（检测技术与自动化装置专业论文）水泥企业综合信息化系统的研究与应用.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 本文针对水泥企业综合信息化系统作了详细的讨论和研究。使用大型实时历史数据 库和关系数据库建了全厂统一的数据处理平台。重点研究了水泥企业综合信息系统架构， 提出水泥行业中各种监测、控制系统的数据集成的有效方法以及数据的应用，解决目前 水泥企业中日益严重的信息孤岛的问题。将水泥企业安全生产监控、生产调度、及企业 管理等综合数据在企业局域网中进行集成和共享，真正实现了企业信息融合。充分利用 企业现有的网络资源，使各级管理部门能实时掌握情况，实现企业数据的集成和有效利 用，具体研究内容如下： 研究分析了水泥企业综合信息化系统的需求和架构的设计，分析了系统的主要功能 模块，结合水泥生产的特点研究了一种三层结构的水泥企业信息系统，即用户交互层、 功能服务层和数据处理层，这种结构更符合现代企业生产管理结构的“扁平化思想： 通过分析水泥企业综合信息化系统对数据库的要求，构建了基于实时数据库和关系数据 库的数据访问平台，研究了数据访问平台的具体应用。 论文中分析了系统实时监测画面数据的刷新技术，研究了一种从系统框架上应用 a j a x 技术的w e b 应用解决方案，有效的解决了网络数据同步刷新问题；结合组件设计思 想，在v i s u mc + + n e t 开发环境中设计开发了趋势分析与故障诊断模块，实现了网络远 程在线诊断功能；采用模块化的设计思想开发报表系统，可以根据不同部门的要求，将 模块重新组合，降低了二次开发的难度，使各函数模块可以被多个系统共享，避免重复 开发。 本课题自主开发的综合信息化系统在淄博东华水泥公司得到了成功应用。 关键词：综合信息化系统，实时历史数据库，数据访问平台，数据刷新 山东建筑大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no fc e m e n te n t e r p r i s e i n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e m l ix u e f e n g ( d e t e c t i o nt e c h n o l o g y & a u t o m a t i o ne q u i p m e n t ) d i r e c t e db yw a n gs h a o l i n a b s t r a c t c e m e n te n t e r p r i s ei n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e mw a sd i s c u s s e da n ds t u d i e da m p l yi nt h i s p a p e r b a s e do nt h ed o m e s t i cl a r g er e a l t i m e h i s t o r i c a ld a t a b a s ea n dr e l a t i o n a ld a t a b a s ew e e s t a b l i s h e dau n i f o r md a t ap r o c e s s i n gp l a t f o r m w ef o c u s e do nc e m e n ti n t e g r a t e di n f o r m a t i o n s y s t e ma r c h i t e c t u r e , p r o p o s e da l le f f e c t i v em e t h o do fd a t ai n t e g r a t i o na n dd a t aa p p l i c a t i o n si n m o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m ，a n ds o l v e dt h ei n c r e a s i n g l ys e r i o u sp r o b l e mo fi n f o r m a t i o n i s o l a t e di s l a n d w ec o u l di n t e g r a t ea n ds h a r et h ed a t ao fc e m e n tp r o d u c t i o ns a f e t ym o n i t o r i n g , p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g , a n dc o r p o r a t em a n a g e m e n ti n t h ee n t e r p r i s el a n ，t r u l yr e a l i z e d e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ，m a k et h em o s to fe n t e r p r