{信息化知识}信息化与CIO

1、信息化和 CIO于流程型工业企业中，有壹类和生产密切关联的信息系统，它们 实时获取 DCS、 SCADA 等生产系统中的现场数据，帮助管理者 及时调度、指挥地理位置分散但又密切关联的现代化生产，这就 是实时信息系统 (RealTimeInformationSystem ， RTIS)。和壹般信息系统相区别，实时信息系统最大的特点是系统的实时性。由于有实时数据库的支撑，实时信息系统能够实时地查询到 企业各生产现场的生产实时数据，这对于企业实时掌握生产情 况，正确调度和指挥生产，以及及时处理生产中出现的问题具有 十分重要的意义。本专题将道德从技术上分析实时信息系统的构建，即介绍从实时数据库到实时信

2、息系统的开发过程，随后仍将介绍实时信息系统和其他系统的集成及应用情况。于实时数据库的平台上开发实时信息系统我们称为实时信息系统的构建，和壹般的信息系统开发不同的是，由于实时信息系统的实时信息要从企业的生产现场自动采集得来，所以实时信息系统的开发不只是纯软件的工作，仍 有生产现场数据实时采集、数据网络实时通信等大量现场工作。 这里重点将讨论实时数据库和现场的关系。从 20 世纪 70 年代开始，国内大量引进 DCS 技术和产品，随着DCS 系统的大量应用，企业的生产规模越来越大，企业的管理层 就有了生产数据集中的需求，即对实时信息系统的需求。 90 年代 初，于引进国外实时数据库的同时，国内已经

3、有不少单位开始研 究实时数据库的理论且付诸实践。 10 多年过去了，据笔者不完全 了解，国内实时数据库和实时信息系统的应用有了较大发展。可 是由于从实时数据库到实时信息系统的构建有相当的技术难 度，而且运行和维护好壹个实时信息系统决非易事，真正成功的 高水平实例不多。因为要构建好且且应用好壹个高水平的实时信 息系统，其难度不亚于构建壹个高水平的 ERP 系统。 目前于理论上对实时数据、实时数据库、实时数据库的结构等基 本方面仍没有统壹的定义和处理方法，实时数据库要达到关系数 据库那样理论和系统的统壹尚需时日。不同开发商的实时数据库 系统对于实时数据的定义、理解和处理不尽壹致，对于实时数据 库的

4、功能和性能的要求也不尽壹致，实时数据库能达到的实际性 能和功能也是参差不齐，对实时数据库的访问也没有类似 SQL 语言那样的标准。实时数据和实时数据库 于流程型工业中实时数据原本是指存于于生产现场的生产参数 如温度、流量、压力、物（液）位等，于现代化生产中这些实时数据已经被变送器采集且转换为数字量而存于DCS或SCADA 系 统的局部实时数据库中，本文的实时数据将从这个基础讨论起。 按数据的类型分，实时数据可分为模拟量、累计量和开关量。模 拟量能够是温度、压力、瞬时流量、物位、产品度量、产品质量 等，模拟量的特点是仅和时刻有关 ;累计量能够是累计流量、产品 产量、原料消耗量、库（罐）存量等，累

5、计量的特点是不但和时 刻有关而且和时间段的起始和结束时刻有关 ;开关量如电力开关 的位置、阀门的开闭、设备的于线和备用、生产控制中的操作条 件等，开关量的特点是二位式数据。实时数据的最大特点是时效 性，实时数据于模拟系统中仅仅于某壹时刻有效 ，于数字系统 （目 前均是数字系统）中由于实时数据存于时间上非连续的模数转 换，实时数据只于本采样周期内有效 ，过了有效期的数据便失效。 实时数据库即存储实时数据的数据库。由于实时数据的时效性， 实时数据库中存储的实时数据应该能尽量跟上现场实时数据的 变化，否则实时数据库中存储的是无效数据。事实上，数字系统 不可能像模拟系统那样几乎没有滞后地跟随现场的变化

6、，数字系 统的滞后主要取决于 DCS（或 SCADA 系统）的数据采集的采集 周期，数据采集周期的选择又和数据载体参数的变化速率（载体 的时间常数）有关。壹般的数据采样周期数量级于 0.1 秒至 1 秒 左右，用于闭环控制的采集周期可能小些，仅用于测量的采集周 期可能大些。从方便观察的角度说，数据的变化周期又不可太 快，于 DCS 或 SCADA 系统的人机画面上，实时数据的刷新周期 于 1 2 秒。如果实时数据库能以 2 秒的周期跟上实时数据的变 化，则用于流程型工业的企业级实时数据库的实时性能就能够得 到保证 。而据不完全统计 :国内已经于现场运行的实时数据库系统 包括使用进口实时数据库的

7、系统只有个别系统能达到这壹指 标，其中原因下文将做分析。 实时数据库之和非实时数据库的根本区别于于实时数据库能 “实时”地跟随生产现场的变化。为了能够跟上实时数据的变 化，实时数据库通常会于物理上定义壹个常驻计算机内存区的数 据结构，这样存放其中的实时数据能快速数据刷新，而且计算机 开销极小。剩下的重要问题就是将实时数据以尽快的速度和最小 的周期送往实时数据库以刷新旧的实时数据，这可能是构建优良 性能的实时信息系统的技术难点。实时数据库的壹个重要功能是对实时数据的数据处理，包括对数 据合理性的判断、数据滤波、对累计量的处理如流量积分，消耗 量和产量的计算等。数据处理是计算机的“强项”，该功能将

