數(shù)據(jù)采集及信息集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

梁嬌

（黑龍江省保密技術(shù)服務(wù)中心）

摘 要：數(shù)據(jù)的采集和信息集成系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)裝置的制造質(zhì)量有著重要的影響。在現(xiàn)代化社會(huì)，工業(yè)發(fā)展對(duì)其要應(yīng)用到的具體操作技術(shù)也有了更為嚴(yán)格的要求。數(shù)據(jù)采集和信息集成系統(tǒng)作為現(xiàn)代化工業(yè)中的重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該有更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)方案，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該使用更合理的操作技巧。本文將針對(duì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析和論述，希望能夠討論得出科學(xué)化的結(jié)論，以起到促進(jìn)我國(guó)工業(yè)發(fā)展的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)信息；信息集成系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)工程中具體生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析和了解，能夠有效的增加工程的完成效率，提高工業(yè)產(chǎn)品的制造質(zhì)量。這種情況在石油工業(yè)中就有著很重要的表現(xiàn)。現(xiàn)階段，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)化的技術(shù)已經(jīng)有了普遍的應(yīng)用。但是由于技術(shù)工作人員的操作等相關(guān)的原因數(shù)據(jù)采集和信息集成系統(tǒng)在具體的應(yīng)用環(huán)節(jié)中仍然存在著一些問(wèn)題，急需得到改進(jìn)。本文即將結(jié)合具體的發(fā)展良好的實(shí)際例子，對(duì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。

1 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

四類現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)：

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的溫度、流量、壓力及液位等儀表信號(hào)進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表打印、歷史數(shù)據(jù)查詢等生產(chǎn)輔助管理功能；與石化公司實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)連接，向公司局域網(wǎng)發(fā)送實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，便于生產(chǎn)管理與調(diào)度；實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)下傳功能。四類現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)包括溫度信號(hào)、流量信號(hào)、壓力信號(hào)及液位信號(hào)。

流量、壓力及液位信號(hào)主要有以下四種類型：4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，經(jīng)串聯(lián)250Ω的精密電阻后可以通過(guò)模擬量輸入模塊采集來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的流量、壓力及液位信號(hào)。1～5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，可以直接通過(guò)模擬量輸入模塊采集來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的流量、壓力及液位信號(hào)。頻率信號(hào)，可直接通過(guò)四路脈沖量輸入模塊采集來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的流量信號(hào)。以上三類信號(hào)都是電信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸入模塊后可直接為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用。還有一類是20～100kPa的氣信號(hào)。這類信號(hào)還必須通過(guò)氣/電轉(zhuǎn)換器將20～100kPa氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流信號(hào)后再為系統(tǒng)使用。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

壓力、流量、液位及溫度信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡和輸入模塊后，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)理和模/數(shù)轉(zhuǎn)換，與計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232進(jìn)行通訊，接入現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印及數(shù)據(jù)查詢等生產(chǎn)輔助管理功能。生產(chǎn)裝置信息集成系統(tǒng)運(yùn)行在Windows2003及其以上環(huán)境中，UnitInfor采用C/S架構(gòu)，既可以運(yùn)行在生產(chǎn)裝置的一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，也可以分布在不同的計(jì)算機(jī)上。系統(tǒng)采用了模塊化的三層結(jié)構(gòu)。三層結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，并且可以分別進(jìn)行升級(jí)，從而提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

這三層自下而上分別是：第一層，數(shù)據(jù)通訊采集層，負(fù)責(zé)和各種DCS、PLC、儀表通訊，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。第二層，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。第三層，數(shù)據(jù)應(yīng)用層，位于三層結(jié)構(gòu)的最上層。主要提供用戶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史趨勢(shì)顯示、LIMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢、調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，并且這些功能是可選的，根據(jù)具體需要而定。