i s ee x i s t i n gn e t w o r kr e s o u r c e s ， m a n a g e m e n td e p a r t m e n t sa ta l ll e v e l sc o u l dg r a s pt h es i t u a t i o ni nr e a lt i m e ，r e a l i z e de f f e c t i v e m a n a g e m e n to ft h ee n t e r p r i s e t h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r e ： w ea n a l y z e dt h ec e m e n ti n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e md e m a n da n ds t r u c t u r ed e s i g n ，a n d t h e nw ei n t r o d u c e dt h em a i nf u n c t i o nm o d u l e s c o m b i n e dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fc e m e n t p r o d u c t i o nw ea n a l y z e dat h r e e t i e rs t r u c t u r eo fc e m e n te n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h a ti s u s e ri n t e r a c t i o nl a y e r , f u n c t i o n ss e r v i c el a y e ra n dd a t ap r o c e s s i n gl a y e r s ，t h i ss t r u c t u r ei sm o r e c o n s i s t e n tw i t ht h es t r u c t u r eo fm o d e r ne n t e r p r i s ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n t ”f l a t ”t h i n k i n g t h r o u g ha n a l y s i so fr e q u i r e m e n t so nt h ed a t a b a s eo fc e m e n ti n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e m w ec o n s t r u c t e dd a t aa c c e s sp l a t f o r mt h a tb a s e do nr e a l - t i m ed a t a b a s ea n dr e l a t i o n a ld a t a b a s e ， a n dt h e ns t u d i e dt h es p e c i f i ca p p l i c a t i o no ft h ed a t aa c c e s sp l a t f o r m i nt h i sp a p e rw ea n a l y z e dt h er e a l t i m es u p e r v i s o r yd a t ar e f r e s ht e c h n o l o g y ；a n da n a l y z e d ak i n do fw e ba p p l i c a t i o ns o l u t i o nw h i c ha p p l i e da j a xt e c h n o l o g yi ns y s t e mf r a m e t h i s m e t h o de f f e c t i v e l ys o l v e dt h ep r o b l e mo fn e t w o r kd a t as y n c h r o n i z a t i o nr e f r e s h ；c o m b i n e d w i t hc o m p o n e n td e s i g nt h o u g h t ，w ed e s i g n e dt r e n da n a l y s i sa n df a u l td i a g n o s i sm o d u l ei nt h e 山东建筑大学硕士学位论文 v i s u a lc + + n e td e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t , t h i st w om o d u l ei m p l e m e n t e dr e m o t en e t w o r k d i a g n o s t i cf u n c t i o n ；t h er e p o r ts y s t e m ，w h i c hw a sd e s i g n e db y m o d u l a rd e s i g nt h o u g h t ，c o u l d r e o r g a n i z et h em o d u l ea c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fd i f f e r e n td e p a r t m e n t s u s i n gt h i s m e t h o de a r li tr e d u c et h ed i f f i c u l t yo ft h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n t , s ot h a te a c hf u n c t i o n m o d u l ec a l lb es h a r e db ym u l t i p l es y s t e m st oa v o i dd u p l i c a t i o no fd e v e l o p m e n t t h es e l f - d e v e l o p e di n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e mh a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di n s h a n d o n gd o n g h u ac e m e n tc o l t d k e yw o r d s ：i n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e m ，r e a l - t i m e h i s t o d c a ld a t a b a s e ，d a t aa c c e s s p l a t f o r m ，d a t ar e f r e s h 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果除文中已经注明引用的内容外，论文中不舍其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而 使用过的材料对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明本人承担本声明的法律责任 学位论文作者签名： 日期珥! ： 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名： 导师 签名： 日期幽旦： 日期毒p o 山东建筑大学硕士学位论文 第1 童绪论 1 1 项目的提出及意义 当前，信息化已成为现代企业提高管理效率、降低管理成本的有效手段，并正在不 可避免地形成一种趋势。 企业不仅要面对国内，而且要越来越直接的面对国际日益激烈的市场竞争n 儿钉。提 高生产效率、降低生产成本、及时掌握全面而且准确的生产信息已成为当今企业的必然 要求。与此形成刚烈反差的是，在多数国内企业中仍延续着传统管理方式下的信息“手 工”传送。信息的不统一、不完整、不准确、传递不及时等众多问题在新的经济形势下 已经影响到企业生产经营甚至生存。作为一种先进的管理手段和管理工具，e r p 、m r p 等在许多企业中得到应用并取得了很好的效果嘲嘲。但在于流程行业，由于其连续生产 的特殊性和生产在这些企业中占有特殊地位，使得这些先进的管理手段和系统由于不能 有效结合并利用实时生产数据而不能很好的为企业管理服务。与此同时，企业通过大量 投资从生产系统中采集的实时数据仅仅被用于生产控制，未能得到充分的发掘利用，形 成资源的大量浪费。 同时，社会和企业对能源管理、安全管理和环境保护管理也提出了越来越高的要求， 这也要求化工生产企业需要有一套有效的手段和机制来加强能源、安全和环境保护管 理，能及时发现并消除安全隐患、污染隐患，降低能耗，使企业的能耗指标、安全指标、 环境指标有一套完整地记录，做到有据可依、有据可查晦1 。 近几年，随着计算机软硬件和网络技术的发展。在数据存储方面，国内外出现了几 家大型实时数据库系统，如北京三维力控的p s p a c e 、浙大中控的e s p - i s y s 实时数据， 国外有美国o s i 公司的p i 、i n t e l l u t i o n 的实时数据库i h i s t o r i a n 与霍尼韦尔的工厂 实时数据库i n d u s t r i a l s q ls e r v e r 等。 在网络开发方面，也相续出现了基于n e t 开发环境的a s p n e t 与m a c r o m e d i a 的 d r e a m w e a v e r 等网页开发工具，因此开发基于w e b 的应用软件非常方便。计算机硬件更 新换代迅速，现在出现了大内存、高处理速度的c p u 以及高级专业服务器。总之，利用 这些先进的计算机、数据库以及网络技术将为我国生产类企业节能技术的发展应用以及 信息化水平的提升提供必要的条件。 