随着社会发展及市场经济的进一步推进，石化行业的竞争日益激烈，石化行业认识到只有根据市场的变化和要求，及时组织和调整产品结构，实现生产、经营过程的整体优化，才能在市场竞争中取得更好的经济效益。
ERP是企业经营层面的管理系统，过程控制系统是用于企业的生产监控，企业仅仅依靠ERP和现场自动化系统无法在短时间内快速响应市场变化，调整产品结构。生产运行系统(Manufacturing Execution System, MES)作为ERP与过程控制层之间的“桥梁”，起到承上启下的作用。它在提高企业生产效率、改善产品质量、降低生产损耗等方面具有重要的作用。
构建一个MES系统用以全面支撑计划与调度、工厂优化、运行管理、生产统计、条件监控等业务，其前提与基础是建立一个企业级的数据中心。该数据中心需要与控制系统集成以获取实时的过程数据，能存储大量的、实时的和历史的生产过程数据，并提供数据分析工具支持数据的分析，支持标准的接口等功能。
1 PHD实时数据库
霍尼韦尔公司的实时数据库（Plant History Database，PHD），在结构上集成了关系数据库（Oracle），解决了关系型数据的存储，提高了应用软件的集成度。它的工厂参考模型将连续的实时数据，以及连续的实时数据和生产操作处理时间集成起来，将原始数据转化成有意义的企业管理信息。另外PHD丰富的数据接口满足了企业生产业务不断发展对数据集成的性能要求和扩展性要求。
PHD有三种基本的结构形式：对等结构、层次结构以及对等层次混合结构。对等结构部署较为复杂，所需设备数量较多，在数据库、软件、硬件及网络维护方面会带来较大的工作量。层次结构只需部署一台PHD主服务器和关系数据库，便于日后系统升级；与对等结构相比，用户及各类应用程序可直接访问，而不需知道信息在哪个系统中；同时在数据库、软件、硬件方面维护压力相对较低。混合结构既有对等结构又有层次结构的特点，适用存取要求有限制的场合。
2 PHD接口方案设计
2.1 结构选择
在PHD实时数据库的结构选择中，最终采用什么样的结构方式，需要有以下因数决定：
1）系统的功能和使用情况；2）安全性；3）可靠性和系统的健壮性；4）系统的性能和响应时间；5）网络的负荷；6）安装时间和复杂程度；7）技术支持和复杂程度；8）技术升级和复杂程序。
在PHD三种结构中，层次结构中所需硬件数量较少，只需要PHD实时数据库和关系数据库两台服务器。相对简单的部署结构，有利于系统的硬件维护，数据库管理及技术支持和系统升级。
2.2 OPC接口
PHD实时数据库需要集成控制系统中大量的过程数据。对控制系统与智能仪表与信息系统的数据交互方面，为避免由于现场的控制系统( DCS/PLC/FCS) 以及各种智能仪器设备通信方式不统一, 导致现场设备和实时数据库之间的数据互操作性差、通信不稳定等问题，可采用开放、标准的OPC技术进行数据源的访问，提高企业级数据中心的可拓展性，满足企业不断发展的业务要求。
OPC 全称为OLE for Process Control, 是在Microsoft 的领导下由OPC 基金会组织倡导的, 由全世界范围内自动化领域中处于领导地位的厂商协作制定的自动化领域软件的接口标准。OPC标准是具有广泛的代表性，通过OPC技术的应用，不同系统间的集成变得非常容易。
2.3 双BUFFER机策略
BUFFER机是负责和控制系统通讯，用于数据的采集与缓冲，它将采集到的数据直接传送到PHD服务器中。Buffer机与PHD服务器的连接有两种方式：1、单BUFFER连接PHD服务器；2、双BUFFER连接PHD服务器。
双Buffer连接PHD服务器，在实际应用中，可以较好地保证实时数据采集的稳定性。在一些业务管理中，对实时数据的要求是7*24小时，这种连接方式能够有效地确保关键性业务不会因为数据采集异常而导致业务应用的瘫痪。
2.4 多数据通道策略
数据通道是对PHD实时数据库的数据接口进行分类管理。在PHD实时数据库应用中，一般采用单数据通道，但它会随着数据接口的不断增加会出现数据采集不稳定，接口易掉线等问题，严重影响到基于实时数据库的各类业务应用。为避免此类情况下的数据采集不稳定，可将数据接口服务由单通道改为多通道，使数据采集的稳定性大幅度提升。
2.5 网络结构设计
2.5.1 网络安全
