淺析DCS數(shù)據(jù)的采集和深層挖掘

(江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)有限公司 江蘇 揚(yáng)州 225009)

DCS(Distributed Control System)是國(guó)產(chǎn)儀表自動(dòng)化應(yīng)用的重要組成部分，是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)在,但企業(yè)實(shí)施的DCS控制系統(tǒng)僅僅完成監(jiān)控、簡(jiǎn)單控制的簡(jiǎn)單任務(wù)，大多停留在用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)替代常規(guī)儀表控制系統(tǒng)的水平。通過對(duì)海量的挖掘能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)有的DCS應(yīng)用內(nèi)涵的深層挖掘，充分發(fā)揮DCS的潛能，可以將生產(chǎn)裝置的可操作能力和管理水平大幅度提升到新的高度。

DCS應(yīng)用內(nèi)涵的深層挖掘是一個(gè)比較復(fù)雜的流程，其中包含了自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、編程等多方面的技術(shù)，各方面的技術(shù)都需要靈活運(yùn)用。

一、DCS數(shù)據(jù)挖掘研究的意義和目的

(一)局限的DCS應(yīng)用和信息孤島。企業(yè)前期實(shí)施的一些DCS系統(tǒng)，控制系統(tǒng)僅完成監(jiān)控、簡(jiǎn)單控制等簡(jiǎn)單任務(wù)，大多停留在用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)替代常規(guī)儀表控制系統(tǒng)的水平上。

當(dāng)前的自動(dòng)化系統(tǒng)仍然缺乏有效的、大范圍的企業(yè)信息集成，信息共享還有較大局限，“自動(dòng)化孤島”、“管理孤島”等局面仍存在于企業(yè)的內(nèi)部，人們?cè)谶^程控制、企業(yè)管理與決策等活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)協(xié)同化工作顯得十分不易。

(二)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的迫切需要。作為生產(chǎn)過程自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的DCS僅僅是一個(gè)狹義的概念。如果以為DCS只是生產(chǎn)過程的自動(dòng)化系統(tǒng)，那就會(huì)引出錯(cuò)誤的結(jié)論，因?yàn)楝F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的含義已被大大擴(kuò)展了，它不僅包括過去DCS中所包含的各種內(nèi)容，還向下深入到了現(xiàn)場(chǎng)的每臺(tái)測(cè)量設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，向上發(fā)展到了生產(chǎn)管理，企業(yè)經(jīng)營(yíng)的方方面面。

傳統(tǒng)意義上的DCS現(xiàn)在僅僅是指生產(chǎn)過程控制這一部分的自動(dòng)化，而工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的概念，則應(yīng)定位到企業(yè)全面解決方案，即total solution的層次。只有從這個(gè)角度上提出問題并解決問題，才能使計(jì)算機(jī)自動(dòng)化真正起到其應(yīng)有的作用。

二、數(shù)據(jù)的采集

(一)數(shù)據(jù)采集涵蓋的范圍。建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是該項(xiàng)目重實(shí)施信息集成的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程的控制、管理與決策活動(dòng)依賴于從工業(yè)過程獲得的數(shù)量眾多、類型復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息的采集處理工作。在基礎(chǔ)控制設(shè)備(DCS、PLC等)與上層局域網(wǎng)之間，按照具體需要，設(shè)置了多個(gè)前端數(shù)據(jù)服務(wù)器來執(zhí)行上述的模塊任務(wù)。

(二)過程數(shù)據(jù)通信接口。通過開發(fā)數(shù)據(jù)通信接口的工作，針對(duì)基礎(chǔ)控制設(shè)備的不同情況，利用多種計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中控制裝置與企業(yè)上層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連，成為進(jìn)行信息共享工作的前提。在揚(yáng)農(nóng)集團(tuán)公司的項(xiàng)目開發(fā)實(shí)施工作中，擬采用點(diǎn)——點(diǎn)串行通信、現(xiàn)場(chǎng)總線、Ethernet總線、TCP/IP協(xié)議等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程中的多種廠商的控制設(shè)備的不同的通信機(jī)制，在前端數(shù)據(jù)服務(wù)器上開發(fā)了多種標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)通信接口模塊，實(shí)現(xiàn)了下層控制設(shè)備同上層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互連。

三、DCS數(shù)據(jù)挖掘的主要工具-實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫

(一)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的簡(jiǎn)介。工業(yè)控制中的數(shù)據(jù)采集不同于普通數(shù)據(jù)的輸入，其主要特點(diǎn)是連續(xù)性非常強(qiáng)，基本無間斷時(shí)間，而且數(shù)據(jù)的輸入都是通過OPC接口完成，使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫很難實(shí)現(xiàn)，在工業(yè)控制中使用的最多的是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)分支，是數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合實(shí)時(shí)處理技術(shù)產(chǎn)生的。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是開發(fā)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CIMS系統(tǒng)等的支撐軟件。

