引言

    隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表的發(fā)展以及人們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要求的提高，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備管理這一概念應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備管理系統(tǒng)充分發(fā)揮了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種智能功能和信息的作用，使設(shè)備的管理和維護(hù)變得可以預(yù)測(cè)。目前，國(guó)際各大公司針對(duì)HART、FF和Profibus開(kāi)發(fā)了各自的管理平臺(tái)，并得到了大量的應(yīng)用。

    分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)是關(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)命脈的大型控制系統(tǒng)，它的運(yùn)行狀況以及前期的購(gòu)買(mǎi)和后期的維護(hù)更換與企業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)。隨著生產(chǎn)管理要求的提高，人們的視線(xiàn)也漸漸從控制系統(tǒng)提供的控制信息上慢慢轉(zhuǎn)移到非控制信息。與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備管理不同的是，DCS系統(tǒng)的設(shè)備管理除了預(yù)測(cè)性維護(hù)必不可少外，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的全生命周期管理尤為重要。設(shè)備的購(gòu)置、維修、狀態(tài)、版本、負(fù)荷等信息，需要一個(gè)統(tǒng)一的方式進(jìn)行管理。但由于早期設(shè)備的智能化程度較低、部件多、管理難度較大，目前國(guó)內(nèi)DCS設(shè)備管理仍處于空白。設(shè)備的狀態(tài)、能力、負(fù)荷等動(dòng)態(tài)信息得不到反饋；設(shè)備的購(gòu)置、維修、報(bào)廢等生命信息得不到管理；大量數(shù)據(jù)也是用手工方式進(jìn)行處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

    針對(duì)分布式控制系統(tǒng)的IS0 10303(STEP)規(guī)范將DCS定義為一種產(chǎn)品，并指出在ISO 10303(STEP)中記述的所有的方法和底層結(jié)構(gòu)都是可以獲得的。這樣，描述DCS的問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為描述在整個(gè)產(chǎn)品生命周期應(yīng)用ISO 10303標(biāo)準(zhǔn)和STEP中的底層結(jié)構(gòu)所能處理的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的問(wèn)題。雖然規(guī)范離實(shí)際整體上的應(yīng)用尚存在距離，但本文結(jié)合DCS系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了大膽嘗試，首次提出DCS全生命周期設(shè)備管理方案，設(shè)計(jì)DCS設(shè)備管理功能、開(kāi)發(fā)設(shè)備管理平臺(tái)，把系統(tǒng)各部分包括加、通信模塊、主控制器、工業(yè)交換機(jī)、操作站、服務(wù)器等的管理融合起來(lái)，形成統(tǒng)一的管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。該方案已經(jīng)在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的SUPCON WebField系列控制系統(tǒng)之一ECS一700系統(tǒng)上得到實(shí)際應(yīng)用。

1 DCS設(shè)備管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

圖1設(shè)備管理功能不意圖

    在設(shè)計(jì)設(shè)備管理系統(tǒng)時(shí)，充分考慮了與其他系統(tǒng)的信息交互與集成，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)的設(shè)備資源共享，如圖1。根據(jù)DCS系統(tǒng)自身特點(diǎn)和管理需求，將DCS設(shè)備管理劃分為4個(gè)部分：設(shè)備信息管理、設(shè)備狀態(tài)管理、綜合查詢(xún)／統(tǒng)計(jì)分析以及日志報(bào)表管理，其中：

