摘 要：MES是流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)集成是MES中的基礎(chǔ)。如何實現(xiàn)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)操作系統(tǒng)、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫等異構(gòu)環(huán)境中的數(shù)據(jù)集成是系統(tǒng)集成中的難點(diǎn)。該文提出了一種基于實時數(shù)據(jù)平臺的集成模型，并應(yīng)用于實際系統(tǒng)集成中，取得了比較滿意的效果。 關(guān)鍵字：制造執(zhí)行系統(tǒng) 實時數(shù)據(jù)平臺 數(shù)據(jù)集成 目前，流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)是由企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和過程控制系統(tǒng)（PCS） 3個支撐系統(tǒng)構(gòu)成的體系結(jié)構(gòu)。ERP負(fù)責(zé)企業(yè)的經(jīng)營決定和生產(chǎn)規(guī)劃;MES負(fù)責(zé)企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度和系統(tǒng)過程優(yōu)化;PCS負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程控制。大部分的流程工業(yè)都擁有底層的控制系統(tǒng)，不少企業(yè)也實施了ERP系統(tǒng)。但是管理層和控制層之間仍缺乏有效聯(lián)系。MES是流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在整個流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中起承上啟下的作用，是企業(yè)生產(chǎn)與管理活動的信息集成橋梁，非常有必要從企業(yè)全局的角度統(tǒng)一規(guī)劃面向整個生產(chǎn)執(zhí)行過程的的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集成是MES的功能子系統(tǒng)中的基礎(chǔ)。根據(jù)數(shù)據(jù)集成模塊的特點(diǎn)及重要性，本文提出了一種基于數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)集成方法。 一 MES中數(shù)據(jù)集成重要性及難點(diǎn) 1 MES數(shù)據(jù)集成的重要性 MES采集生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、集成原料和產(chǎn)品的存儲數(shù)據(jù)、集成設(shè)備狀態(tài)信息，并將這些信息進(jìn)行合并、匯總、規(guī)范、比較、分析等綜合處理，一方面為生產(chǎn)計劃與排產(chǎn)提供依據(jù)，另一方面也為ERP提供及時、可靠、準(zhǔn)確的生產(chǎn)經(jīng)營決策參考信息。 數(shù)據(jù)集成是實施MES的基礎(chǔ)，將PCs層的生產(chǎn)運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量、原料和產(chǎn)品輸送、動力能耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和處理，使下層生產(chǎn)過程的實時信息和上層企業(yè)資源管理等的各類信息都在MES層中融合，并通過信息集成形成優(yōu)化控制、優(yōu)化調(diào)度和優(yōu)化決策等調(diào)度或指令。同時，數(shù)據(jù)集成模塊也負(fù)責(zé)將上層系統(tǒng)中的一些數(shù)據(jù)（如優(yōu)化值、設(shè)定值等）傳送到PCS。 2 MES數(shù)據(jù)集成的難點(diǎn) 流程企業(yè)生產(chǎn)流程復(fù)雜，數(shù)據(jù)來源廣，數(shù)據(jù)采集、存儲方式多樣，且底層各控制系統(tǒng)彼此封閉，所采用的網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫也存在很大的差異，如何實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)系統(tǒng)和異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)綜合集成是MES數(shù)據(jù)集成中最大的難點(diǎn)。 二 數(shù)據(jù)平臺特點(diǎn)及功能 1 數(shù)據(jù)平臺的提出 傳統(tǒng)的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)行是直接建立在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之上的。由于上面的應(yīng)用系統(tǒng)對底層的支撐環(huán)境依賴性較強(qiáng)，使得應(yīng)用系統(tǒng)與集成環(huán)境缺乏良好的開放性和可移植性，同時也很難解決異構(gòu)信息和異構(gòu)環(huán)境的集成問題，影響應(yīng)用系統(tǒng)的整體效益。因此提出了基于數(shù)據(jù)平臺的集成。 2 數(shù)據(jù)平臺的結(jié)構(gòu) 實時數(shù)據(jù)平臺RTDP（即實時數(shù)據(jù)庫）實現(xiàn)了現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的采集、管理、歷史歸檔、維護(hù)、下寫和報警生成、事件記錄、時間同步等功能。同時，它作為運(yùn)行平臺，為運(yùn)行在它之上的各種應(yīng)用軟件提供實時/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)。它的總體結(jié)構(gòu)如圖I所示。 3 數(shù)據(jù)平臺的主要功能 （1）數(shù)據(jù)的通信功能：主要是通過OPC,DDE,ODBC接口與監(jiān)控軟件、應(yīng)用程序和各種數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信，把下層的數(shù)據(jù)讀到實時數(shù)據(jù)平臺中;把上層的命令信息通過這些接口回送到相應(yīng)的系統(tǒng)去。 （2）數(shù)據(jù)的輸入和輸出處理：對進(jìn)入到實時數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、量程轉(zhuǎn)換、報警的設(shè)定、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、歷史數(shù)據(jù)的歸檔等。 （3）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及重連：為保證數(shù)據(jù)的正常傳輸，實時數(shù)據(jù)平臺應(yīng)具備網(wǎng)絡(luò)易監(jiān)控及自動重連的功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，能夠及時提示或報警。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時，能夠檢測到并自動重連。 （4）在線維護(hù)、組態(tài)及查詢：為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，實時數(shù)據(jù)平臺應(yīng)提供在線維護(hù)功能;根據(jù)用戶的不同要求可以進(jìn)行組態(tài);提供查詢的功能。 （5）數(shù)據(jù)的安全保證：因為數(shù)據(jù)平臺涉及到與下層控制系統(tǒng)相連，關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)信息，同時由于還可能要與Internet相連，因此必須設(shè)立安全機(jī)制，絕對防止未經(jīng)授權(quán)的操作，保證整個信息系統(tǒng)的安全。 三 基于實時數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)集成的結(jié)構(gòu)模型 考慮到實際數(shù)據(jù)集成的特點(diǎn)，提出了如圖2所示的數(shù)據(jù)集成模型。右邊為集成模型的3個層次劃分，左邊為與企業(yè)信息集成3層模型的對應(yīng)關(guān)系。 整個結(jié)構(gòu)主要分為3個層次: （1）底層是環(huán)境層，是指基于各種現(xiàn)場總線、DCS的各種專用控制網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、各種不同操作系統(tǒng)、以及多種的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它可為上層提供實時和非實時的數(shù)據(jù)服務(wù)，提供各種數(shù)據(jù)接口（如OPC, ODBC, DDE, CORBA等），是數(shù)據(jù)平臺和最底層設(shè)備進(jìn)行信息交互的中介。 （2）中間層是數(shù)據(jù)平臺層，它一方面根據(jù)下層提供的接口用相應(yīng)的方法與其進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)集成和管理、數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)通信等服務(wù)功能。當(dāng)有來自上層的調(diào)度、優(yōu)化等指令時，又將其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)數(shù)據(jù)，發(fā)送給相應(yīng)的系統(tǒng);另一方面為上層的應(yīng)用提供一些公用的集成支持服務(wù)，把下層來的數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的格式，為MES層的其它模塊（如實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、流程模擬、生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備管理、庫存跟蹤、質(zhì)量控制、優(yōu)化控制等）及上層的ERP提供實時的和非實時的信息。 （3）上層是應(yīng)用層，它包括MES中除數(shù)據(jù)采集功能外的其它功能，以及與ERP相關(guān)的一些功能。 基于數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)集成的特點(diǎn)如下: （1）通過數(shù)據(jù)平臺可以實現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用集成。數(shù)據(jù)平臺為MES中其它模塊及上層的ERP提供了統(tǒng)一的集成環(huán)境，便于應(yīng)用開發(fā)與集成。 （2）開放性。DDE,ODBC,Web,OPC等標(biāo)準(zhǔn)接F1實現(xiàn)了MES與其它應(yīng)用程序、Internet/Intranet的連接，為應(yīng)用開發(fā)提供了統(tǒng)一的系統(tǒng)資源和共享資源。 （3）透明性?；谄脚_數(shù)據(jù)集成簡化開發(fā)工作，開發(fā)人員可以直接面向平臺進(jìn)行開發(fā)，而不必考慮下層數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)或通信模式，這些工作全部由數(shù)據(jù)平臺負(fù)責(zé)完成。 （4）數(shù)據(jù)平臺提供了共享的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，并同時支持多種應(yīng)用服務(wù)，可縮短信息系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高開發(fā)效率，更有效地實現(xiàn)企業(yè)三層結(jié)構(gòu)的集成。 四 集成實例分析 以下從某焦化制氣廠的現(xiàn)狀出發(fā)，分析如何利用實時數(shù)據(jù)平臺到達(dá)集成目的。 1 現(xiàn)有系統(tǒng)的狀況 全廠有全自動備煤系統(tǒng)、煉焦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、煤氣壓送站生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、氣源調(diào)峰站生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、生化站生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、煤氣鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、供配電綜合自動化系統(tǒng)等8個車間級的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱子系統(tǒng)）;有汽車衡、軌道衡及煤塔秤等3個稱重系統(tǒng);有推焦車爐號識別、焦?fàn)t爐溫測量2個非連續(xù)的系統(tǒng)。