(二)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)。1.時(shí)間約束：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是其數(shù)據(jù)和事務(wù)都有明確的時(shí)間限制的數(shù)據(jù)庫。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，具有時(shí)間約束的數(shù)據(jù)主要是來自于外部的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以及由這些數(shù)據(jù)求導(dǎo)出的新的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須如實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況。2.事務(wù)調(diào)度：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正確性不僅依賴于事務(wù)的邏輯結(jié)果，而且依賴于該邏輯結(jié)果所產(chǎn)生的時(shí)間。事務(wù)調(diào)度既要考慮事務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，也要考慮事務(wù)的截止期、緊迫程度等因素。3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫主要承擔(dān)系統(tǒng)所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，為相關(guān)的功能提供快速、正確的實(shí)時(shí)信息。為了達(dá)到實(shí)時(shí)性，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)常駐內(nèi)存，以保證讀取速度。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)可存放在外存儲(chǔ)空間。因此，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)，要妥善處理時(shí)間與存儲(chǔ)空間的矛盾，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。4.數(shù)據(jù)在線壓縮：在實(shí)際的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫還要解決如何高效處理海量數(shù)據(jù)的問題。如果數(shù)據(jù)被原封不動(dòng)地存儲(chǔ)勢(shì)必需要大量?jī)?nèi)存和磁盤空間以及耗費(fèi)大量的時(shí)間，因此必須對(duì)實(shí)CPU時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線壓縮存儲(chǔ)。

(三)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供的功能。1.能夠有效地集成現(xiàn)場(chǎng)的各類數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)。2.實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和管理，并且能接受對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢和修改。3.能夠通過腳本形式來定義和配置數(shù)據(jù)庫，并提供相應(yīng)的圖形化管理工具。4.具有開放性，能通過標(biāo)準(zhǔn)接口開發(fā)和集成第三方應(yīng)用。

四、數(shù)據(jù)挖掘能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)是現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的根源。如果數(shù)據(jù)流能夠很容易地從生產(chǎn)過程到達(dá)決策者的計(jì)算機(jī)上，就可以更快捷地作出靈活的商業(yè)決策。不論是小的市政設(shè)施，還是全球性的大公司，其成功的運(yùn)營(yíng)都依賴于數(shù)據(jù)集成的質(zhì)量和可訪問性。

尋求方便、快捷和經(jīng)濟(jì)海量的過程數(shù)據(jù)采集和保存方式，并實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)與商業(yè)系統(tǒng)的集成已是當(dāng)務(wù)之急。但是，如果生產(chǎn)系統(tǒng)和商業(yè)系統(tǒng)之間缺乏關(guān)鍵的連接，企業(yè)永遠(yuǎn)不能發(fā)揮其真正的潛力。在當(dāng)今快節(jié)奏和激烈競(jìng)爭(zhēng)的商業(yè)環(huán)境中，控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)容量的需求已越來越緊迫。

通過對(duì)DCS數(shù)據(jù)挖掘，能夠?qū)崿F(xiàn)以下目標(biāo)：

(一)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與顯示。已經(jīng)實(shí)施完成控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，把控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，然后通過局域網(wǎng)在各領(lǐng)導(dǎo)辦公室、調(diào)度室、各科室的計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示。

(二)流程圖畫面的瀏覽。流程圖畫面形象的反映出工藝原理和流程以及當(dāng)前的生產(chǎn)狀況，使生產(chǎn)管理人員能夠方便地了解和分析生產(chǎn)情況。

(三)生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)視。生產(chǎn)數(shù)據(jù)畫面能夠全面地反映生產(chǎn)情況，將每個(gè)相關(guān)的數(shù)據(jù)集中到一幅或幾幅畫面中。

(四)實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)監(jiān)視。趨勢(shì)圖能夠顯示出某一段時(shí)間數(shù)據(jù)變化的情況。實(shí)時(shí)趨勢(shì)能夠反映出當(dāng)前的數(shù)據(jù)變化情況，歷史趨勢(shì)的數(shù)據(jù)從歷史數(shù)據(jù)庫中取出，能夠查看任何時(shí)間段數(shù)據(jù)的變化情況。通過查看歷史趨勢(shì)，可以了解長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)情況。

(五)生產(chǎn)報(bào)表生成。能夠生成班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、成品動(dòng)態(tài)、原料進(jìn)廠等生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表，所反映的數(shù)據(jù)真實(shí)而且準(zhǔn)確。系統(tǒng)生成班報(bào)表后，根據(jù)日期可以通過網(wǎng)絡(luò)比較快速地進(jìn)行查詢。