在流程型工業(yè)企業(yè)中，有一類與生產(chǎn)密切相關(guān)的信息系統(tǒng)，它們實(shí)時(shí)獲取DCS、SCADA等生產(chǎn)系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，幫助管理者及時(shí)調(diào)度、指揮地理位置分散但又密切相關(guān)的現(xiàn)代化生產(chǎn)，這就是實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)(RealTimeInformationSystem，RTIS)。

與一般信息系統(tǒng)相區(qū)別，實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。由于有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐，實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地查詢到企業(yè)各生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這對(duì)于企業(yè)實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)情況，正確調(diào)度和指揮生產(chǎn)，以及及時(shí)處理生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題具有十分重要的意義。

本專題將道德從技術(shù)上分析實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的構(gòu)建，即介紹從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)到實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程，隨后還將介紹實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成及應(yīng)用情況。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的平臺(tái)上開發(fā)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)我們稱為實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的構(gòu)建，與一般的信息系統(tǒng)開發(fā)不同的是，由于實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息要從企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采集得來(lái)，所以實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的開發(fā)不只是純軟件的工作，還有生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信等大量現(xiàn)場(chǎng)工作。這里重點(diǎn)將討論實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)系。

從20世紀(jì)70年代開始，國(guó)內(nèi)大量引進(jìn)DCS技術(shù)和產(chǎn)品，隨著DCS系統(tǒng)的大量應(yīng)用，企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，企業(yè)的管理層就有了生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中的需求，即對(duì)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的需求。90年代初，在引進(jìn)國(guó)外實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有不少單位開始研究實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的理論并付諸實(shí)踐。10多年過(guò)去了，據(jù)筆者不完全了解，國(guó)內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的應(yīng)用有了較大發(fā)展。但是由于從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)到實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的構(gòu)建有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，而且運(yùn)行和維護(hù)好一個(gè)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)決非易事，真正成功的高水平實(shí)例不多。因?yàn)橐獦?gòu)建好并且應(yīng)用好一個(gè)高水平的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，其難度不亞于構(gòu)建一個(gè)高水平的。

目前在理論上對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)等基本方面還沒(méi)有統(tǒng)一的定義和處理方法，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)要達(dá)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)那樣理論和系統(tǒng)的統(tǒng)一尚需時(shí)日。不同開發(fā)商的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的定義、理解和處理不盡一致，對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能和性能的要求也不盡一致，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能達(dá)到的實(shí)際性能與功能也是參差不齊，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)也沒(méi)有類似SQL語(yǔ)言那樣的標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