现在，我国大部分大中型的企业已经配套了各类先进的d c s 控制系统，很多企业的 m i s 网络也越来越完善。企业使用控制系统是为了运行的准确性和保证设备的安全运行， 山东建筑大学硕士学位论文 很多企业使用了很多不同类的控制系统，且各控制系统之间都相对独立，这样就造成很 多信息不能共享；管理信息系统为企业的管理与决策起到支持作用，但是由于管理信息 系统信息量有限而且其信息传达比较滞后，因此管理信息系统的作用在一定程度上受到 较大的限制1 。 企业生产控制网的d c s 等系统上每天产生的大量数据是帮助企业分析机组运行水 平与设备运行状况的重要信息。水泥企业对大量数据的存储和利用一直都非常重视，这 样需要有合适的数据库对数据进行保存，同时还需要有较完善的信息系统对数据进行有 效管理，这种系统能够提取出有利于水泥企业高效运行的信息，然后将这些信息及时地 表现出来，从而为水泥企业设备的运行和管理提供帮助，最终实现整个企业范围内的信 息共享。 本课题开发的水泥企业综合信息化系统以d c s 系统为基础，采用先进实时历史数据 库，实现整个水泥企业范围内的信息共享，以及整个生产过程的实时监控和管理，提高 了机组运行的安全性。水泥企业综合信息化系统为企业管理决策提供真实、可靠的实时 数据，为水泥企业提供科学、准确的实时信息。综合信息化系统实现了整个企业范围内 的管控一体化，提高了企业的整体效益，为企业安全生产和有效管理打下坚实基础。 本课题研究的主要内容分为：通过对水泥企业综合信息化系统进行需求分析，采用 国内先进的p s p a c e 实时数据库以及国外先进的s q l2 0 0 0 关系数据库作为数据处理的基 础，搭建全厂高效统一的数据处理平台，并且在数据平台的支持下，利用现在最流行的 b s 模式，使用w e b 编程技术实现了实时数据、故障诊断、趋势分析等功能模块，从而 实现了对海量数据的有效处理。使用物理隔离装置以及企业现有网络搭建了既保证控制 系统安全又可以为用户提供有用实时数据的综合信息化网络，将整个系统的信息在全厂 范围内实时显示出来。这样用户只需要i e 浏览器访问该系统，方便了用户的使用，也 保证了生产系统的安全。 1 2 国内外相关研究综述 由于基础设施建设迟缓，装备落后。我国水泥企业大多数为中小企业，在企业局域 网络和企业网站建设方面均相对缓慢。到目前为止，有2 6 5 建立了覆盖企业整体的局 域网络；有5 0 2 的企业建立了覆盖主要部门的局域网。一些大型水泥集团如鲁南水泥、 巨龙水泥等企业建立了较完善的企业网站，网站内容丰富，更新及时；部分企业虽然建 立了企业网站，但仅有企业的简介等内容，更新较慢，并且企业管理网与企业生产网分 山东建筑大学硕士学位论文 别独立运行，使用户访问起来比较困难。 综合信息化系统在企业管理中已有一定的历史，特别是在电力、冶金、石化、水处 理、建材等领域得到了一定程度的开发应用，下面介绍一下信息化系统在国内外的发展 现状： 国内的研究情况： 1 9 9 7 年1 0 月，国家电力规划设计总院的侯子良教授首先提出了厂级监控信息系统 的概念，指出了厂级监控信息系统是以分散控制系统d c s 为基础，以企业安全经济运行 和提高整体效益为目，进而实现从现场d c s 系统到企业管理信息系统m i s 的桥梁m 嘲。 2 0 0 4 年同济大学的赵世喜等人分析了我国水泥企业的信息化建设现状，阐述了在 水泥企业中建立信息化管理系统的必要性，同时提出了水泥企业信息系统建设中存在的 主要问题和采取的主要措施阻1 。 2 0 0 4 年华北电力大学的袁桂丽；王田宏；金慰刚等在论述了厂级监控系统的概念、 基本功能的基础上，着重讨论了电厂厂级监控信息系统的设计、实施过程。 2 0 0 5 年武汉理工大学的林宗寿、邹葱白等人研究开发了一套针对水泥企业生产调 度、供应管理、销售管理等日常工作的管理信息系统，该系统结合水泥生产销售的特点 和要求，在参考原有管理信息系统的基础上，开发设计出系统原形，再根据水泥企业具 体情况与要求对系统进行改进，最后形成新的系统n 0 1 。 2 0 0 7 年济南大学的景绍洪、孟庆金、王孝红等人对水泥企业信息系统体系结构的 进行了研究，提出了基于三层结构( e r p m e s p c s ) 的水泥企业信息化系统体系结构， 给出了我国水泥企业信息系统解决方案n 。 国外的研究情况： 国外水泥企业紧跟信息化的脚步，尤其是大型水泥集团，例如：世界水泥百强企业， 如法国拉法基( l a f a r g e s a ) 集团等均在生产过程中全程采用了先进的生产控制系统，如 集散控制系统( d c s ) 、计算机控制系统( s c a d a ) ，制造执行系统( m e s ) 等。在信息化建 设方面领先于国内企业。国外这种系统已经有一些成熟的产品投入了市场。例如德国西 门子公司提供了一套解决方案s i e n e r g ys y s t e m ；美国o s i 公司的实时历史数据库p i 、 现场运行与设备综合管理软件、在线优化运行指导软件o p t i p r o 等一系列功能软件。 