分布式實時數據庫在鋼鐵中的應用

關鍵詞：實時數據庫 集群技術 數據采集生產調度

根據國家“十一五”規劃的要求，對各個行業，特別是能源消耗型企業提出了更高更新的要求：清潔化生產、零排放。鋼鐵企業“以企業信息化帶動工業自動化”的步伐已經邁出了堅實的腳步，對建成ERP（企業資源計劃）、MES（制造執行系統）、PCS（過程控制系統）這樣一套以數據流、資金流、物資流有機互動的信息化模式進行了多次有益嘗試，發現ERP、MES要能正常工作，離不開外部環境的支持，特別是數據支持體系，而其中尤以生產數據為重中之重。因此，強化企業內部的數據綜合利用與挖掘，建立自己的實時數據庫平臺，是實現鋼鐵企業信息化的關鍵，是滿足企業資本和決策支持的根本需要。

為了獲得對更新與查詢極快的響應，滿足實時應用的需要，將數據庫和實時系統兩者的概念、技術、方法和機制的無縫結合，產生了實時數據庫RTDB（Real Time Database）。實時數據庫就是其數據和事務都有顯式定時限制的數據庫，在時間的約束的條件下保證共享數據的一致性，數據的正確性不僅依賴于邏輯結果，而且依賴于邏輯結果的產生時間和導出結果所使用數據的時間一致性。

與傳統的關系數據庫相比，實時數據系統除了在重視數據一致性之外，還突出地強調了整個系統的實時性。在傳統應用領域上，關系型數據庫以嚴格的數學基礎，簡單清概念，便于理解和使用的操作獲得了巨大的成功，然而在現代工程（尤其是在工業控制領域）和時間關鍵型的應用領域面前，卻顯得束手無策。一方面企業希望該數據平臺能夠提供高速、及時的實時數據服務，能夠有效地集成異構控制系統，提供分布式的數據服務。另一方面希望它可以在工廠控制層（現場總線、DCS、PLC等）與MES系統之間建立了實時的數據連接，使企業全生產過程控制和業務管理相結合。同時它也是流程模擬、先進控制、實時在線優化、生產全過程管理系統的數據平臺。而這些僅靠采集控制系統（DCS）和關系數據庫技術并不能完全解決。

ESP-iSYS實時數據庫系統是浙江中控軟件技術有限公司針對流程工業企業實現企業綜合自動化而開發的分布式實時數據集成與過程監控平臺。它為流程工業企業提供了統一而完整的實時數據采集、存儲、監視和Web瀏覽功能，提供了API、OPC、ODBC等多種數據服務方式。該系統采用了COM/DCOM、系統容錯、任務調度、壓縮算法和位號映射等多項先進技術，保證了系統在企業局域網環境下能高效、穩定、安全地運行。部分關鍵技術如下：

Ø 基于COM/DCOM的組件技術實現軟件的組件化，實現動態鏈接；

Ø 客戶端管理模塊管理客戶端軟件的調度；

Ø 實時數據庫技術；

Ø 多層分布式技術；

Ø 統一數據管理與訪問平臺技術；

Ø 高性能的實時數據庫管理；

Ø 具有多層分布式客戶/服務器結構；

Ø 優良的擴展性；

Ø 能動態地修改實時數據庫中的組態信息；

Ø 完善的備份與恢復機制；

Ø 實時的分布式消息通信中間件 ；

Ø 磁盤歷史數據的旋轉門壓縮技術；

Ø 容錯技術；

Ø 數據處理：累積量計算、報警設置；

Ø 支持先控應用：可編程虛位號；

在分布式應用方面，通過計算機網絡和正確的DCOM配置和組態過程，ESP-iSYS可以連接不同計算機上或設備上的數據服務器（OPC/DDE），按照統一的數據格式采集數據，對數據統一管理。同時，ESP-iSYS實時數據庫允許同時運行多套實時數據系統，各個數據庫系統分別采集不同的控制站位號，進行壓縮處理存儲，之上集中調度管理，做到物理上分布，邏輯上統一。其分布式體系結構如圖所示：

從圖中可以看出，實時數據庫軟件和數據采集網建立了控制網和企業局域網之間的信息聯系，實現了生產過程信息的綜合集成。

4.1 湘潭鋼鐵集團有限公司

湘潭鋼鐵集團有限公司有燒結、焦化、煉鐵、一高線、二高線、一棒、二棒等七個分廠共幾十套PLC和DCS系統，采集位號約15000點。目前正抓緊500萬噸鋼配套建設，進行新一輪結構調整，大力推進普鋼向優鋼轉變，單一線棒材向板材等多領域轉變，同時以實施企業資源計劃（ERP）項目為契機，加快企業改革步伐，努力構建集團化管理新模式，向現代企業制度邁進。

4.2 應用方案

針對湘潭鋼鐵廠分廠分散、控制系統較多的特點及分布式結構、多個實時數據庫并存等要求，采用分布式集群實施方式，即各分廠單獨運行實時數據庫系統，并由湘鋼信息中心統一管理。其結構圖如下：

通過分布式實施，各個分廠實時數據庫并行運行，物理上分散，實現整個企業實時數據集群，實現采集、存貯、管理與查詢及歸檔管理，同時通過信息中心ESP-iSYS的管理，即可實時了解各分廠系統運行情況，實現上了邏輯上的統一，方便調度與決策。

實時數據庫系統的實施給整個湘鋼集團的生產和管理帶來了很多有益變化，得到集團公司的一致認可，有效地提升了企業的信息化水平，突出地表現在以下幾個方面：

1. 統一的生產實時數據庫平臺

建立企業級實時數據庫平臺，用統一的平臺對不同控制系統各生產自動化裝置的實時數據進行采集、存儲和發布，并按信息化管理的要求，向企業管理層各管理子系統模塊提供生產現場的各種基礎數據。

2. 生產系統實時監控和管理

湘鋼集團廠區較大，裝置多而又分散，流程十分復雜，由于無法及時了解生產現場的情況，各種設施協同運行的系統管理一直很難做到。ESP-iSYS實時數據庫系統的建立為各級管理部門提供的遠程實時生產過程信息，有效地幫助調度人員及時調整物流方向，減少非計劃停車，保持生產的平穩運行。

3. 報警實時監視

通過比較當前的數據和歷史趨勢數據，特別是結合裝置安全運行的經驗，通過趨勢圖和數據的分析可以及早報告事故隱患，并且通過對事故前后實時記錄的歷史數據的分析，定位事故發生的原因。

4. 便于操作考核和加強產品質量控制

通過實時數據庫系統記錄的裝置運行狀態參數的分析和中間產品的質量分析，然后通過實時數據庫系統快速返回相關的結果，來及時調整操作參數，確保裝置操作的平穩性，從而有效地提高產品的質量。

5. 應用和集成平臺

全廠全生產過程實時數據的歷史積累，是發現過程運行規律的數據基礎，而這些規律的集合則可構成先進控制和流程模擬的數學模型；同時生產的實時數據也為MES、ERP等上層應用提供了數據運行環境。

6. 集群實現

各個分廠實時數據庫集群并行運行，物理上分散，實現分布式實時數據的采集、存貯、管理與查詢及歸檔管理，同時通過總調度室ESP-iSYS集群服務器的管理，可實時了解各分廠系統運行情況，實現上了邏輯上的統一，方便調度與決策。