在流程型工業(yè)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)原本是指存在于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)參數(shù)如溫度、流量、壓力、物（液）位等，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)已經(jīng)被變送器采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量而存于DCS或SCADA系統(tǒng)的局部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，本文的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將從這個(gè)基礎(chǔ)討論起。按數(shù)據(jù)的類型分，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可分為模擬量、累計(jì)量和開關(guān)量。模擬量可以是溫度、壓力、瞬時(shí)流量、物位、產(chǎn)品度量、產(chǎn)品質(zhì)量等，模擬量的特點(diǎn)是僅與時(shí)刻有關(guān);累計(jì)量可以是累計(jì)流量、產(chǎn)品產(chǎn)量、原料消耗量、庫(kù)（罐）存量等，累計(jì)量的特點(diǎn)是不但與時(shí)刻有關(guān)而且與時(shí)間段的起始與結(jié)束時(shí)刻有關(guān);開關(guān)量如電力開關(guān)的位置、閥門的開閉、設(shè)備的在線與備用、生產(chǎn)控制中的操作條件等，開關(guān)量的特點(diǎn)是二位式數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的最大特點(diǎn)是時(shí)效性，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在模擬系統(tǒng)中僅僅在某一時(shí)刻有效，在數(shù)字系統(tǒng)（目前都是數(shù)字系統(tǒng)）中由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存在時(shí)間上非連續(xù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)只在本采樣周期內(nèi)有效，過(guò)了有效期的數(shù)據(jù)便失效。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)即存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)該能盡量跟上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化，否則實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的是無(wú)效數(shù)據(jù)。事實(shí)上，數(shù)字系統(tǒng)不可能像模擬系統(tǒng)那樣幾乎沒(méi)有滯后地跟隨現(xiàn)場(chǎng)的變化，數(shù)字系統(tǒng)的滯后主要取決于DCS（或SCADA系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)采集的采集周期，數(shù)據(jù)采集周期的選擇又與數(shù)據(jù)載體參數(shù)的變化速率（載體的時(shí)間常數(shù)）有關(guān)。一般的數(shù)據(jù)采樣周期數(shù)量級(jí)在0.1秒至1秒左右，用于閉環(huán)控制的采集周期可能小些，僅用于測(cè)量的采集周期可能大些。從方便觀察的角度說(shuō)，數(shù)據(jù)的變化周期又不可太快，在DCS或SCADA系統(tǒng)的人機(jī)畫面上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新周期在1～2秒。如果實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能以2秒的周期跟上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化，則用于流程型工業(yè)的企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)性能就可以得到保證。而據(jù)不完全統(tǒng)計(jì):國(guó)內(nèi)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括使用進(jìn)口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)只有個(gè)別系統(tǒng)能達(dá)到這一指標(biāo)，其中原因下文將做分析。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之與非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的根本區(qū)別在于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能“實(shí)時(shí)”地跟隨生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化。為了能夠跟上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通常會(huì)在物理上定義一個(gè)常駐計(jì)算機(jī)內(nèi)存區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣存放其中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能快速數(shù)據(jù)刷新，而且計(jì)算機(jī)開銷極小。剩下的重要問(wèn)題就是將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以盡快的速度和最小的周期送往實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以刷新舊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這可能是構(gòu)建優(yōu)良性能的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)重要功能是對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理，包括對(duì)數(shù)據(jù)合理性的判斷、數(shù)據(jù)濾波、對(duì)累計(jì)量的處理如流量積分，消耗量和產(chǎn)量的計(jì)算等。數(shù)據(jù)處理是計(jì)算機(jī)的“強(qiáng)項(xiàng)”，該功能將不是本文討論的重點(diǎn)。

相對(duì)于磁存儲(chǔ)介質(zhì)（磁盤），計(jì)算機(jī)內(nèi)存的容量是有限的，因而作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的核心，它能存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也是有限的。另一方面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)必須定期存入磁盤保存，以備后用。存入磁盤的數(shù)據(jù)我們稱為歷史數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)已是屬于非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的范疇了。但由于歷史數(shù)據(jù)真實(shí)地記錄了過(guò)去某一時(shí)刻或時(shí)段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的重要組成部分。早期的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)使用封閉的文件系統(tǒng)，目前先進(jìn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)直接使用開放的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)如Oracle或SQLServer等存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，這樣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)就可以直接融入上層應(yīng)用信息系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)

目前國(guó)內(nèi)外的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)本身的結(jié)構(gòu)基本上沒(méi)有太多的考慮，有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是從DCS系統(tǒng)或SCADA系統(tǒng)改造而來(lái)，有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是從實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)改造而來(lái)，它們的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)或多或少帶有原來(lái)系統(tǒng)的烙印，尤其是引進(jìn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，其結(jié)構(gòu)并不完全符合中國(guó)流程企業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，如不適應(yīng)中國(guó)流程企業(yè)中的實(shí)際組織結(jié)構(gòu)。

如前所述，國(guó)內(nèi)流程企業(yè)中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)際結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等。要將一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)映射到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，只是簡(jiǎn)單地用一個(gè)位號(hào)，即使用一維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)恐怕是難以勝任的。要方便地存儲(chǔ)、刷新和檢索實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是適應(yīng)國(guó)內(nèi)流程企業(yè)實(shí)際情況的多維結(jié)構(gòu)。我們提出多維實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的概念，并且在實(shí)踐中使用于證明是可行和正確的。多維實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)不但符合中國(guó)企業(yè)的實(shí)際情況，也為分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、多級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展展示了前景（下文中要介紹的NSIS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)就是多維實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的成功范例）。

構(gòu)建實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)

