数据采集系统是一项比较成熟的技术，广泛应用于石油、化工、钢铁、制药等行业。 国际知名的数据采集系统产品有：PI（Plant Information System）、PHD（Process History Database）、IP21（infoplus.21）。本文研究的系统是一个PHD实时数据库系统，它是一个企业集成解决方案（UMS）（统一制造解决方案）。
1 PHD340实时数据库的整体结构
1.1.数据采集接口通信原理。
根据设备监控系统接口多样化的特点，运行在数据采集站上的数据采集软件根据数据采集服务器的数据请求，从监控系统读取生产实时数据，并根据数据采集服务器的数据请求返回到实时数据库。 数据采集站具有本地缓存功能，使得当接口服务器与数据采集服务器之间的网络中断时，系统不会中断数据采集。 本文研究的数据采集模块利用数据采集PHD缓存服务器将设备控制系统中的数据采集到实时数据库中，并根据设备DCS PLC接口的多样性，在数据采集PHD缓存服务器上运行不同的实时数据接口（RDI）。 RDI是PHD从控制系统和数据库中获取数据的接口软件，RDI与PHD实用程序结合使用，具有诊断、恢复和配置管理的功能。
OPC（OLE for Process Control）是一种工业通信协议标准，基于Microsoft的OLE，COM（组件对象模型）和DCOM（分布式组件对象模型）技术。 OPC 包括一组用于过程控制和制造自动化系统的标准接口、属性和方法，通信协议适用于通过网络将原始数据从最低控制设备传送到 HMI（硬件监督接口）、SCADA（监督控制和数据采集）、批处理和其他自动化程序作为数据使用者。
1.2 数据存储和管理。
数据存储管理系统由实时数据存储与管理、关系数据存储与管理两部分组成。 实时数据存储和管理是基于实时数据库，实时数据库是数据采集系统的实时数据存储中心，它存储从每个设备采集的生产实时数据，并为应用系统提供数据服务。 PHD340 for Enterprise 使用建立了一个全面的系统，用于企业范围的数据收集、存储和管理。
1、开放、集成的集成应用平台，开放的数据库系统集成了所有工厂的工艺数据，支持相关应用。 它存储了数万到数十万个与过程相关的数字点，其他应用程序可以从中提取符合自身需求的信息，并为MES、测量管理系统、生产优化系统等应用系统提供数据接口。 这些信息可用于指导工艺改进、减少材料消耗和提高产量。 实时数据库管理主要具有以下功能：实时数据管理、历史数据管理、标签定义管理、数据备份和恢复等功能。
2 数据接口的研究与分析
2.1 各类DCS的数据采集接口配置及应用。
2.1.1 中控ECS-700系统。
确定 ECS V700 系统的软硬件配置，包括操作站和工程站节点的 IP 地址、冗余交换机的网络环境以及 VF 软件的具体版本。 首先在配置服务器上打开监控启动软件，然后进入VF的系统结构配置软件，在管理员admin的授权下，在操作域配置中添加一个操作节点，该操作节点的控制A、B网络和信息网络IP地址为服务器指定的数据采集客户端。
OPC服务器机按照系统步骤安装中控VF软件，配置指定生成的IP地址，然后连接到工程师站的控制网络A、B与信息网络进行通信，然后启动系统监控软件，选择对应的范围，根据提示更新当前所有操作域， 然后完成 DCS 配置数据的安装。接下来，您需要根据 PHD 的用户权限配置原生 DCOM，主要是 supconSCRT Core和OPC ENUM多用户权限，指定通信账号和身份用户账号，将设备的实时数据接入OPC Server。
接下来，配置虚拟缓冲机，并连接到网络，网卡1连接到OPC服务器站，网卡连接到数据采集专用网，在缓冲机上与OPC服务器创建统一通信帐户，并配置数据采集RDI采集接口，与OPC服务器建立访问通道， 并做好本地缓存机制，通过TPI工具完成缓冲机和PHD服务器之间的Shadow接口，并配置采集点和父节点。启动PHD服务器与缓冲端的RDI接口，待接口状态正常后，将设备的实时标签值采集到实时数据库服务器。
图1 ECS-700网络通信示意图
2.1.2 霍尼韦尔 TPS 系统。
DAQ站上的数据采集软件响应PHD实时数据库服务器的数据请求，通过APP节点机APISERVER采集系统的生产实时数据，并上传至PHD实时数据库。 同时，数据采集站具有本地缓存功能，当与PHD服务器的网络通信中断时，将数据缓存到本地，然后在网络通信恢复后将数据发送到PHD数据库服务器。 霍尼韦尔TPS系统的接口工作包括确定工作站APP节点机和LCN线的网络状态，OPC服务器硬件机首先安装配置LCNP客户端，然后LCNP专用板接口连接到LAN线导入DCS通信网络，网卡2连接到数据采集VLAN专用网。 在缓冲机上配置数据RDI采集接口，与OPC服务器机建立访问通道，做好本地缓存机制。 同时，在缓冲机上完成与PHD服务器的影子接口通道，根据采集到的数据的属性和类型，完成数据父节点的配置。
