以CORBA為支撐的分布式多DCS數據采集系統應用分析與研究

摘 要：數據在現代社會各領域中發揮著重要作用，由于數據的產生是實時的、多元化的，其收集工作也因此較為困難。基于此，本文研究以CORBA為支撐的分布式多DCS數據采集系統以及其應用，給出系統拓撲結構、核心技術，之后簡述此前CORBA下數據采集系統的問題，最后通過仿真實驗的方式，論證新系統在工作能力方面的優勢，以期通過分析明晰理論，為后續工作提供必要參考。

關鍵詞：CORBA;DCS數據采集系統;CAN總線系統;通信信道

為實現數據的高效收集和處理，DCS（Distributed Control System）數據采集系統得到重視，該系統在集中式控制系統的基礎上發展而來。以CORBA（公共對象請求代理體系結構;Common Object Request Broker Architecture）技術為依托，DCS數據采集系統獲取了工作能力上的進一步提升，可應對此前數據收集中的實際問題。本文就CORBA技術下分布式多DCS數據采集系統進行分析。

1 以CORBA為支撐的分布式多DCS數據采集系統框架

1.1 系統拓撲結構

CORBA技術作為依托，分布式多DCS數據采集系統獲取了工作的集成化平臺，以及更為明確的總體架構。新的系統強調獨立工作和獨立控制，其拓撲結構包括信息采集終端、加工系統、存儲終端、通信結構等。信息采集終端的類別、形式是多樣化的，主要取決于系統面向的對象，如系統服務于公共場所，信息采集可依賴監控設備，也可以通過用戶鍵入的方式生成信息。加工系統負責對收集所獲信息進行初步處理，如數字化處理、分類等。存儲終端主要負責對加工后的信息進行緩存，使信息累積成為資料庫。通信結構負責信息之間的交互、傳輸，如用戶發出了“采集數據”信息，借助DCS數據采集系統進行傳輸、反饋，實現系統的實用功能。[1]

1.2 系統核心技術

以CORBA為支撐的分布式多DCS數據采集系統，主要借助集成技術、CAN總線技術、通信技術、智能技術作為基本技術，另以數字化技術、硬件技術等作為輔助，生成完整的工作系統。集成技術強調將DCS技術和CORBA通過連接線路、電子芯片等完成組合，使其滿足PLC意義上的工作要求，形成一個新的工作體系。[2]CAN總線技術負責實現不同終端信息的異道傳輸，以免信息之間出現互擾問題。智能技術強調以默認程序支持系統的流程化作業，包括信息采集的對象、傳輸間隔、處理方法等。通信技術取有線通信方式，以降低與周圍環境的互擾。其他輔助技術結合系統工作需要進行設計。

2 此前CORBA下數據采集系統的問題

2.1 擁堵和互擾

早期的數據收集系統也會借助CORRA技術，但當時缺乏DCS技術、CAN總線技術等作為支持，數據采集面臨擁堵、信號互擾、信號類別多樣等問題。如冶煉企業的信息采集，在工作壓力較大的情況下，多樣化的信息同步產生，這些信息在相同或者相近的時間里同時向采集系統傳輸，必然導致信道擁堵、多樣信號讀取困難問題。而且無論采用有線通信技術還是無線通信技術，都面臨明顯的信號互擾，導致信息難以讀取或者失真情況，采集所獲信息價值有限。[3]

2.2 信息交互的延遲

與簡單的信息存儲不同，CORRA技術強調面向用戶提供服務，這對系統的交互能力提出了明確要求。如前文所述，早期的數據采集系統往往面臨信道擁堵、信號互擾問題，這些情況直接降低了系統進行信息交互的能力。與此同時，早期的數據采集系統和交互系統難以實現技術上的集成，兩項工作是割裂的，當管理一端完成了信息的收集后，首先要集中進行加工分析，在結果的基礎上進行反饋，效率不足、延遲明顯。DCS技術的出現，一定程度上解決了集中處理信息效率低下的弊端，但沒有根本改善信息延遲的問題。