8、不 是本文讨论的重点 相对于磁存储介质（磁盘） ，计算机内存的容量是有限的，因而 作为实时数据库的核心，它能存储的实时数据也是有限的。另壹 方面实时数据必须定期存入磁盘保存，以备后用。存入磁盘的数 据我们称为历史数据，历史数据已是属于非实时数据的范畴了。 但由于历史数据真实地记录了过去某壹时刻或时段的生产数 据，也是实时数据库的重要组成部分。早期的实时数据库使用封 闭的文件系统，目前先进的实时数据库系统直接使用开放的关系 数据库如 Oracle 或 SQLServer 等存储历史数据，这样实时数据 库就能够直接融入上层应用信息系统。实时数据库的结构 目前国内外的实时数据库产品对实时数据和实时数

9、据库本身的 结构基本上没有太多的考虑，有的实时数据库系统是从 DCS 系 统或 SCADA 系统改造而来，有的实时数据库系统是从实时仿真 系统改造而来，它们的实时数据库或多或少带有原来系统的烙 印，尤其是引进的实时数据库，其结构且不完全符合中国流程企 业的实时数据的实际情况，如不适应中国流程企业中的实际组织 结构。如前所述，国内流程企业中生产数据的实际结构是很复杂的，生 产装置的数据、分析实验室的数据、储运系统的数据、动力系统的数据、电力系统的数据等。要将壹个企业的生产实时数据映射 到实时数据库，只是简单地用壹个位号，即使用壹维数据结构的 数据库恐怕是难以胜任的。要方便地存储、刷新和检索实时数

10、 据，实时数据库的结构应该是适应国内流程企业实际情况的多维 结构。我们提出多维实时数据库的概念，且且于实践中使用于证 明是可行和正确的。多维实时数据库不但符合中国企业的实际情 况，也为分布式实时数据库系统、多级实时数据库系统的发展展 示了前景(下文中要介绍的 NSIS 实时数据库系统就是多维实时 数据库的成功范例) 。构建实时信息系统 构建实时信息系统，首先要有实时数据库平台。目前常见的有国 外引进的 OSI 公司的 PI、Aspen 公司的 Infoplus 及 Honeywell 公司的 Uniformance(Phd) ，国内有双硕公司的 NSIS 及浙大中 控的 ESP-iSYS 等实

11、时数据库等平台。和构建壹般的信息系统类 似，有壹个好的关系数据库，仍要有壹个好的二次开发才能构建 壹个好的信息系统。实时信息系统除了实时数据库外，仍必须有配套的系统，如“数 据采集子系统”、“图形组态子系统”、“实时数据检索子系 统”、“客户端实时界面子系统”等，才能构成壹个完整的实时 信息系统。其中最重要的子系统是数据采集子系统，这是本文要 重点讨论的构建实时信息系统的特点和难点。数据采集子系统的 俩大任务是实时数据的自动采集和实时数据的实时传送。 1实时数据自动采集 实时数据自动采集是实时数据库系统于数据来源方面区别于其 他信息系统的根本所于（壹般信息系统的数据来源主要是人工录 入或其他数

12、据库） ，它正是构建实时数据库系统的重点和难点。 其困难于于流程工业企业的现场非常复杂。 流程工业企业的生产控制层有多种生产装置，各有或共有 DCS 控制系统， DCS 控制系统又有各种厂家、不同型号、不同操作系 统。要从 DCS 获取数据， DCS 系统必须开放，好于目前新型的 DCS 均是开放的，而且开放标准逐渐统壹为 OPC 基金会制订的 OPC（OLEforProcessControl） 标准。以横河 CS 系列为例，其 OPC 接口能以 1000ms 的刷新周期和 500 数据秒的通过量提 供实时数据，这壹指标完全可满足大部分实时信息系统的要求。 可是目前流程工业企业运行的其他实时监

13、控系统且不均具有 OPC 开放接口的。流程工业企业仍有储运系统，以石化企业为 例，企业有数以百计的物料罐（油罐） ，罐中的储量是相当重要 的数据。现代大型企业的物料罐壹般均安装了物位仪以及配套的SCADA 系统，用以测量物位且以此计算储量。由于物位仪来自不同厂家、不同型号，因而从物位仪中读取实时数据是壹件烦杂 的工作。要从现场读取数据，工程师们必须了解各种 DCS、了解 现场各种设备，从软件编程语言上至少必须精通微软的 VC+ 、 VB 以及 UnixC+ ，甚至汇编 ;于编程接口方面必须精通 OLE、 OPC、DDE 及各种 API 软件接口。只有使用上述方法，具体说， 就是只有从 DCS 系统或 SCADA 系统的实时数据库的缓冲区内存 中，才能读取当前最新版本的实时数据。如果DCS 没有实时接口或由于其他原因无法使用实时接口，被迫从DCS 系统的历史数据库中读取数据，这样的数据实时性就较差了，严格说只能称 为历史数据。2网络实时通信协议 目前众多的网络通信标准如 Web 、HTTP 、FTP 等协议均为 TCP/IP 的应用层协议， ODBC(OpenDataBaseConnection) 协 议是用于不同关系数据库的通信协议，由于它们均不是实时通信 协议