美国霍尼韦尔公司也提供相当于s i s 层面的u n i f o r m a n c eo f t p s ；a b b 公司也有自己一 套完整的企业i t 解决方案o p t i m a x ，包含实时历史数据库p l a n tc o n n e c t 、清洁度分 析b o i l e rc l e a n 、吹灰管理c l e a n l i n e s s 、控制回路优化软件l o s 以及负荷分配系统p o w e r 山东建筑大学硕士学位论文 f i t 等一系列功能软件。 综上所述：与国外企业相比国内企业自动化水平有了一定的提高，但国内企业信息 化水平还比较落后，主要表现在信息系统的不完备，系统不健全。总的来说综合信息化 系统是比较新的系统，其在水泥等领域应用还处在初级阶段，并且没有成熟的经验可以 借鉴，没有形成具体的技术规范，但是随着企业信息化的建设以及企业对生产过程管理 和安全节能生产的要求，综合信息化系统必将得到越来越广泛的应用。 1 3 项目的任务要求和工作内容 水泥企业生产监测系统、自动化控制系统和企业管理系统的综合集成是目前水泥工 业信息化发展的新趋势，对实现水泥高产高效、确保生产安全和提高管理水平发挥了重 大作用。随着科学技术的不断发展，水泥企业各种系统从单项应用到系统集成已经成为 企业发展的必然趋势。 本课题针对以上我国水泥企业信息化存在的问题和目前水泥企业信息化发展的趋 势。重点研究了水泥企业综合信息系统架构，提出水泥行业中各种监测、控制系统的数 据集成的有效方法以及数据的应用。主要是为了解决目前水泥企业中日益严重的信息孤 岛的问题。将水泥企业安全生产监控、生产调度、及企业管理等综合数据在企业局域网 中进行集成和共享。充分利用企业现有的网络资源，使各级管理部门能实时掌握情况， 实现企业数据的集成和有效利用。 综合信息系统开发主要解决的问题有各系统数据的采集、处理、实时监控的实现、 生产报表管理等等。通过研究找出目前用于水泥行业数据集成的有效方法，并在数据集 成的基础上设计开发相应的综合应用软件，使之能够完成各生产线系统数据集成后，以 流程图、曲线和报表等方式显示各种生产监控与管理，最终设计出一种行之有效的解决 水泥行业统一管理的综合信息系统。 本课题研究的主要任务分为：综合信息化系统网络结构的设计与搭建；数据的 采集和开发系统的调试；实时数据压缩算法的研究；基于n e t 的流程图模块、专 家报表系统和报警模块的设计与实现；在v c + + 6 0 中开发趋势分析和故障诊断模块， 并打包成a c t i v ex 控件。综合信息化系统的软件实现与系统调试。 本课题具有新颖性：目前利用信息系统，管理水泥生产和企业各部门间协调工作 的方法，在国内刚刚丌始研究；安全性：数据采集为单向数据传输，即d c s ( 或p l c ) 专数据采集接口计算机防火墙专网闸传送，而生产管理信息系统或其它连接到生 山东建筑大学硕士学位论文 产管理局域网的任何系统中的数据均不能向下传送数据；可靠性：采用成熟、应用 较广泛的实时数据库，数据存储量大，响应时间快、压缩比率高，系统运行稳定并且支 持各种接口，具备强大的扩展和二次开发功能；可扩充性：系统具有良好的向下扩充 性，增加现场控制系统非常方便，如增加新控制系统，系统只需增加一台数据采集接口 计算机即可。 本课题涉及了计算机网络、实时历史数据库、软件工程、数据结构、自动控制、 网络通讯理等多种学科以及相关的水泥生产工艺，还要克服各种工业恶劣环境下的种种 干扰，因此涉及面广，工作量大，主要内容包括： 1 ) 水泥企业信息系统综合体系架构开发研究 针对东华水泥信息系统的固有特点，进行e r p 、m e s 、和p c s 的集成及各层面信 息系统相互关系、接口的研究。 2 ) 综合信息化软件平台建设及接口技术研究 综合信息化软件平台，是集数据、处理、采集、控制、协调、综合智能判断、图文 显示为一体的综合数据应用平台，基于先进的平台软件技术开发的，从技术、设计、开 发、维护等各个方面保证系统的先进性。系统基于n e t 框架，采用统一的数据平台， 为系统应用程序的部署提供了丰富的数据接口和功能扩展空间，具有良好的集成性和扩 展性。 3 ) 实时数据的动态刷新机制 将a j a x 这种新的技术应用在厂级信息监控管理系统中，提出了一种从系统框架上 应用a j a x 技术的w e b 应用解决方案。有效的解决了网络数据同步刷新问题。 4 ) 实时数据库技术的研究 详细研究了厂级信息监控系统中的实时数据库技术，针对目f j 流行的实时数据库产 品，给出了实时数据库选型的综合意见。基于p s p a c e 实时数据库开发了水泥厂厂级统 一的数据中心平台。研究了数据中心平台的具体应用，以及在应用中数据平台所展现出 来的优点和先进性。 5 ) 利用网络及控件技术，创新性的把专家诊断系统挂载到网络上，实现了网络远程 在线诊断功能。 6 ) 采用模块化的设计思想开发报表系统，可以根据不同部门的要求，将模块重新组 合，降低了二次开发的难度，使各函数模块可以被多个系统共享，避免重复丌发。 山东建筑大学硕士学位论文 第2 章水泥企业综合信息系统综述 2 1 水泥企业信息系统的分析 水泥企业信息的采集，主要以满足水泥企业设备的运行管理、生产管理为主要目标。 随着企业精细化管理的深入，对水泥企业信息的需求也在不断提高。 