1、精品資料推薦信息化與CIO在流程型工業企業中，有一類與生產 密切相關的信息系統，它們實時獲取DCS SCAD/等生產系統中的現場數據，幫助管理 者及時調度、指揮地理位置分散但又密切相關的現代化生產，這就是實時信息系統(Real Time Information System , RTIS) 與一般信息系統相區別，實時信息系統最大的特點是系統的實時性。由于有實時數據 庫的支撐，實時信息系統可以實時地查詢到企業各生產現場的生產實時數據，這對 于企業實時掌握生產情況，正確調度和指揮生產，以及及時處理生產中出現的問題具 有十分重要的意義。本專題將道德從技術上分析實時信息系統的構建，即介紹從實時數據庫到

2、實時信息 系統的開發過程，隨后還將介紹實時信息系統與其他系統的集成及應用情況。在實 時數據庫的平臺上開發實時信息系統我們稱為實時信息系統的構建，與一般的信息系 統開發不同的是，由于實時信息系統的實時信息要從企業的生產現場自動采集得 來，所以實時信息系統的開發不只是純軟件的工作，還有生產現場數據實時采集、 數據網絡實時通信等大量現場工作。這里重點將討論實時數據庫與現場的關系。從20世紀70年代開始，國內大量引進DCS技術和產品，隨著DCS系統的大量應 用，企業的生產規模越來越大，企業的管理層就有了生產數據集中的需求，即對實時 信息系統的需求。90年代初，在引進國外實時數據庫的同時，國內已經有不少

3、單位開始研究實時數據庫的理論并付諸實踐。10多年過去了，據筆者不完全了解，國 內實時數據庫和實時信息系統的應用有了較大發展。但是由于從實時數據庫到實時 信息系統的構建有相當的技術難度，而且運行和維護好一個實時信息系統決非易事，真正成功的高水平實例不多。因為要構建好并且應用好一個高水平的實時信息系 統，其難度不亞于構建一個高水平的ERP系統。目前在理論上對實時數據、實時數據庫、實時數據庫的結構等基本方面還沒有統一的 定義和處理方法，實時數據庫要達到關系數據庫那樣理論和系統的統一尚需時日。 不同開發商的實時數據庫系統對于實時數據的定義、理解和處理不盡一致，對于實時 數據庫的功能和性能的要求也不盡一

4、致，實時數據庫能達到的實際性能與功能也是參 差不齊，對實時數據庫的訪問也沒有類似SQL語言那樣的標準。實時數據與實時數據庫在流程型工業中實時數據原本是指存在于生產現場的生產參數如溫度、流量、壓力、物（液）位等，在現代化生產中這些實時數據已經被變送器采集并 轉換為數字量而存于DCS或SCAD系統的局部實時數據庫中，本文的實時數據將從這 個基礎討論起。按數據的類型分，實時數據可分為模擬量、累計量和開關量。模擬 量可以是溫度、壓力、瞬時流量、物位、產品度量、產品質量等，模擬量的特點是 僅與時刻有關；累計量可以是累計流量、產品產量、原料消耗量、庫（罐）存量 等，累計量的特點是不但與時刻有關而且與時間段

5、的起始與結束時刻有關;開關量 如電力開關的位置、閥門的開閉、設備的在線與備用、生產控制中的操 作條件等，開 矢量的特點是二位式數據。實時數據的最大特點是時效 性，實時數據在模擬系統中僅 僅在某一時刻有效，在數字系統（目前都 是數字系統）中由于實時數據存在時間上 非連續的模數轉換，實時數據只在本采樣周期內有效，過了有效期的數據便失效。實時數據庫即存儲實時數據的數據庫。由于實時數據的時效性，實時數據庫中存儲的實時數據應該能盡量跟上現場實時數據的變化，否則實時數據庫中存儲的是無效數據。事實上，數字系統不可能像模擬系統那樣幾乎沒有滯后地跟隨現場的變化，數字系統的滯后主要取決于DCS （或SCADA系統

6、）的數據采集的采集周期，數據采集周期的選擇又與數據載體參數的變化速率（載體的時間常數）有關。一般的數據采樣周期數量級在0.1秒至1秒左右，用于閉環控制的采集周期可能小些，僅用于測量的采集周期可能大些。從方便觀察的角度說，數據的變化周期又不可太快，在DCS或SCAD/系統的人機畫面上，實時數據的刷新周期在1 -2秒。如果實時數據庫能以2秒的周期跟上實時數據的變化，則用于流程型工業的企業級實時數據庫的實時性能就可以得到保證。而據不完全統計：國內已經在現場 運行的實時數據庫系統包括使用進口實時數據庫的系統只有個別系統能達到這一指標，其中原因下文將做分析。實時數據庫之與非實時數據庫的根本區別在于實時數

7、據庫能“實時”地跟隨生產現場 的變化。為了能夠跟上實時數據的變化，實時數據庫通常會在物理上定義一個常駐計 算機內存區的數據結構，這樣存放其中的實時數據能快速數據刷新，而且計算機開 銷極小。剩下的重要問題就是將實時數據以盡快的速度和最小的周期送往實時數據庫以刷新舊的實時數據，這可能 是構建優良性能的實時信息系統的技術難點。實時數據庫的一個重要功能是對實時數據的數據處理，包括對數據合理性的判斷、數據濾波、對累計量的處理如流量積分，消耗量和產量的計 算等。數據處 理是計算機的“強項”，該功能將不是本文討論的重點。相對于磁存儲介質（磁盤），計算機內存的容量是有限的，因而作為實時數據庫的核心，它能存儲的