構(gòu)建實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，首先要有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。目前常見的有國(guó)外引進(jìn)的OSI公司的PI、Aspen公司的Infoplus及Honeywell公司的Uniformance(Phd)，國(guó)內(nèi)有雙碩公司的NSIS及浙大中控的ESP-iSYS等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等平臺(tái)。與構(gòu)建一般的信息系統(tǒng)類似，有一個(gè)好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，還要有一個(gè)好的才能構(gòu)建一個(gè)好的信息系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)除了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)外，還必須有配套的系統(tǒng)，如“數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)”、“圖形組態(tài)子系統(tǒng)”、“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢索子系統(tǒng)”、“客戶端實(shí)時(shí)界面子系統(tǒng)”等，才能構(gòu)成一個(gè)完整的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)。其中最重要的子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，這是本文要重點(diǎn)討論的構(gòu)建實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的特點(diǎn)和難點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的兩大任務(wù)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送。

1．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)來(lái)源方面區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的根本所在（一般信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源主要是人工錄入或其他數(shù)據(jù)庫(kù)），它正是構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。其困難在于流程工業(yè)企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)非常復(fù)雜。

流程工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)控制層有多種生產(chǎn)裝置，各有或共有DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)又有各種廠家、不同型號(hào)、不同操作系統(tǒng)。要從DCS獲取數(shù)據(jù)，DCS系統(tǒng)必須開放，好在目前新型的DCS都是開放的，而且開放標(biāo)準(zhǔn)逐漸統(tǒng)一為OPC基金會(huì)制訂的OPC(OLEforProcessControl)標(biāo)準(zhǔn)。以橫河CS系列為例，其OPC接口能以1000ms的刷新周期和500數(shù)據(jù)／秒的通過(guò)量提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這一指標(biāo)完全可滿足大部分實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的要求。但是目前流程工業(yè)企業(yè)運(yùn)行的其他實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)并不都具有OPC開放接口的。流程工業(yè)企業(yè)還有儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，以石化企業(yè)為例，企業(yè)有數(shù)以百計(jì)的物料罐（油罐），罐中的儲(chǔ)量是相當(dāng)重要的數(shù)據(jù)。現(xiàn)代大型企業(yè)的物料罐一般都安裝了物位儀以及配套的SCADA系統(tǒng)，用以測(cè)量物位并以此計(jì)算儲(chǔ)量。由于物位儀來(lái)自不同廠家、不同型號(hào)，因而從物位儀中讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是一件煩雜的工作。要從現(xiàn)場(chǎng)讀取數(shù)據(jù)，工程師們必須了解各種DCS、了解現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備，從軟件編程語(yǔ)言上至少必須精通微軟的VC++、VB以及UnixC++，甚至匯編;在編程接口方面必須精通OLE、OPC、DDE及各種API軟件接口。只有使用上述方法，具體說(shuō)，就是只有從DCS系統(tǒng)或SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的緩沖區(qū)內(nèi)存中，才能讀取當(dāng)前最新版本的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。如果DCS沒(méi)有實(shí)時(shí)接口或由于其他原因無(wú)法使用實(shí)時(shí)接口，被迫從DCS系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性就較差了，嚴(yán)格說(shuō)只能稱為歷史數(shù)據(jù)。

2．網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信協(xié)議

目前眾多的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)如Web、HTTP、FTP等協(xié)議均為TCPIP的應(yīng)用層協(xié)議，ODBC(OpenDataBaseConnection)協(xié)議是用于不同關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的通信協(xié)議，由于它們都不是實(shí)時(shí)通信協(xié)議，因而它們都不適用于網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信。構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)首先需要一個(gè)規(guī)范和高效的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信協(xié)議用以完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的刷新和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)檢索。網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的命脈，對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)起著關(guān)鍵的作用。網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信要在數(shù)毫秒內(nèi)將數(shù)百字節(jié)的數(shù)據(jù)從一個(gè)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存送至另一個(gè)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，這種網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信在10M的以太網(wǎng)上通過(guò)TCPIP協(xié)議是不難實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是要制定網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信協(xié)議。由于國(guó)際上沒(méi)有通用的適合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信協(xié)議，為了構(gòu)建自己的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，國(guó)家電網(wǎng)公司電力自動(dòng)化研究所通過(guò)多年的研究與工程實(shí)踐，制定了一套可行和高效的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信協(xié)議——NSIS協(xié)議。

