在流程型工業(yè)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)原本是指存在于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)參數(shù)如溫度、流量、壓力、物(液)位等,在現(xiàn)代化生產(chǎn)中這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)已經(jīng)被變送器采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量而存于DCS或PLC系統(tǒng)的局部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些數(shù)據(jù),按數(shù)據(jù)的類(lèi)型分,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可分為模擬量、累計(jì)量和開(kāi)關(guān)量。模擬量可以是溫度、壓力、瞬時(shí)流量、物位、產(chǎn)品度量、產(chǎn)品質(zhì)量等,模擬量的特點(diǎn)是僅與時(shí)刻有關(guān);累計(jì)量可以是累計(jì)流量、產(chǎn)品產(chǎn)量、原料消耗量、庫(kù)(罐)存量等,累計(jì)量的特點(diǎn)是不但與時(shí)刻有關(guān)而且與時(shí)間段的起始與結(jié)束時(shí)刻有關(guān);開(kāi)關(guān)量如電力開(kāi)關(guān)的位置、閥門(mén)的開(kāi)閉、設(shè)備的在線與備用、生產(chǎn)控制中的操作條件等,開(kāi)關(guān)量的特點(diǎn)是二位式數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的最大特點(diǎn)是時(shí)效性,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在模擬系統(tǒng)中僅僅在某一時(shí)刻有效,在數(shù)字系統(tǒng)中由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存在時(shí)間上非連續(xù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)只在本采樣周期內(nèi)有效,過(guò)了有效期的數(shù)據(jù)便失效。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)即存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)效性,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)該能盡量跟上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化,否則實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的是無(wú)效數(shù)據(jù)。事實(shí)上,數(shù)字系統(tǒng)不可能像模擬系統(tǒng)那樣幾乎沒(méi)有滯后地跟隨現(xiàn)場(chǎng)的變化,數(shù)字系統(tǒng)的滯后主要取決于DCS(或PLC系統(tǒng))的數(shù)據(jù)采集的采集周期,數(shù)據(jù)采集周期的選擇又與數(shù)據(jù)載體參數(shù)的變化速率(載體的時(shí)間常數(shù))有關(guān)。一般的數(shù)據(jù)采樣周期數(shù)量級(jí)在0.1秒至1秒左右,用于閉環(huán)控制的采集周期可能小些,僅用于測(cè)量的采集周期可能大些。從方便觀察的角度說(shuō),數(shù)據(jù)的變化周期又不可太快,在DCS或PLC系統(tǒng)的人機(jī)畫(huà)面上,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新周期在1~2秒。如果實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能以2秒的周期跟上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化,則用于流程型工業(yè)的企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)性能就可以得到保證。但是由于種種原因,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括使用進(jìn)口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)只有個(gè)別系統(tǒng)能達(dá)到這一指標(biāo),大多數(shù)數(shù)據(jù)都要延遲和滯后。但是這種延遲和滯后除了類(lèi)似于安全閥起跳這一類(lèi)情況有影響以外,對(duì)其它控制反應(yīng)并沒(méi)有多大影響。相反的如果控制反應(yīng)太敏感了,反到會(huì)使生產(chǎn)裝置運(yùn)行不平穩(wěn)。
我們篩選實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中事關(guān)安全的數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,包括對(duì)數(shù)據(jù)合理性的判斷、數(shù)據(jù)濾波等。而數(shù)據(jù)處理是計(jì)算機(jī)的“強(qiáng)項(xiàng)”,就看怎樣去建立數(shù)學(xué)模型,怎樣去對(duì)異常的數(shù)據(jù)變化,有效的進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)、報(bào)警和處理,這方面應(yīng)該是在信息管理方面突出安全信息的核心工作。
另外在信息系統(tǒng)中采集上來(lái)的有關(guān)安全的數(shù)據(jù)是可以存儲(chǔ)在磁盤(pán)上的,這些存儲(chǔ)在磁盤(pán)上的有關(guān)安全的歷史數(shù)據(jù),又是我們?cè)谌f(wàn)一發(fā)生事故后,分析和處理事故的重要證據(jù)之一,有了這些第一手的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),何愁事故不好分析,事故原因不好查。