8、實時數據也是有限的。另一方面實時數據必須定期存入磁盤保存，以備后用。存入磁盤的數據我們稱為歷史數 據，歷史數據已 是屬于非實時數據的范疇了。但由于歷史數據真實地記 錄了過去某一時刻或時段的生 產數據，也是實時數據庫的重要組成部分。早期的實時數據庫使用封閉的文件系統， 目前先進的實時數據庫系統直接使用開放的關系數據庫如Oracle或SQL Server等 存儲歷史數據，這樣實時數據庫就可以直接融入上層應用信息系統。實時數據庫的結構目前國內外的實時數據庫產品對實時數據和實時數據庫本身的結構基本上沒有太多的考慮，有的實時數據庫系統是從DCS系統或SCAD;系統改造而來，有 的實時數據庫系統是從實時仿

9、真系統改造而來，它們的實時數據庫或多或少帶有原來 系統的烙印，尤其是引進的實時數據庫，其結構并不完全符合中國流程企業的實時數 據的實際情況，如不適應中國流程企業中的實際組織結構。如前所述，國內流程企業中生產數據的實際結構是很復雜的，生產裝置的數據、分析實驗室的數據、儲運系統的數據、動力系統的數據、電力系統的數據 等。要將一個企業的生產實時數據映射到實時數據庫，只是簡單地用一個位號，即使 用一維數據結構的數據庫恐怕是難以勝任的。要方便地存儲、刷新和檢索實時數據，實時數據庫的結構應該是適應國內流程企業實 際情況的多維結構。我們提出多維實時數據庫的概念，并且在實踐中使用于證明是可 行和正確的。多維實

10、時數據庫不但符合中國企業的實際情況，也為分布式實時數據 庫系統、多級實時數據庫系統的發展展示了前景（下文中要介紹的NSIS實時數據庫系統就是多維實時數據庫的成功范例)。構建實時信息系統構建實時信息系統，首先要有實時數據庫平臺。目前常見的有國外引進的OSI公司 的 PI、Aspen 公司的 Infoplus 及 Honeywell 公司的 Uniformance(Phd)，國內 有雙碩公司的NSIS及浙大中控的ESP-iSYS等實時數據庫等平臺。與構建一般的信 息系統類似，有一個好的關系數據庫，還要有一個好的二次開發才能構建一個好的信 息系統。實時信息系統除了實時數據庫外，還必須有配套的系統，如

11、“數據采集子系統”、“圖形組態子系統”、“實時數據檢索子系統”、“客戶端實時界面子系 統”等，才能構成一個完整的實時信息系統。其中最重要 的子系統是數據采集子系 統，這是本文要重點討論的構建實時信息系統的特點和難點。數據采集子系統的兩 大任務是實時數據的自動采集和實時數據的實時傳送。1 實時數據自動采集實時數據自動采集是實時數據庫系統在數據來源方面區別于其他信息系統的根本所在 （一般信息系統的數據來源主要是人工錄入或其他數據 庫），它正是構建實時數據庫系統的重點與難點。其困難在于流程工業 企業的現場非常復雜。流程工業企業的生產控制層有多種生產裝置，各有或共有DCS空制系統，DCS空制系統又有各

12、種廠家、不同型號、不同操作系統。要從DCS獲取數據，DCS系統必須開放，好在目前新型的DCS都是開放的，而且開放標準逐漸 統一為OPC基金會制訂的OPqOLE for Process Control）標準。以橫河CS系列為 例，其0PC接口能以1000ms的刷新周期和500數據/秒的通過量提供實時數據，這 一指標完全可滿足大部分實時信息系統的要求。但是目前流程工業企業運行的其他實 時監控系統并不都具有OPC開放接口的。流程工業企業還有儲運系統，以石化企業為 例，企業有數以百計的物料罐（油罐），罐中的儲量是相當重要的數據。現代 大型 企業的物料罐一般都安裝了物位儀以及配套的SCADA系統，用以測

13、量物位并以此計算儲量。由于物位儀來自不同廠家、不同型號，因而從物位儀中讀取實時數據是一件煩雜的工作。要從現場讀取數據，工程師們必須了解各 種DCS 了解現場各種設備，從軟件編程語言上至少必須精通微軟的VC+ VB以及 Unix C-H-，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，就是只有從DCS系統或SCADAA統的實時數據庫的緩沖 區內存中，才能讀取當前最新版本的實時數據。如果DCS沒有實時接口或由于其他原 因無法使用實時接口，被迫從DCS系統的歷史數據庫中讀取數據，這樣的數據實時 性就較差了，嚴格說只能稱為歷史數據。2網絡實時通信協議目前眾多的網絡通信標準如Web HTTP FTP等協議均為TCP/IP的應用層協議， ODBC(Open Data Base Connection)協議是用于不同關系數據庫的通信協議，由于它 們都不是實時通信協議，因