NSIS協(xié)議是為NSIS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)制定的一套基于TCPIP會(huì)話層上的表示層和應(yīng)用層協(xié)議，NSIS協(xié)議僅與TCPIP協(xié)議有關(guān)，因而可以跨操作系統(tǒng)運(yùn)行。

3．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送

采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)還必須將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地送往實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送是構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它涉及到使用的硬件通道和上面提到的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信協(xié)議。使用什么硬件通道取決于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，使用各種可行的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送。工程師們必須精通RS485、RS232、TCPIP等設(shè)備和虛擬設(shè)備的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信技術(shù)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送最好是數(shù)據(jù)編組傳送，所謂編組即幾十或幾百個(gè)數(shù)據(jù)編成一組，即編成一個(gè)通信報(bào)文一次完成，以避免一個(gè)一個(gè)的傳送，數(shù)據(jù)的格式盡量采用二進(jìn)制以提高數(shù)據(jù)的精度與傳送效率。所用通信協(xié)議盡量使用底層協(xié)議，所謂底層協(xié)議即指進(jìn)程間內(nèi)存到內(nèi)存的通信，例如上面提到的基于TCPIP的會(huì)話層協(xié)議的NSIS協(xié)議。目前企業(yè)網(wǎng)的速度多在1000M至少也是100M，經(jīng)測(cè)試，一個(gè)2K字節(jié)長(zhǎng)的報(bào)文的傳送在10M的以太網(wǎng)上數(shù)毫秒就完成了，中間不需要任何中轉(zhuǎn)計(jì)算機(jī)通信服務(wù)器。順便指出，使用基于文件的上層協(xié)議，如文件到文件、文件到內(nèi)存以及內(nèi)存到文件的通信，都不適合于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的通信。

4．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向DCS系統(tǒng)回送

如果DCS、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，就存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向DCS系統(tǒng)回送的問(wèn)題，另外從實(shí)驗(yàn)室來(lái)的質(zhì)量數(shù)據(jù)也有回送的需求。這從技術(shù)上說(shuō)與從DCS取數(shù)據(jù)是一樣的，OLECOMOPC、DDE等技術(shù)本來(lái)就是雙向的。只是數(shù)據(jù)的回送一定要小心，避免出錯(cuò)，這種錯(cuò)誤有時(shí)是災(zāi)難性的。

5．DCS系統(tǒng)的安全問(wèn)題

在應(yīng)用DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集接口時(shí)，DCS系統(tǒng)的安全是構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)首先考慮的問(wèn)題。DCS系統(tǒng)的安全主要有兩個(gè)方面:運(yùn)行于DCS系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集程序不管是作為Server還是作為Client，其開銷即占用DCS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源要盡量小;另一個(gè)是DCS的聯(lián)網(wǎng)必須將計(jì)算機(jī)病毒絕對(duì)排除在外，否則會(huì)帶來(lái)不堪設(shè)想的后果。以前常采用以太網(wǎng)卡和TCPIP協(xié)議與DCS工程師站或操作站直接聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)在這樣做可能就不行了，一種方案是用其他協(xié)議如TCPIP協(xié)議轉(zhuǎn)換為RS232協(xié)議與DCS工程師站或操作站間接聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展或計(jì)算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)的情況，及時(shí)調(diào)整DCS聯(lián)網(wǎng)方案是構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的工程師必須要考慮的問(wèn)題。

6．實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的架構(gòu)

實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)當(dāng)然是CS結(jié)構(gòu)的，在網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信協(xié)議的支持下，Server端與Client端交換實(shí)時(shí)信息。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有實(shí)時(shí)檢索功能，根據(jù)客戶端的需求向客戶端提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這種實(shí)時(shí)檢索也在數(shù)毫秒完成。實(shí)時(shí)流程圖是實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的典型用戶界面，圖中的數(shù)據(jù)應(yīng)該與DCS系統(tǒng)同步刷新;實(shí)時(shí)過(guò)程動(dòng)態(tài)曲線是實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的又一重要界面，它可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地將對(duì)象的變化表現(xiàn)出來(lái);實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)也有非實(shí)時(shí)的功能，如查詢歷史數(shù)據(jù)、描繪對(duì)象的靜態(tài)變化趨勢(shì)等。