3 仿真實驗

3.1 標準工作流程

在本次設計方案下，CAN總線系統以及其他連接線路完成對CORBA技術以及DCS技術的物理融合，生成可以直接面向對象的工作框架。在該框架下，用戶鍵入的信息、執行結構自行獲取的信息，以固定間隔持續通過有線通信系統進行傳輸，首先傳輸至DCS技術下獨立工作的控制終端進行初步的處理和識別，一些具有特殊性的信息（默認DCS技術下獨立終端無法處理），則借助CAN總線系統傳輸給上一級控制終端，該過程借助PLC邏輯控制器進行，是自動化、規范化的，無需人員干預。CORBA技術提供的多個公共接口、應用接口，保證了DCS面向的工作對象是多元化可擴展的，具體接口數則結合工作需要確定。所有獨立工作的DCS數據采集系統都可以自行存儲一般性數據。

3.2 實驗過程和結果

模擬對象為S冶煉企業，對其高爐、噴吹系統等工作結構進行直接監控，要求了解對象的實時工作狀態，以便發現異常，同時記錄對象常規工作狀態下的基本信息，用于后續工作優化。以上文（1.1、3.1）所述為基礎，建設以CORBA為支撐的分布式多DCS數據采集系統。企業冶煉系統結構如下圖所示。

冶煉系統結構圖

模擬實驗的主要觀察指標為系統收集所獲數據的準確性，以及能否在非人員干預的情況下完成信息的自動化積累。其中數據精確性以歷次實驗所獲結果的均差進行檢查，均差越大表明數據精確性越差。實驗擬采用參數模擬法進行，收集S冶煉企業噴吹系統基本信息建立模型，實驗過程中調整工作負荷，由系統進行噴吹系統和熱風爐參數的收集，且設備額定工作值為標準參數。另收集S冶煉企業噴吹系統默認工作系統的積累數據作為參照。以S表示噴吹系統的參數，以X表示熱風爐參數，二者均差的計算公式分別為：

S均差=【[S最大值-（S1+S2……+S40）/50]+[S最小值-（S1+S2……+S40）/40]】/2

X均差=【[X最大值-（X1+X2……+X40）/50]+[X最小值-（X1+X2……+X40）/40]】/2

實驗共分為兩個階段，第一階段為噴吹系統參數實驗階段，共進行40次實驗，調整模型中的工作負荷，使冶煉系統的負荷異常增加/降低，對系統收集的噴吹系統實際工作值進行加工，并了解系統是否完成了信息的自動化累積。第二階段為熱風爐參數實驗階段，共進行40次實驗，在電流和電壓不變的情況下，調整模型中的工作負荷，使冶煉系統的負荷異常增加/降低，對系統收集的熱風爐實際工作值進行加工，并了解系統是否完成了信息的自動化累積。完成實驗后計算方差，與S冶煉企業默認工作系統的積累數據進行對比。如果如下表：

從結果上看，實驗組的均差為0.009，明顯低于默認組的0.318，且完成了100次數據的自動累積。這表明，在本次設計方案中，以CORBA為支撐的分布式多DCS數據采集系統能夠面向對象完成信息收集、記錄和自動累積，具有較為理想使用價值。需要注意的是，本次實驗在進行模擬的過程中，為獲取帶有結構化特征的理論結果，沒有考慮冶煉企業的工作環境、金屬設備和原料等對通信作業的影響，因此實驗所獲結果帶有一定的誤差。在實際工作中，依然需要考慮系統作業的其他影響因素，明確所有的約束條件，之后計算其影響系數，以獲取更加可信的參數值。

4 總結

綜上，現代社會對信息技術的應用價值更為注重，CORBA技術以及DCS技術的融合也因此成為大勢所趨。框架上看，二者強調的是獨立工作和獨立控制，其拓撲結構包括信息采集終端、加工系統、存儲終端、通信結構等。此前CORBA下數據采集系統往往面對擁堵、互擾、多樣信號讀取困難等問題，借助模擬實驗可發現，在新框架的支持下上述問題得到了應對，可作為參考推廣于后續工作中。

參考文獻：

[1]石丹丹，朱富軍，鄭亞州.化工裝置DCS控制系統原理及異常失靈的應急處理[J].建材與裝飾，2018（45）：195-196.

[2]杜之正，杜建鵬.通訊技術在新華Ican3.1DCS系統中的應用[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2018，14（04）：376-380.

[3]張巍.城市軌道交通數據通信系統（DCS）2.0的特點分析及改進優化[J].城市軌道交通研究，2018，21（S1）：34-38+92.

作者簡介：姜穎（1980-），女，吉林樺甸人，本科，工程師。