2.1.3 横河电机VP系统。
横河电机的DCS配备了一台OPC服务器机器，专门用于通过内部网络进行数据采集，相当于一个只有查询数据能力而没有配置功能的工程师站，通过本地OPC和上层缓冲机之间的RDI接口协议实现数据采集功能。 在计算机的 Exaopc OPC 接口的 OPC 选项卡上指定要连接的帐户的名称。 OPC Server 机器数据发布后，一般使用远程 RDI 通道与 PHD Buffer 机器完成数据传输。
远程 RDI 接口旨在调用 RDI 服务器的远程接口来远程收集数据。 首先，在下级数据所在的机器上注册远程RDI服务，配置远程通道的端口号为54200，选择Uniformance Remote RDI在桌面服务中自动运行，登录账号为本地系统默认账号，允许服务与桌面数据交互。 其内部机制是通过 rditcpipdll 和 rdiutils依托DLL的动态链接库，实现与上层RDI接口的数据通信。
2.1.4 霍尼韦尔 PKS 系统。
首先，确定霍尼韦尔PKS系统的软件版本和硬件配置，主要是冗余交换机和工程师站的内网地址，确定DCS系统当前数据所在的服务器AB服务器，在系统配置安全的前提下，做好OPC服务器机与DCS服务器之间的数据通信。 在OPC接口的协议下，具有管理员权限的用户名和密码与服务器端的用户名和密码相同。 接下来，您需要配置DCOM权限，以保证正常的数据通信，这与上面提到的DCOM相同。 完成此操作后，需要重新启动计算机，并使用 psopcclient 枚举工具查询配置服务器上的 hwhsc。OPC 服务器，然后可以添加一个组组，其中数据查询实时值已选中且属性为 good。 这表示数据已经从DCS服务器成功连接到DAQ系统，然后使用RDI服务器访问上层服务器。
2.1.5 浙江ZPCON ECS-100系统。
一般来说，中控的OPC服务器包括OPC DA标准和OPC AE标准OPC服务器，它们可以向客户端提供实时数据，也可以为离线调试提供**数据。 OPC服务器集成版可以通过广播模式连接多个客户端程序，每个连接可以同时交换多个动态数据，同时支持控制器、通信模块、IO模块的诊断项以诊断标签实时值的形式显示故障状态。
通常，数据采集站点需要配备微型工作站和专用加密狗（即加密狗），以便中央控制软件被认证为OPC服务器。 首先，需要安装haspuser驱动，正确识别中控OPC加密狗，并确保在中控jxserver客户端的系统信息中正确识别加密狗中控软件配置正确后，在创建相同的IO接口下，OPC服务器将采集到的数据转换为OPC DA数据和OPC AE数据，并通过OPC通信专用网络将数据传输到对应的OPC DA OPC AE客户端，OPC服务器的配置在这里顺利完成。 接下来，在确保用户名和密码一致后，实时数据库的Uniformance PHD RDI Server服务完成与OPC服务器的数据对接。
3 实时数据在支持信息系统中的作用
3.1 实时数据局部优化技术的实施例。
实时数据库是采集全厂过程数据、设备数据、报警数据、环保数据等多类数据的第一线，通过上述数据连接技术，确保数据稳定可靠地传输到实时数据库数据存储系统。 在服务器层面，最大化了实时数据库内部数据的OPC映射和传输原则，在上层为50多个信息系统分布和配置了多个“影子”数据服务器，在保持高并发和长期稳定运行方面取得了良好的效果。
在实时数据管理和优化层面，一般意义上的时间尺度数据不仅指时间戳、值、可信度，还具有一个非常重要的属性，即时效性。 时效性有两层含义，一是采样间隔和数据的新鲜度。 时间尺度数据的值随着新鲜度的降低而减小，所获得数据的新鲜度通常取决于采样频率。 目前，实时数据库已从上一代的180秒增加到30秒，在DCS负载安全的许可下，报警数据、环保数据等特殊生产数据的采集频率进一步提高到5秒。 采样的频率进一步决定了实时数据库中存储的信息的丰富程度。
3.2、智能工厂各功能模块对接。
智能工厂系统作为企业信息化水平的综合体现，在一定程度上代表了企业的信息化建设程度。 目前，实时数据库对智能工厂的两大模块：设备健康管理与预警、过程大数据具有决定性的支持。