由于目前用戶對(duì)BS系統(tǒng)情有獨(dú)鐘，使用IE瀏覽器希望能看到他們所希望看到的一切。但是眾所周知，IE瀏覽器執(zhí)行HTTP協(xié)議，用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)有兩大缺陷:實(shí)時(shí)性和作圖（不是貼圖）功能較差。要使網(wǎng)頁(yè)也具備實(shí)時(shí)功能，方法之一是使用微軟ActiveX技術(shù),將原有Client端的實(shí)時(shí)功能及作圖功能集成到實(shí)時(shí)控件中，再由IE瀏覽器從Web服務(wù)器自動(dòng)下載實(shí)時(shí)控件，以構(gòu)成實(shí)時(shí)網(wǎng)頁(yè)。目前該項(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)已在中國(guó)石油撫順石油化工公司現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，并且已經(jīng)被集成到撫順石油化工公司的。如果授權(quán)，從互聯(lián)網(wǎng)國(guó)內(nèi)任何地方，使用IE瀏覽器可以直接登錄撫順石油化工公司實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以看到與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)同步變化的畫面。

7．其他問(wèn)題

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能是將企業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集中，如果現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)甚至沒(méi)有，再好的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)也無(wú)能為力。不幸的是現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)或根本沒(méi)有，正是國(guó)內(nèi)流程工業(yè)企業(yè)碰到的共同問(wèn)題，其中最大的問(wèn)題在于計(jì)量不準(zhǔn)。計(jì)量問(wèn)題不解決，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和所有企業(yè)的上層應(yīng)用包括MES和ERP都將不是完美的系統(tǒng)。

綜上所述，構(gòu)建一個(gè)性能優(yōu)良的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，除了選擇優(yōu)秀的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件平臺(tái)以外，還要選擇一個(gè)優(yōu)秀二次開發(fā)的工程技術(shù)隊(duì)伍，這個(gè)隊(duì)伍能夠使用DCS的開放接口，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集程序得到最新版本的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。同時(shí)建立DCS到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)核心內(nèi)存的高速數(shù)據(jù)通道。作為商業(yè)化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件平臺(tái)，其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)通信協(xié)議應(yīng)該開放，而且盡量使用網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議，以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能否達(dá)到預(yù)想的品質(zhì)和效果是綜合實(shí)力的結(jié)果。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件平臺(tái)、二次開發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)三方，其中任一方出了問(wèn)題或質(zhì)量不高，其他環(huán)節(jié)水平再高也是無(wú)濟(jì)于事的。

本專題將首先從技術(shù)上分析實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的構(gòu)建，即介紹從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)到實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程，隨后還將介紹實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成及應(yīng)用情況。

鏈接

1．SCADASCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度。它對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。

2．DCSDCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國(guó)內(nèi)又稱之為集散控制系統(tǒng)。DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常用若干個(gè)控制器對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制和PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3．PLCPLC（ProgramLogicControl,可編程邏輯控制器）的前身是繼電器順序控制器，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，引入了微計(jì)算機(jī)技術(shù)，所處理的對(duì)象從開關(guān)量到模擬量。高級(jí)的PLC還有PID閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，并且配有人機(jī)對(duì)話界面，PLC的功能正在逐漸向DCS靠攏。PLC在機(jī)械中使用較多。

4．OPCOPC是OLEforProcessControl的縮寫，它是微軟公司的對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)在過(guò)程控制方面的應(yīng)用。OPC基金會(huì)制定了OPC標(biāo)準(zhǔn)，OPC以O(shè)LECOMDCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶服務(wù)器模式，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的DCS、PLC等設(shè)備采用OPC標(biāo)準(zhǔn)以后，為上層應(yīng)用系統(tǒng)獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供了方便而統(tǒng)一的接口。(CCW)