随着自动化技术与IT技术的不断融合，SCADA、DCS、PLC 等工业过程控制系统也日益变得开放和标准化，通过现场总线，OPC等技术的应用工业设备接口越来越开放，工业过程控制系统逐渐从封闭走向互联，与此同时企业信息化进程也使得工业控制系统不再与外界隔离。
MES作为信息管理系统，它与控制系统的数据集成，即信息网与控制网的融合，为建立企业数据中心提出了新的安全要求，既不能将信息网与控制网分割开，又要从信息安全、网络安全的角度，全面考虑两网融合后的安全需求。
2.5.2 控制系统网络现状
DCS系统控制网络（局域网或环网）是由控制器厂商设计并架设，其设备类型为一般集线器，但集线器不具备任何网络分割和安全防护功能。一旦DCS系统中一台主机受到感染，立刻会波及至整个DCS系统。
DCS控制系统的操作站与上位机在防病毒安全性方面，普遍存在防病毒软件补丁更新的延迟。各类DCS系统都有其所支持的防病毒软件，并不是现行通用的防病毒软件都能使用。对其支持运行的防病毒软件，病毒补丁程序需要进行大量的工业测试才能进行补丁安装。
2.5.3 网络方案设计
基于信息网与控制网融合的前提条件，针对控制网目前的安全现状，在建立企业级数据中心的同时，需要有一个高可靠性、高性能、安全稳定的网络环境。PHD实时数据库在企业生产经营过程中，对生产监控、指挥起着至关重要的作用，实时数据库运行中的Buffer机与服务器对网络的要求是：一、必须足够健壮，能够应对网络设备宕机等突发事故。二、具有较高的安全性，能有效抵御企业外部与内部的病毒攻击。三、具备高带宽、高性能、低延时的特点。
为确保企业数据中心与控制系统对网络的应用要求，需要设计建立一条生产网。该网络中仅部署Buffer机与实时数据库相关服务器，使与控制系统有关的Buffer PHD通过专用链路且只与实时数据库进行通讯。在用户数据访问中，生产网与目前的办公网络在物理链路完全隔离，办公网需通过防火墙才能对生产网中的WEB服务器进行数据访问。
3 系统应用案例
兰州石化于2006年开始MES项目实施，采用层次式结构、多数据通道、OPC通讯、双Buffer连接PHD的接口设计方案，完成了80余套装置、5种DCS品牌、十余种型号DCS的生产数据集成，并通过关系数据库集成了储运管理、班组核算等相关信息系统业务数据，建立起了统一的企业数据平台，达到最优化的数据采集和统一接口维护目标。图1为接口设计方案示意图。
图1 接口设计方案示意图
在网络基础上，结合相关安全要求，建立一个生产专网。其网络结构采用分布式的三层架构，将生产网划分为核心、汇聚及接入三层。在接入层设备中根据业务管理归属，对设备进行VLAN划分，这样可以在爆发广播风暴时将其控制在最小的范围之内。
1) 核心层连接用千兆以太网技术，使用光纤进行连接。为了保证核心层的可靠和稳定，使用双线路分别上联两台核心的方式来构造核心层。两台核心层交换机之间、核心交换机和数据中心交换机之间采用千兆连接，核心层交换机到汇聚层交换机之间采用千兆连接。核心层的主要目的是为了高速、稳定地转发数据，因此生产网络核心层配置了高性能的支持分布式转发功能的千兆以太网光纤交换板卡和千兆以太网板卡，解放引擎压力，提高核心层网络性能。
2) 在保证局域网汇聚层性能、冗余可靠性的情况下，配置高端口密度汇聚层交换机以扩展汇聚层节点数量，采用千兆光纤链路上联核心设备，加强网络可靠性。汇聚层交换机与所有接入层交换机千兆单模光纤连接，保证接入交换机系统在连接至汇聚设备后，能够顺利访问核心层的相关业务系统，或者访问不同接入节点的相关网络共享资源。
3) 接入层网络通过交换机，采用单模光纤与汇聚层交换机互联。
4) 生产网和办公网之间部署防火墙，实现由生产网至办公网的单向访问。防火墙配置相应安全策略，允许PHD服务器、BUF-FER机访问一部分办公网资源，如防病毒和补丁程序网站等。
4 结论
该文通过对比PHD系统在不同的接口设计方案中的稳定性及可扩展性等问题，设计了基于OPC技术、层次结构、多数据通道的实时数据库接口方案。该方案具有优化的数据采集结构，统一的数据接口，较高的可扩展性及稳定性，在企业信息化建设中，对以集成、整合为目标的全域信息化工程有着广泛和深远的工程实际意义。
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本文标题：PHD实时数据库的应用与研究
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