本课题开发的水泥企业信息系统基于m i c r o s o f tw i n d o w sn t 2 0 0 0 或m i c r o s o f t w 协d o w s2 0 0 3 操作系统平台，这样能充分发挥w i n d o w sn t 2 0 0 0 3 0 0 3 的先进性和稳定 性。同时系统主机也可以选择u n i x 操作系统。系统的数据库除采用高性能的大型实时 数据库外，还选用关系数据库管理系统m ss q ls e r v e r ，这样能进一步提高系统数据管 理的灵活性，给用户提供了更大的选择空间。另外系统集成了e x c e l 等公认的优秀办公 软件，使企业报表子系统更加方便易用。系统结构设计为网络分布式，采用b s 模式， 构建了一套全面支持企业生产、监控和管理的综合信息系统。下面先介绍一下我国水泥 企业信息系统存在问题以及企业信息化与自动化的发展状况。 2 1 1 水泥企业信息系统存在的问题 1 1 水泥生产监控系统的通信协议不规范 由于现有厂家的控制系统几乎都采用各自的通信协议，因此，很难找到两个互相兼 容的系统。每个系统各自处于封闭状态，系统之间无法实现信息共享，并且很难实现全 局或者更高级别的联网。从我们实际调研的情况来看，企业中各个系统的开放性不一致。 有的使用关系数据库存贮数据，有的使用自己的数据系统，即使向关系数据库中存贮数 据很多只存储历史数据，也有部分同时存实时数据。而且有的厂家为了自己系统的保密 性甚至对数据库加密。他们为用户提供接口也不统一，所以全厂各系统比较“孤立”不 利于统一管理。 2 ) 数据共享 大多数大中型水泥企业一般都安装有安全生产监控系统和其他一些小型系统。随着 生产的发展，可能会有越来越多的子系统出现。所有这些系统大部分数都存在信息孤岛 问题，都是相对独立的系统。这些系统一般都有自己独立的数据存储方式，系统数据冗 余度较大，系统间难以信息共享。综合信息系统的丌发时，需要首先解决各系统之间的 数据交换问题。 3 ) 没有有效的利用企业网络实现系统集成 水泥企业中采用的安全控制系统往往不尽相同，很多都存在着多种控制系统并行运 山东建筑大学硕士学位论文 行的情况。随着对安全生产要求的不断提高，系统联网是必须的。尤其是在工业企业安 全形势严峻的情况下，通过计算机、通讯和网络技术实现全厂系统的集中监测，为企业 领导及相关技术人员提供各水泥生产线实时监测数据，这样有利于企业领导的管理，有 利于安全生产与指挥调度。为适应当前生产发展需要，加快建设适应水泥企业的综合信 息系统已成为企业的当务之急，这其中需要主要解决的是各个系统间的数据集成问题。 2 1 2 企业自动化与信息化状况 东华水泥公司是国有大型水泥企业，由淄矿集团投资建设，其一线生产控制系统采 用德国西门子的集散控制系统( d c s ) ，生产过程自动化程度非常高。二线于2 0 0 8 年4 月底投产，并且二线生产控制系统采用浙大中控的集散控制系统( d e s ) 。为了缩小管理 层和控制层之间的距离，实现了数据的共享，使企业的上层管理者能够及时、直观地了 解生产现场的运行情况，进行综合分析，统一规划全厂资源，并且通用企业通讯系统将 企业领导、工程技术人员、专业技术工人需要经常关注和监控的企业生产数据、重要设 备的运行状况、工艺参数、故障报警信息，实时采集、处理后实时的显示出来，让相关 人员实时掌握公司生产运营状况。 虽然目前东华水泥公司建立了管理信息网络，而且已有几个信息系统程序在运行， 并建设了基于和利时的实时信息管理系统( r e a l m i s ) 平台的办公自动化系统，开发了企 业内外部网站。但是其办公自动化系统仍存在着比较突出的问题，主要表现在各类生产 自动化系统种类繁多，并且他们各自独立运行，其开放性较差；很多生产过程信息分散 在各系统中，难以实现共享；并且企业管理信息系统与生产控制系统没有实现连接，大 量的现场数据还需要手工记录和处理等等。 企业对综合信息系统的需求包括：建立企业统一的实时历史数据库平台，该平台 能够有效的处理整个企业的所有信息，并能实现整个企业范围内的信息共享，能够向其 它系统提供过程数据、计算以及分析结果；能够对机组的欲行参数与设备运行状态进行 连续的监测，提高企业的生产安全性和设备的稳定运行；能够为企业各部门提供其所需 要的生产及管理信息，辅助各部门管理等。 2 2 水泥企业综合信息化系统的组成 目前，综合信息化系统主要有实时历史数据库服务器、w e b 服务器、数据采集机、 过程管理功能站、浏览器等硬件以及运行在各硬件上的实时历史数据库、数据采集程 序以及用于综合信息系统各种功能模块处理和分析的软件、w e b 发布等软件组成【i 4 1 。 2 2 1 系统的网络结构 山东建铺大学硕士学位论文 由于系统信息量大，要求数据通讯能力要强。在本系统中对应的网络接口以及系统 种类较多例如制造执行系统与p c s 之间的接口：综合信息系统与制造执行系统的接口 等。为了保证实时数据在网络系统不因任意设备或线路的故障而出现问题，主干网络采 用1 0 0 0 m b s ，支干网络采用l o o m b s 的以太网，并且对网络交换机、现场数据采集机 等全冗余连接，在设备出现问题时使其实现自动切换整个系统的网络结构图如图2 1 所示： 图2i 网络结构图 数州辟- 性* 器 2 22 实时历史数据库服务器 实时历史数据库是整个系统的核心，由于生产过程数据量大，要求存储的数据鞍 多目比较频繁，因此关系数据库完成不了大数据量的存储，在传统工业q 1 一般采用实时 历史数据库。 