引言

    隨著現(xiàn)場總線儀表的發(fā)展以及人們對現(xiàn)場設(shè)備要求的提高，現(xiàn)場總線設(shè)備管理這一概念應運而生?，F(xiàn)場總線設(shè)備管理系統(tǒng)充分發(fā)揮了現(xiàn)場設(shè)備的各種智能功能和信息的作用，使設(shè)備的管理和維護變得可以預測。目前，國際各大公司針對HART、FF和Profibus開發(fā)了各自的管理平臺，并得到了大量的應用。

    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)，它的運行狀況以及前期的購買和后期的維護更換與企業(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)場總線設(shè)備管理不同的是，DCS系統(tǒng)的設(shè)備管理除了預測性維護必不可少外，對整個系統(tǒng)設(shè)備的全生命周期管理尤為重要。設(shè)備的購置、維修、狀態(tài)、版本、負荷等信息，需要一個統(tǒng)一的方式進行管理。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，目前國內(nèi)DCS設(shè)備管理仍處于空白。設(shè)備的狀態(tài)、能力、負荷等動態(tài)信息得不到反饋；設(shè)備的購置、維修、報廢等生命信息得不到管理；大量數(shù)據(jù)也是用手工方式進行處理，費時費力。

    針對分布式控制系統(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的問題就轉(zhuǎn)化為描述在整個產(chǎn)品生命周期應用ISO 10303標準和STEP中的底層結(jié)構(gòu)所能處理的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的問題。雖然規(guī)范離實際整體上的應用尚存在距離，但本文結(jié)合DCS系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行了大膽嘗試，首次提出DCS全生命周期設(shè)備管理方案，設(shè)計DCS設(shè)備管理功能、開發(fā)設(shè)備管理平臺，把系統(tǒng)各部分包括加、通信模塊、主控制器、工業(yè)交換機、操作站、服務器等的管理融合起來，形成統(tǒng)一的管理信息數(shù)據(jù)庫。該方案已經(jīng)在國內(nèi)領(lǐng)先的SUPCON WebField系列控制系統(tǒng)之一ECS一700系統(tǒng)上得到實際應用。

1 DCS設(shè)備管理系統(tǒng)的功能設(shè)計

圖1設(shè)備管理功能不意圖

    在設(shè)計設(shè)備管理系統(tǒng)時，充分考慮了與其他系統(tǒng)的信息交互與集成，以實現(xiàn)企業(yè)級的設(shè)備資源共享，如圖1。根據(jù)DCS系統(tǒng)自身特點和管理需求，將DCS設(shè)備管理劃分為4個部分：設(shè)備信息管理、設(shè)備狀態(tài)管理、綜合查詢／統(tǒng)計分析以及日志報表管理，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)備類型、制造日期、制造商、預期壽命、軟硬件版本等在設(shè)備出廠前就已經(jīng)存在的信息。本設(shè)計可以統(tǒng)一提取這些前期記錄，整理歸類、集中管理。設(shè)備操作管理信息主要是設(shè)備運行時工作人員的操作記錄，包括I／O的冗余切換、標定記錄，操作點的登錄記錄，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保存所有記錄。在DCS系統(tǒng)中，一切的基礎(chǔ)都來自I／O模塊的信息采集，其種類型號多、版本多、部件數(shù)量多、故障相對比例高，因此本系統(tǒng)亦支持I／O模塊的切換、標定等操作。

(2)設(shè)備狀態(tài)管理包括運行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及預測性維護。根據(jù)設(shè)備重要性、監(jiān)控系統(tǒng)已有能力及現(xiàn)有通信線路帶寬條件，運行狀態(tài)監(jiān)測主要集中在主控制器和整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實時監(jiān)控。

通過采集各設(shè)備的故障診斷信息，本系統(tǒng)能夠及時、準確定位故障點，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。

(3)綜合查詢／統(tǒng)計分析：管理人員及工程師可以以時間、設(shè)備類型、操作員等查詢條件對統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行檢索分析，為相關(guān)決策提供數(shù)據(jù)支持。

(4)日志報表管理：設(shè)備管理需要大量的報表輸出，本系統(tǒng)可以對各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理生成各種統(tǒng)計方式的報表，并完成打印和管理功能。

由此看出，從設(shè)備出廠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)備維護日志，基于統(tǒng)一的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，本文設(shè)備管理能夠貫穿DCS產(chǎn)品的整個生命周期。