（1）設(shè)備信息管理包括設(shè)備前期管理和操作管理。設(shè)備前期管理信息是指設(shè)備制造信息，主要包括設(shè)備類(lèi)型、制造日期、制造商、預(yù)期壽命、軟硬件版本等在設(shè)備出廠(chǎng)前就已經(jīng)存在的信息。本設(shè)計(jì)可以統(tǒng)一提取這些前期記錄，整理歸類(lèi)、集中管理。設(shè)備操作管理信息主要是設(shè)備運(yùn)行時(shí)工作人員的操作記錄，包括I／O的冗余切換、標(biāo)定記錄，操作點(diǎn)的登錄記錄，設(shè)備的維修記錄等。本系統(tǒng)支持相關(guān)工作人員錄入信息并自動(dòng)保存所有記錄。在DCS系統(tǒng)中，一切的基礎(chǔ)都來(lái)自I／O模塊的信息采集，其種類(lèi)型號(hào)多、版本多、部件數(shù)量多、故障相對(duì)比例高，因此本系統(tǒng)亦支持I／O模塊的切換、標(biāo)定等操作。

(2)設(shè)備狀態(tài)管理包括運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷及預(yù)測(cè)性維護(hù)。根據(jù)設(shè)備重要性、監(jiān)控系統(tǒng)已有能力及現(xiàn)有通信線(xiàn)路帶寬條件，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要集中在主控制器和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

通過(guò)采集各設(shè)備的故障診斷信息，本系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，全面掌握系統(tǒng)故障狀況、事故波及范圍；分析、比較故障記錄，列出故障原因，便于故障查找和前攝性維護(hù)。

(3)綜合查詢(xún)／統(tǒng)計(jì)分析：管理人員及工程師可以以時(shí)間、設(shè)備類(lèi)型、操作員等查詢(xún)條件對(duì)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索分析，為相關(guān)決策提供數(shù)據(jù)支持。

(4)日志報(bào)表管理：設(shè)備管理需要大量的報(bào)表輸出，本系統(tǒng)可以對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理生成各種統(tǒng)計(jì)方式的報(bào)表，并完成打印和管理功能。

由此看出，從設(shè)備出廠(chǎng)前的信息記錄包括其基本屬性、技術(shù)屬性、能力屬性，到設(shè)備使用中的負(fù)荷變化、壽命狀態(tài)、故障更換等狀態(tài)屬性以及設(shè)備維護(hù)日志，基于統(tǒng)一的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，本文設(shè)備管理能夠貫穿DCS產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。

2 DCS設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 DCS設(shè)備管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

    系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用B／S和C／S相結(jié)合模式，特點(diǎn)互補(bǔ)。信息發(fā)布采用B／S模式，保持了瘦客戶(hù)端的優(yōu)點(diǎn)，可供企業(yè)網(wǎng)用戶(hù)瀏覽、查詢(xún)?cè)O(shè)備管理信息；過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)采用C／S模式，交互性強(qiáng)、速度快、安全性高，可供工程師完成復(fù)雜操作。

相對(duì)于使用范圍最廣的AMS設(shè)備管理系統(tǒng)客戶(hù)端與通信服務(wù)器綁定的結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)的C／S模式將客戶(hù)端、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信服務(wù)器全部分離。優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)客戶(hù)端與服務(wù)器分離，系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，客戶(hù)端不變、前臺(tái)不動(dòng)。

(2)通信服務(wù)器有很多種協(xié)議，運(yùn)行模式各不相同。而數(shù)據(jù)服務(wù)器是系統(tǒng)的核心，整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器。為了使通信服務(wù)器的改變盡量少影響到數(shù)據(jù)服務(wù)器，本設(shè)計(jì)將兩者分離。

(3)本設(shè)計(jì)中一個(gè)客戶(hù)端可以遠(yuǎn)程調(diào)用通信服務(wù)器、配置自由。而AMS客戶(hù)端與通信服務(wù)器綁定的結(jié)構(gòu)限制了配置。