在设备DCS重要运行状态的预警与监测子模块上，通过安全数据连接技术采集到控制器状态、负载裕量、机柜供电状态、UPS供电状态、网络通讯状态、重要单元设备报警、特种阀门报警等一系列现场设备数据。 同时，根据智能工厂系统对数据并发的个性化定制需求，对实时数据库影子服务器的外部接口进行优化，在保证高并发稳定传输的同时，进一步缩短采集间隔，提高数据使用率和数据新鲜度，使系统接口能够更快速地自动刷新实时数据。
在流程大参数模块中，实时数据基于系统的整体设计思路需求和算法需求，进一步提高了模块需求的个性化定制水平。 特别是，分析仪数据的采集关系到重要生产设备的质量，数据库的实时性针对上述特点，设备接口中包含分析仪数据，在安全稳定的前提下，需要适当增加数据采集的频率，同时通过对接口参数的微调，进一步提高接口传输的稳定性。
3.3、支持装置自动控制、稳定升降及报警运行监控。
在装置的自动控制与稳定改进及报警运行监测工程中，主要是对装置的自动控制率、稳定率、报警、运行控制系统进行监控，实现全过程自动化和“黑屏运行”。 这种实时性数据也得到了很大的支持，在自控率和平滑率相关数据采集方面，根据p.p.，在自控率和平滑率方面也得到了很大的支持。i.D数据是不同的数据类型，数据采集RDI服务通过各设备DCS的OPC Server DA接口采集对应的过程数据，NGINX程序通过80端口**通过硬件防火墙采集对应的过程数据到上层告警操作服务器，并通过汇总分析和后台计算， 对每个器件回路的自动控制率和平滑率进行历史统计、评估、显示和查询。
类似地，DCS报警信息由事件数据采集接口OPC A&E采集，以只读非写的方式读取时间数据，数据采集接口以订阅的形式获取报警操作数据，订阅方式是监听接口的动态数据。 在生成数据时，数据源主动将数据发送到监听器，而不是高频主动访问，不会对数据源造成任何负载。 其采集的主要对象是设备运行的过程告警、系统告警、生产运行等事件数据，部署在数据采集缓冲机上的nginx程序接收到DCS服务器获取的交易数据，然后**到上级告警操作监控服务器，经过系统后台计算后， 您可以在Web平台上进行实时监控、历史查询、告警KPI评估等一系列模块和功能，进行实时监控、历史查询、告警KPI评估等。
3.4、大数据支持企业日常优化和日常效益平台。
目前，通过建立一体化的计划-调度-技术-设备优化模型体系，日常优化管理构建一体化的全流程优化平台，实现全流程的PDCA（计划-实施-检查-调整）计划管理，提供效益衡量和优化生产计划。 从调度开始，实时数据采集包括当天的调和订单数据、油性分析，以及调和头的阀位和现场储罐的液位，为多组常压、真空压力的进料比提供数据支撑。 在后续产品二次加工方案优化中，目前实时数据库已达到设备出口产品分析仪数据采集覆盖率的96%以上，人工4h8h间隔的产品检测结果数据已无法满足指令频率的调度， 通过与分析仪的实时数据库接口，可以将产品质量数据传达到30s内的日常优化平台，通过多个优化计算模块进行长期跟踪对比。
日收益平台为企业决策者提供多方位、多层次的运营管理成本分析数据，实现对企业每台设备收益的实时监控，促进各生产设备每日收益的持续优化。 通过采集装置所需的能耗、物料平衡、公用工程测量数据等实时数据，并对系统背景进行优化计算，获得油效、日效益、总产量、产品产量等实时效益数据，同时加强不同加工量、不同一流系统下的盈利能力分析， 对加工、产品结构、销售策略的优化计算把握得十分不漏，力求为企业实现效益最大化。
4 结论
1）实时数据库作为生产企业MES、计量管理、生产优化、高级报警、环境监测等系统的重要组成模块，在实时决策、指标考核、节能降耗、稳定生产等方面发挥了积极作用，有效提高了企业的适应能力和管理水平，使生产过程信息触手可及， 并消除“信息孤岛”，缩短了生产设备与管理团队之间的距离，弥合了生产车间流程与企业计划层控制系统之间的差距，实现了底层生产信息的整合。通过对历史工艺数据趋势的分析和对比，以及对关键绩效指标变化趋势的分析，可以快速发现一些疑难杂工序存在的问题。 设备工程师通过对实时数据库设备状态的长期研究，可以分析设备的运行状态，提供设备维护计划，最大限度地发挥设备的潜力，确保设备的安全运行。
2）实时数据库系统集成了数据库和实时系统的功能特点，即支持大量数据的共享，保持其完整性和一致性，支持数据和事务的时序一致性。PHD实时数据库及其衍生功能有待进一步研究、探索和尝试，与先进控制APC的交互有待不断加强，与LIMS系统的配合需要更深入地融合。 实时数据库系统是企业信息化建设的核心环节，是智能工厂和生产大数据时代的基石，是过程优化控制、MES和测量管理系统应用的前提和支持。
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