实时数掘库按照其内核可分成两类：一是采用专用内核的实时数据库；一是采用关 系数据库为内核的实时数据库。专用内核的代表产品有i n f o p l u s 和p i 等实时数掘库： 以关系数掘为内核代表为w o n d e r w a r e 公司以及霍尼韦尔公司的实时数据库等。这两个 公司所采用专用内桉的实时数掘库，主要面向j = 业过程，所以它们的实时数据库系统响 应速度快、容量大、町靠性高。这种使用关系数据库作为内核的实时数据库，是在关系 圈 山东建筑大学硕士学位论文 数据库的基础上添加了实时数据库采集和面向过程的可视化操作界面，这样系统具有良 好的开放性与通用性，且它与关系数据库的互操作性强n 小埔1 。在工业生产中，实时历 史数据库的选择尤为重要，首先实时数据库作为生产管理的统一平台，要求它要有较强 的数据处理能力，其次简化了各应用软件的开发，避免系统数据冗余，减轻工作量等。 综上我们选择实时数据库时可以从以下几个方面来考虑： 1 ) 数据的读取速度与数据存储能力 不同的实时数据库采用了不同的压缩算法，所以其存储速度以及存储能力都不相 同，实时数据库的存储能力直接关系到采集的点数，根据目前工业生产的要求实时数据 库能采集的最大点数一般在1 0 0 ，0 0 0 点。数据采集速度一般在1 秒以内。 2 ) 数据接口技术 实时数据库应具备良好的接口技术，例如与d e s 等是否有专门的接口，是否具备与 其它数据库或者应用程序通讯的能力。 3 ) 实时数据库的结构 实时数据库一般都是基于开放的c s 结构或b s 结构，客户机和服务器应该具备支 持分布式结构和多服务器结构的模式。 4 ) 二次开发能力 实时历史数据库必须具有完善的二次开发手段，包括接口的开发和数据库访问等。 使用户能够通过多种途径快捷、方便的存取数据。 5 ) 数据备份及安全 数据库应该提供完善的数据备份及查询功能，能够使管理员方便的使用，同时可实 现数据的自动备份以及数据的恢复。数据库安全机制主要包括：账户的管理、数据约束、 用户管理和网络安全等。 6 ) 可移植性和扩展性 可移植性是其指水平扩展与垂直扩展能力。水平扩展主要是指要满足硬件上的扩 展，支持从单c p u 模式转换成多c p u 同时运行的模式；垂直扩展要求新的平台能够支持 软件，数据库服务器客户机支持集中管理模式引。 实时数据库的选择应结合现场机组控制系统的特点，根据前期的调研工作，综合考 虑数据库平台的性价比，参考己成功使用的案例进行慎重选择。 2 2 3w e b 服务器 传统的信息系统一般都是基于b s s 的三层体系结构，在这三层结构中，w e b 服务 山东建筑大学碗士学位论文 器是最主要的部分“”。如图2 2 所示，w e b 服务器是连接客户机与数据服务器的中间件， 它一方面接受并响应客户机的请求，一方面进行数据处理，w e b 服务器和数据服务器一 起协同工作，w e b 执行相应的程序读取数据库中的数据数据库服务器将读取的数据进 行处理然后交给w e b 报务器，最后w e b 服务器动态生成网页代码，并使用h 丌p 协议发 给客户端。客户机接受传来的页面文件，然后把它显示在浏览器上。使用这种方式主要 在w e b 服务器端进行程序的开发，简化了客户机的工作，使程序的维护与升级变的比较 方便。 图22b s 体系结构圉 客户机浏览器是整个系统的终端设备，它们安装在全厂各个部门，客户机采用现在 一般的商用p c 机即可，它主要用于访问w e b 页面，例如流程图画面、曲线图以及公司 首页上的文件信息等。本系统对客户机的配置要求较低，一般只要装有浏览器并有管理 员授权即可通过网络访问w e b 服务器浏览页面“”。 2 2 4 系统功能模块 本系统采用实时数据库和关系数据库，实时数据库负责生产数据的存敢，关系数据 库主要用束存储公司消息与文件等信息。在实时数据中对生产数据进行在线处理，并根 据需要进行各种二次开发例如在趋势分析与专家诊断中要对提取的数掘进行分析，然 后根据分析的结果柬判断设备的运行状况等。根据综合信息化系统所要实现的功能从生 产和管理两个方面介绍其包含的几种功能模块。 在实时生产管理中： 山东建筑大学硕士学位论文 1 ) 设备参数流程图模块 此模块主要包括两条孰料生产线和两个电厂中各设备运行参数、运行状态画面，设 计的画面形象直观、界面友好，通过实时更新的数据信息，生产管理人员在办公室内即 可了解现场设备的运行参数及运行状态，从而及时、准确的处理生产设备出现的故障。 2 ) 趋势分析模块 趋势分析模块包括实时趋势和历史趋势两部分，通过实时趋势曲线和历史趋势曲线 可观察某项指标的变化趋势，便于相关人员对分布于不同d e s 的关键历史数据的进行对 比分析，对关键技术指标做出科学、合理的调整，以提高生产效率，提高产品的竞争能 力。 3 ) 故障诊断模块 网络故障诊断模块是基于水泥行业专家的知识和经验建立的。它主要由知识库、数 据库、推理机、解释机制和人机接口等几个部分。知识库用于存放水泥行业专家的经验 知识以及有关的事实、规则等；数据库主要存放窑的一些重要的运行参数以及推理机的 中间结果；推理机是控制、利用知识库中各类知识进行推理，导出问题的结论；解释机 构的作用是让用户了解诊断的过程，同时向操作员等技术人员提供诊断知识，提高实际 诊断处理水平；人机接口是实现系统与用户交互的模块，用户可以通过人机接口实现对 知识库的扩充、修改和维护，也可以通过简单的输入得到诊断和咨询结果。 