2 DCS設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計

2．1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

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，特點互補。信息發(fā)布采用B／S模式，保持了瘦客戶端的優(yōu)點，可供企業(yè)網(wǎng)用戶瀏覽、查詢設(shè)備管理信息；過程實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)采用C／S模式，交互性強、速度快、安全性高，可供工程師完成復雜操作。

相對于使用范圍最廣的AMS設(shè)備管理系統(tǒng)客戶端與通信服務器綁定的結(jié)構(gòu)，本設(shè)計的C／S模式將客戶端、數(shù)據(jù)服務器、通信服務器全部分離。優(yōu)點如下：

(1)客戶端與服務器分離，系統(tǒng)升級時，客戶端不變、前臺不動。

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

(3)本設(shè)計中一個客戶端可以遠程調(diào)用通信服務器、配置自由。而AMS客戶端與通信服務器綁定的結(jié)構(gòu)限制了配置。

    設(shè)備管理數(shù)據(jù)服務器通過信息網(wǎng)與通信服務器連接。主要負責通信服務器的管理、數(shù)據(jù)采集、響應客戶端數(shù)據(jù)讀取請求，同步系統(tǒng)組態(tài)服務器組態(tài)內(nèi)容。設(shè)備管理通信服務器架設(shè)在獨立的主機或者工程師站上，通信服務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)備管理客戶端通過數(shù)據(jù)服務器下發(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服務器連接到數(shù)據(jù)服務器，獲得所有DCS設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)和管理信息，將設(shè)備管理綜合信息數(shù)據(jù)庫按0PC Data Access 2．O標準對外開放。在此基礎(chǔ)上建立WEB服務器，企業(yè)管理網(wǎng)上的遠程客戶就可以方便地以訪問網(wǎng)頁的形式來讀取數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實現(xiàn)廣泛意義的對DCS系統(tǒng)的遠程管理。

2．2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)計采用基于組件技術(shù)的開發(fā)方法，可以提高代碼的重用性，以及軟件的可維護性和健壯性，同時降低系統(tǒng)升級、調(diào)試的難度和代價。

    數(shù)據(jù)服務器(Data server)由2層組件構(gòu)成。底層為數(shù)據(jù)服務層，包含了幾個操作數(shù)據(jù)庫的組件。這些組件使用AD0技術(shù)、SQL語句操作數(shù)據(jù)庫。而各類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的SQL語法基本相同，并都提供0LE DB接口，由此可保證對不同數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兼容性。對于少量的不同，使用另一個組件判別數(shù)據(jù)庫的不同，以采用不同的SQL語句。上層為邏輯層，包含主邏輯組件和服務器監(jiān)控組件。通過主邏輯組件，分布在不同機器上的多個客戶可以同時訪問數(shù)據(jù)庫，操作分布在不同通信服務器上的在線設(shè)備。監(jiān)控組件用于啟動、關(guān)閉服務器，監(jiān)視客戶和通信服務器的情況。

    通信服務器(communication server)是一個多線程程序。服務器啟動時先創(chuàng)建串行通信線程，等待處理串行通信命令；然后創(chuàng)建初始化線程，將查詢在線設(shè)備的串行通信命令發(fā)送到串行通信線程；初始化結(jié)束之后，創(chuàng)建非周期性命令緩存處理線程，接收并處理數(shù)據(jù)服務器轉(zhuǎn)發(fā)過來的通信請求；同時主線程開始定時執(zhí)行周期性命令，以獲取設(shè)備的在線情況及實時數(shù)據(jù)。非周期性命令的優(yōu)先級高于周期性命令。

    WEB Serverer選擇Microsoft IIs，利用ASP技術(shù)實現(xiàn)靜態(tài)數(shù)據(jù)的訪問。同時利用基于COM／DCOM組件技術(shù)的OPC服務器(0PC server)以及ActiveForm組件為IE客戶提供實時數(shù)據(jù)服務。

    系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(Database)采用基于結(jié)構(gòu)化查詢語言和多線程的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQL管理設(shè)備相關(guān)的信息，實現(xiàn)與Internet和Windows操作系統(tǒng)的無縫集成，在整個網(wǎng)絡(luò)中保證數(shù)據(jù)庫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)庫的表中，通過設(shè)備的編號與設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)。同時應用C／S模式下的報表工具(Report)FornulaOne，自動生成各種報表。