    設(shè)備管理數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)信息網(wǎng)與通信服務(wù)器連接。主要負(fù)責(zé)通信服務(wù)器的管理、數(shù)據(jù)采集、響應(yīng)客戶(hù)端數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，同步系統(tǒng)組態(tài)服務(wù)器組態(tài)內(nèi)容。設(shè)備管理通信服務(wù)器架設(shè)在獨(dú)立的主機(jī)或者工程師站上，通信服務(wù)器的管理范圍可以是任意控制域內(nèi)的任意的控制站的集合。設(shè)備管理客戶(hù)端通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器下發(fā)設(shè)備管理命令，讀取征訂范圍內(nèi)的設(shè)備數(shù)據(jù)。OPC服務(wù)器連接到數(shù)據(jù)服務(wù)器，獲得所有DCS設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和管理信息，將設(shè)備管理綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)按0PC Data Access 2．O標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外開(kāi)放。在此基礎(chǔ)上建立WEB服務(wù)器，企業(yè)管理網(wǎng)上的遠(yuǎn)程客戶(hù)就可以方便地以訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)頁(yè)的形式來(lái)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)廣泛意義的對(duì)DCS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理。

2．2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3設(shè)備管理軟件結(jié)構(gòu)圖

    設(shè)備管理軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。IE、WEB·0PC DataSenrer、Database構(gòu)成B／S三層結(jié)構(gòu)。Client、Data—Communication Server構(gòu)成C／S兩層結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用基于組件技術(shù)的開(kāi)發(fā)方法，可以提高代碼的重用性，以及軟件的可維護(hù)性和健壯性，同時(shí)降低系統(tǒng)升級(jí)、調(diào)試的難度和代價(jià)。

    數(shù)據(jù)服務(wù)器(Data server)由2層組件構(gòu)成。底層為數(shù)據(jù)服務(wù)層，包含了幾個(gè)操作數(shù)據(jù)庫(kù)的組件。這些組件使用AD0技術(shù)、SQL語(yǔ)句操作數(shù)據(jù)庫(kù)。而各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的SQL語(yǔ)法基本相同，并都提供0LE DB接口，由此可保證對(duì)不同數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的兼容性。對(duì)于少量的不同，使用另一個(gè)組件判別數(shù)據(jù)庫(kù)的不同，以采用不同的SQL語(yǔ)句。上層為邏輯層，包含主邏輯組件和服務(wù)器監(jiān)控組件。通過(guò)主邏輯組件，分布在不同機(jī)器上的多個(gè)客戶(hù)可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，操作分布在不同通信服務(wù)器上的在線(xiàn)設(shè)備。監(jiān)控組件用于啟動(dòng)、關(guān)閉服務(wù)器，監(jiān)視客戶(hù)和通信服務(wù)器的情況。

    通信服務(wù)器(communication server)是一個(gè)多線(xiàn)程程序。服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)先創(chuàng)建串行通信線(xiàn)程，等待處理串行通信命令；然后創(chuàng)建初始化線(xiàn)程，將查詢(xún)?cè)诰€(xiàn)設(shè)備的串行通信命令發(fā)送到串行通信線(xiàn)程；初始化結(jié)束之后，創(chuàng)建非周期性命令緩存處理線(xiàn)程，接收并處理數(shù)據(jù)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的通信請(qǐng)求；同時(shí)主線(xiàn)程開(kāi)始定時(shí)執(zhí)行周期性命令，以獲取設(shè)備的在線(xiàn)情況及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。非周期性命令的優(yōu)先級(jí)高于周期性命令。

    WEB Serverer選擇Microsoft IIs，利用ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)。同時(shí)利用基于COM／DCOM組件技術(shù)的OPC服務(wù)器(0PC server)以及ActiveForm組件為IE客戶(hù)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)。

    系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)采用基于結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言和多線(xiàn)程的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)MySQL管理設(shè)備相關(guān)的信息，實(shí)現(xiàn)與Internet和Windows操作系統(tǒng)的無(wú)縫集成，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中保證數(shù)據(jù)庫(kù)信息的完整性和一致性。設(shè)備的所有信息將保存在數(shù)據(jù)庫(kù)的表中，通過(guò)設(shè)備的編號(hào)與設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)。同時(shí)應(yīng)用C／S模式下的報(bào)表工具(Report)FornulaOne，自動(dòng)生成各種報(bào)表。