4 ) 报表模块 随着企业信息化程度的不断提高，企业对系统的报表功能提出了更高的要求。生产 管理系统每天都产生大量的各种类型的报表，如生产日报表，月生产统计表等。这就要 求系统能够提供一个方便的报表浏览工具，以满足用户的需要。在本系统中利用 m i c r o s o f t 公司开发的e x c e l 软件并结合v b a 技术，开发了一套在客户机上能在线存储 和查询的报表系统，为企业各部门数据的管理提供了一套有效的解决方案。 5 ) 报警功能 报警系统可以使用户快速区分和辨别故障，减少系统的故障时间，并以清晰、易懂 的格式提供给用户详细的报警信息。在本系统中报警功能的实现方式为：首先对流程图 画面中出现故障的设备参数进行提取，然后把提取的数据实时发送到值班领导的手机 上，发送内容包括两种，一是设备参数和设备的名字，二是出现故障的设备的截图。 另一部分主要是企业的规范管理，在本系统中企业规范管理主要包括用户权限的设 置、各部门信息的管理以及企业论坛等几个部分。 山东建筑大学硕士学位论文 2 3 自主设计的基于三层划分的综合1 言息系统 过去，制造企业一般采用传统的五层c i m s 结构，虽然这种体系框架在制造业信息化 发展进程中起过很大的推动作用，但随着研究与开发的深入，在综合信息系统的设计和 应用实践中遇到了较大问题。在水泥制造业的生产经营活动中，除了底层的过程控制和 顶层的管理决策外，中间层次是很难将生产行为与管理行为截然分开的。因此，在牵涉 到大量既有生产性质又有管理性质的信息时，根据五层结构就很难明确应该归于哪一层 次，造成了企业综合信息系统在开发过程中标准的难以统一和概念的混乱m 1 。相比于传 统的五层结构，本系统提出一种三层结构的水泥企业信息系统，如图2 3 所示：即用户交 互层、功能服务层和数据处理层。这种结构更符合现代企业生产管理结构的“扁平化一 思想，促使管理以职能为中心向以过程为中心的转变，更易于集成和实现，进而解决信 息系统在经营层和生产层之间脱节的现状。 用 户 层 数 据 层 图2 3 三层结构的综合信息系统图 1 ) 用户层，从数据服务层中读取用户请求的信息，根据用户需求的交互形式，在w e b 服务器层通过w e b 的信息发柿提供方便合理的交互界面。这一层主要包括人力资源管理、 财务管理、采购物料管理、生产计划、工厂设备维护、质量管理、销售和分销以及健康 安全坏保管理等模块，还可以由此出发建立数据分析、数据仓库等决策支持系统。其作 用主要是根据企业的人、财、物各种资源的状况和产、供、销各个环节的信息，对生产 进行合理有效的计划、组织，使生产经营活动协调有序地进行。并由决策支持系统根据 企业内外部信息对企业产品决策、中长远目标、发展规划和企业经营进行决策。 山东建筑大学硕士学位论文 2 ) 功能层，根据水泥企业对综合信息化系统功能的需求，在这一层对采集的数据进 行计算或处理，提取所需信息，然后将提取的信息存到数据层的数据服务器上，以备用 户调用或系统的数据共享，它主要包括一些数据处理程序。 3 ) 数据层，使用数据接口程序通过网关机从d c s 系统中采集数据，并采集的数据存 入到实时历史数据库以及关系数据库，并对关键数据进行长期存储，以便功能层的数据 处理以及用户对数据调用。这主要包括生产计划与调度、操作管理、数据调用与物料平 衡、生产管理、绩效监控与绩效管理、储运管理、化验室信息管理等功能。其主要作用 是根据用户交互层的请求，通过生产调度、生产统计、成本控制、物料平衡和能源管理 过程组织生产，并将信息加以采集、传递和加工处理，及返回给用户交互层。以实现数 据的连接与共享，实现生产全过程的一体化，统一计划与物流调度，对现场的生产、质 量的控制与管理的目的。 2 4 本章小结 本章主要研究了水泥企业综合信息化系统现状及存在的问题。首先根据系统的需 求，分析了系统要实现的主要功能；其次分析了系统的组成结构；接着讨论了水泥企业 综合信息化系统主要功能模块。然后分析了综合信息化系统的架构，主要包括的内容有 系统网络、实时历史数据库服务器、系统主要功能模块、w e b 服务器等。并提出了系 统的三层功能结构划分，结合在某水泥企业的实际应用情况，本课题开发的综合信息化 系统的架构和内容进行了详细的说明。 山东建筑大学硕士学位论文 第3 章水泥企业综合信息系统数据中心平台的构建 3 1 数据库概述 为了满足企业管理需求，例如企业各部门消息、文档的管理以及各部门报表数据的 存储和查询，企业门户网信息的存储等，所以关系数据库在企业管理中是必不可少的部 分。在本系统中我们采用s q l s e r v e r2 0 0 0 处理这些基础数据。 在生产方面，随着水泥企业信息化发展水平的不断提高，企业对实时数据提出了更 高的要求。主要体现在，企业对d c s 、p l c 等控制系统上产生的大量数据的保存和数 据的利用一直都非常重视，他们希望能有合适的数据库对数据进行管理、保存，并对一 些关键设备的数据进行长期保存，从而可以满足企业管理者分析机组运行状况和设备工 作等情况。下面主要介绍一下实时历史数据