為了充分利用現(xiàn)有資源，實現(xiàn)資源共享，要實現(xiàn)對13個子系統(tǒng)的信息集成，建立覆蓋全廠各個監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，完成生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng)（以下簡稱調(diào)度系統(tǒng)）的建設(shè)開發(fā)，實現(xiàn)調(diào)度中心對全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視、集中管理。 由于整個工廠的發(fā)展經(jīng)歷了幾十年，從舊到新各個系統(tǒng)存在著較大的差異，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。 （1）硬件平臺。有工作站、個人計算機(jī)、工控機(jī)和服務(wù)器幾種計算機(jī)類型;從通信網(wǎng)絡(luò)來看有串口、現(xiàn)場總線、工業(yè)控制網(wǎng)、局域網(wǎng)等。 （2）操作系統(tǒng)。有Windows98,WindowsNT,Windows2000,WindowsXP共4種。 （3）數(shù)據(jù)庫。有文本數(shù)據(jù)庫（Axt）,Access，SQLServer7.0、SQLServer2000, paradox5.0, excel表格等。 （4）開發(fā)工具:匯編語言，TurboC,VC,VB,Delphi等。 因此，本系統(tǒng)集成中的難點(diǎn)就是如何將基于各種異構(gòu)環(huán)境（異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)操作系統(tǒng)、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫等）的信息統(tǒng)一起來，達(dá)到集成的要求。 2 系統(tǒng)集成的方法 根據(jù)要集成的系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們采用了基于上面集成模型的集成方法。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用了以交換機(jī)為中心的局域網(wǎng)。具體各部分的信息交換如下: （1）全自動備煤系統(tǒng)、煉焦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、煤氣壓送站生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、氣源調(diào)峰站生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、生化站生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、煤氣鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、供配電綜合自動化系統(tǒng)等這8個監(jiān)控系統(tǒng)由于都提供了OPC服務(wù)器，有標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口，采用OPC接口與實時數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行通信。 （2）汽車衡、軌道衡及煤塔秤等3個稱重系統(tǒng)以及推焦?fàn)t號識別、焦?fàn)t爐溫測量2個系統(tǒng)，沒有連續(xù)的數(shù)據(jù)，而且都提供了數(shù)據(jù)庫，可以通過ODBC接口將相應(yīng)的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)平臺上。 （3）有一部分?jǐn)?shù)據(jù)，由于還沒進(jìn)入系統(tǒng)，只能由手工進(jìn)行錄入。這些數(shù)據(jù)可通過應(yīng)用程序界面直接進(jìn)入數(shù)據(jù)平臺中。 （4）在本集成中，我們采用了中科院自動化所綜合自動化中心研發(fā)的基于多現(xiàn)場總線和Interne:的綜合自動化系統(tǒng)Was，其核心就是實時數(shù)據(jù)平臺RTDB。此系統(tǒng)可提供多種通信接口，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、報警、發(fā)布、歸檔、查詢、仿真、分析等操作。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集成。 （5）基于上面的解決方案，我們采用如圖3的集成結(jié)構(gòu)。 ·網(wǎng)絡(luò)采用以100Mbps以太網(wǎng)交換機(jī)為中心的結(jié)構(gòu)。各個子系統(tǒng)通過交換機(jī)與實時數(shù)據(jù)平臺相連。 ·實時數(shù)據(jù)平臺一方面收集下層的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后由上層的應(yīng)用（包括查詢、分析、模擬等）來調(diào)用。另一把來自上層的信息經(jīng)過適當(dāng)轉(zhuǎn)化后發(fā)送到下層相應(yīng)的系統(tǒng)中去。 ·考慮到負(fù)荷，歷史數(shù)據(jù)專門由一臺歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器來管理，實時數(shù)據(jù)平臺只負(fù)責(zé)保存數(shù)據(jù)到服務(wù)器中。 五 結(jié)論 實時數(shù)據(jù)平臺技術(shù)為異構(gòu)環(huán)境下的企業(yè)系統(tǒng)集成提供了極大的方便。本文提出的集成模型就是基于數(shù)據(jù)平臺技術(shù)的。它利用實時數(shù)據(jù)平臺本身提供的各種接口，與下層的異構(gòu)數(shù)據(jù)源實現(xiàn)信息交互，同時為上層的各種應(yīng)用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模式，非常方便地實現(xiàn)了整個企業(yè)的信息集成。從系統(tǒng)投運(yùn)到今來看，取得了很好的效果，為企業(yè)帶來了很好的效益。