3 系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中能夠起到的作用

現(xiàn)階段，各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)單位持有的相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用水平從整體上看，并沒(méi)有太大的差別。比如說(shuō)，大型的生產(chǎn)裝置中，通常都裝配有DCS的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在工作的過(guò)程中，理論上將值需通過(guò)生成相關(guān)報(bào)表、查看有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行實(shí)施數(shù)據(jù)的上傳，就可以完場(chǎng)系統(tǒng)的工作。而其他中小型的生產(chǎn)裝置中，通常并不會(huì)裝配DCS的控制系統(tǒng)，而是通過(guò)對(duì)二次儀表的使用，完成所需進(jìn)行的工作。但是相比于DCS系統(tǒng)，二次儀表的正常工作還需要在完成實(shí)施數(shù)據(jù)的顯示、相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢等工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行。另一方面，生產(chǎn)裝置還需要完成不同統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成工作，通常情況下這些統(tǒng)計(jì)報(bào)表除了要具備基本的歷史數(shù)據(jù)之外，還需要具備LIMS數(shù)據(jù)庫(kù)之中的相關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的錄入過(guò)程，有時(shí)還需要經(jīng)過(guò)人工的處理。但是在人工除了數(shù)據(jù)的過(guò)程中，通常會(huì)存在一定的困難，比如系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的移動(dòng)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，以及設(shè)備的相關(guān)問(wèn)題，這些問(wèn)題都有可能引起人工錄入數(shù)據(jù)出現(xiàn)失誤。為了避免這些不良現(xiàn)象出現(xiàn)，還需要將操作系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的完善。

3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

利用用于過(guò)程控制的OLE（OPC）通訊技術(shù)，UnitInfor可以使用OPC的標(biāo)準(zhǔn)接口很容易地將數(shù)據(jù)讀入到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)于特殊設(shè)備及其他類型的通訊形式，需要開(kāi)發(fā)特定的通訊軟件接口，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)最終由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)組態(tài)規(guī)定對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.2 化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)查詢

各裝置的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在LIMS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，當(dāng)質(zhì)檢部門(mén)在化驗(yàn)分析完成后，會(huì)將數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，供各生產(chǎn)裝置查詢。操作員可以通過(guò)系統(tǒng)的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)查詢功能及時(shí)掌握原料和產(chǎn)品的質(zhì)量狀況，調(diào)節(jié)生產(chǎn)。

4 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果

下實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集和信息集成系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)性能的優(yōu)化，進(jìn)而促進(jìn)生產(chǎn)工作的高效進(jìn)行。具體來(lái)說(shuō)，這個(gè)系統(tǒng)有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。

4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的簡(jiǎn)便化

生產(chǎn)裝置在使用的過(guò)程中，其報(bào)表必須得到及時(shí)的更新和修改。如果應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)，在報(bào)表更改的過(guò)程中，還需要對(duì)所引用的軟件進(jìn)行相關(guān)的改動(dòng)，以適應(yīng)具體的工作環(huán)境。將數(shù)據(jù)采集和信息集成的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)過(guò)程中，在相關(guān)的軟件編制和安裝完成之后，便可以直接投入到實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，而不需要沿用傳統(tǒng)的修改軟件的方式。在報(bào)表修改的過(guò)程中，只需要通過(guò)在EXCEL文件中，進(jìn)行少量的改寫(xiě)，就可以達(dá)到工作的要求。與傳統(tǒng)的方式相比，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，極大的減少了工作人員的工作負(fù)擔(dān)，也能夠有效的避免由于軟件的改寫(xiě)而造成的誤差，非常有益與工作的高效進(jìn)行。

4.2 模塊化的形式

在系統(tǒng)的具體應(yīng)有過(guò)程中，采用模塊化的設(shè)計(jì)形式，可以便于報(bào)表能夠自動(dòng)的根據(jù)行管數(shù)據(jù)適應(yīng)程序。這種設(shè)計(jì)為報(bào)表的修改提供了便利。

4.3 容錯(cuò)能力

在軟件的編寫(xiě)過(guò)程中，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，能夠使人間具備一定的容錯(cuò)能力。這就可以保證在設(shè)備允許的范圍內(nèi)的誤差被合理的忽略，這將有益與軟件可以高效的完成工作。

4.4 規(guī)范化的界面

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將WINDOWS系統(tǒng)作為提供技術(shù)支持的主要平臺(tái)，這可以在保障界面功能完善的條件下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的易操作性。這樣工作人員在工作的過(guò)程中，就不需要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的培訓(xùn)。在減少工作人員工作負(fù)擔(dān)的條件下，也減少了企業(yè)花費(fèi)的成本，這種界面，非常有實(shí)際推廣的價(jià)值。

結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)采集和信息集成系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效的避免傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中存在的各種問(wèn)題，有效是實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的操作，以及多系統(tǒng)的融合，能夠有效的避免系統(tǒng)故障的出現(xiàn)。另外，這種系統(tǒng)的操作相對(duì)比較簡(jiǎn)便，能夠幫助工作人員盡快上手，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，這也使這項(xiàng)技術(shù)更具有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。

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