從PHD Server訪問數(shù)據(jù)的主要方法有4種，用戶可以有多種開發(fā)語言選擇，可以開發(fā)基于C/S、B/S的程序。

2.1 PHD API（應用程序編程接口）

PHD API函數(shù)庫是用于開發(fā)用戶應用程序的接口，是所有客戶化開發(fā)的基礎。API函數(shù)有豐富的功能，如存取歷史數(shù)據(jù)、執(zhí)行計算、將數(shù)據(jù)輸入DCS以及對PHD 的歷史數(shù)據(jù)進行編輯等。它支持C，C++，VB等多種高級語言編程讀取實時數(shù)據(jù)，使用者需熟悉編程語言和PHD的API函數(shù)庫，所以日后用戶的維護有一定的難度。

2.2 OPC Server

在裝置、工廠和公司各級都可安裝數(shù)據(jù)庫的OPC Server，用戶或第三方應用都可以使用OPC的標準方法讀取數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)，使用起來比較方便快捷。但這種方式的缺點是必須對PHD Server的DCOM進行配置，并對相應的用戶開放相關權限，對系統(tǒng)的保密性和安全性有一定的影響。

2.3 ODBC和SOL（結構化查詢語言）讀取

ODBC和SQL讀取，PHD提供通過關系數(shù)據(jù)庫的接口對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行讀寫，即通過SQL或ODBC應用程序進行數(shù)據(jù)的裝入或轉出。在數(shù)據(jù)庫中把這種功能稱為關系數(shù)據(jù)庫和PHD的接口。有了這種機制，對于那些不懂得如何用API函數(shù)編程而掌握SQL知識的用戶，可直接用SQL語句對PHD進行數(shù)據(jù)的添加和刪除。OLE DB Provider方式是從Honeywell PHD 202版本才開始提供的，它提供了以類似關系數(shù)據(jù)庫方式訪問PHD Server的方法。該方法訪問PHD簡單可靠，功能強大。但是 OLE DB Provider方法不提供PHD歷史數(shù)據(jù)直接編輯，所以要修改PHD歷史數(shù)據(jù)，應先刪除該條記錄，然后插入新數(shù)據(jù)，把時間戳改成前面的值。 OLE DB Provider只提供簡單的SQL語句，并不支持比較復雜的SQL語句。

2.4 PHD Automation OLE（對象連接與嵌入）Server和ActiveX控件可視化控件方式

PHD Automation OLE Server和ActiveX控件，在PHD的客戶端提供了一個稱為Visual-PHD的模塊，該模塊將支持微軟的DCOM技術。Visual-PHD由兩部分組成：一個OLE自動服務器和一組ActiveX對象。該方法實現(xiàn)起來比較麻煩，配置比較繁瑣，一般較少使用。

在聚銀公司的MES項目實施中，就是通過API函數(shù)的方式從PHD中提取實時數(shù)據(jù)，用于生產(chǎn)管理各種統(tǒng)計報表、實時報表以及單元生產(chǎn)成本的展示。例如創(chuàng)建以下函數(shù)：

CREATE FUNCTION [dbo].[PHD_GetLastValue]（@tags [nvarchar]（4000）， @endTime [datetime]）

RETURNS TABLE （

[TagName] [nvarchar]（50） NULL，

[TimeStamp] [datetime] NULL，

[Value] [float] NULL，

[Confidence] [int] NULL，

[HostName] [nvarchar]（50） NULL，

[Units] [nvarchar]（50） NULL，

[FormatedTime] [datetime] NULL

） WITH EXECUTE AS CALLER

AS EXTERNAL NAME [PHDAccess].[PHDAccessProxy].[GetLastValue]

此函數(shù)包含兩個參數(shù)@tags和@endTime并返回一張?zhí)摂M表數(shù)據(jù)。

@tags參數(shù)用來傳入需要提取的點位位號，@endTime參數(shù)傳入提取時間，內(nèi)部通過調(diào)用霍尼韋爾封裝好的PHDAccess程序集來提取PHD實時數(shù)據(jù)，返回的虛擬表包括位號、采集時間、數(shù)值、可信度、主機名、單位和提取時間字段。

查詢多個點位的數(shù)據(jù)：

首先，將需要查詢的點位位號添加在一張參數(shù)表中。然后定義一個varchar型的字符串變量，長度設為max，并將參數(shù)表中的位號PTag字段拼接成一個用“，”號隔開的字符串賦給變量：

declare @tagString varchar（max）

set @tagString='PTag'

select @tagString=@tagString+'，'+（rtrim（PTag）） from DataProperty

定義時間變量，并設置為當前時間：

Declare @Time datetime

Set @Time=getdate（）

最后，把字符串變量和時間變量傳給上面創(chuàng)建好的函數(shù)即可：

select * from dbo.PHD_GetLastValue（@tagString，@Time）

3 結束語

通過采用PHD實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以搭建企業(yè)控制層與管理層之間的橋梁，將它們有機地結合起來，將分散的信息資源集成起來，實現(xiàn)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動采集、存儲和監(jiān)視。聚銀公司PHD實時數(shù)據(jù)庫的搭建實施采用層次式結構、多數(shù)據(jù)通道、OPC通訊、單Buffer連接PHD的接口設計方案，完成了7套裝置、3種DCS品牌、5種型號DCS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成，并通過關系數(shù)據(jù)庫集成了質(zhì)量數(shù)據(jù)、裝桶數(shù)據(jù)等相關信息系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)，建立了統(tǒng)一的企業(yè)數(shù)據(jù)平臺，達到最優(yōu)化的數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)一接口維護目標。

主要參考文獻

[1]崔振偉，王華. PHD實時數(shù)據(jù)庫在MES中的應用[J]. 石油規(guī)劃設計，2009，20（4）：34-37.

[2]Honeywell Inc. PHD OPC Server User Guide[Z].USA： Honeywell International Inc，2004.