目前在石化企業(yè)內(nèi)采樣TCP/IP的應(yīng)用層協(xié)議的Web、HTTP、FTP應(yīng)用比比皆是,內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的速度越來(lái)越快,在此基礎(chǔ)上我們應(yīng)該加入視頻應(yīng)用,在一些對(duì)保障生產(chǎn)安全至關(guān)重要,而人又不能時(shí)刻監(jiān)控到的現(xiàn)場(chǎng)都安上攝像頭,和常規(guī)的工業(yè)電視不一樣,這種視頻監(jiān)控點(diǎn),視頻畫(huà)面不一定要很連續(xù),但要有畫(huà)面的智能分析。圖像智能分析系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)畫(huà)面的嚴(yán)重異常,例如位移、火災(zāi)、泄漏、爆炸等,發(fā)現(xiàn)畫(huà)面異常后可以采樣聲、光、電報(bào)警,還可以使用即時(shí)通訊系統(tǒng),例如QQ、MSN自動(dòng)通知相關(guān)人員,甚至可以自動(dòng)打電話、發(fā)移動(dòng)短信報(bào)警。而建立這種系統(tǒng),費(fèi)用又不是很高的,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是現(xiàn)成的,就像QQ視頻聊天一樣,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝的攝像頭無(wú)非就是要求防爆,如果規(guī)模采購(gòu)價(jià)格也不會(huì)高多少的。
在以上應(yīng)用的基礎(chǔ)上,還可以建立安全專(zhuān)項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù),至少可以建立一個(gè)事故追溯數(shù)據(jù)庫(kù),在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中不光有事故的記錄,還應(yīng)該有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析系統(tǒng),要集中處理,力求實(shí)用,最好能夠通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)找出事故的臨界值來(lái)。
3、建立石化企業(yè)集中統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA
SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition),數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。
其實(shí)SCADA系統(tǒng)也不是新鮮東西,它的發(fā)展自誕生之日起就與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)很早就有使用,現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用。石油、石化系統(tǒng)近幾年也開(kāi)始重視SCADA。
在這里不妨看一看SCADA的發(fā)展簡(jiǎn)史:
第一代是基于專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng),開(kāi)始到70年代。
第二代是80年代基于通用計(jì)算機(jī)的SCADA系統(tǒng),在第二代中,廣泛采用VAX等其它計(jì)算機(jī)以及其它通用工作站,操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是基于集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng),并且系統(tǒng)不具有開(kāi)放性,因而系統(tǒng)維護(hù),升級(jí)以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。
第三代是90年代按照開(kāi)放的原則,基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)。這一階段是各種最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)都匯集進(jìn)SCADA系統(tǒng)中。
第四代SCADA系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA技術(shù)等技術(shù),繼續(xù)擴(kuò)大SCADA系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成,綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的需要。
我們目前剛好趕上第四代SCADA系統(tǒng)發(fā)展的大好時(shí)機(jī)。
首先,石化企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)裝置的DCS、PLC等已經(jīng)可以給我們提供大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),SCADA系統(tǒng)的建立正好是水到渠成,我們利用這些數(shù)據(jù),除了進(jìn)行安全分析和控制以外還可以進(jìn)行生產(chǎn)控制、計(jì)量控制、調(diào)度控制以及擴(kuò)展到經(jīng)營(yíng)管理和控制。集中了這些數(shù)據(jù),今后令人頭痛的仿真模擬和仿真培訓(xùn)系統(tǒng)也不是無(wú)源之水了。
其次,目前石化企業(yè)都已經(jīng)建立了比較完善的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),信息化方面,企業(yè)的辦公系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度、銷(xiāo)售、供應(yīng)、人、財(cái)、物等各方面都已經(jīng)有比較完善的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),所欠缺的就是都是各自為政,把這些孤島連接起來(lái),為我所用,是建立集中統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA的主要工作之一。
要把現(xiàn)有的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),和其它數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)整合到SCADA下面,就要充分利用第四代SCADA的技術(shù),用好面向?qū)ο蠹夹g(shù)(OOT)、Internet技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及JAVA技術(shù)。
面向?qū)ο蠹夹g(shù)(OOT),就是是以認(rèn)識(shí)論為基礎(chǔ),用對(duì)象來(lái)理解和分析問(wèn)題空間,并設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出由對(duì)象構(gòu)成的軟件系統(tǒng)(解空間)的方法。由于問(wèn)題空間和解空間都是由對(duì)象組成的,這樣可以消除由于問(wèn)題空間和求解空間結(jié)構(gòu)上的不一致帶來(lái)的問(wèn)題。簡(jiǎn)言之,面向?qū)ο缶褪敲嫦蚴虑楸旧?,面向?qū)ο蟮姆治鲞^(guò)程就是認(rèn)識(shí)客觀世界的過(guò)程。面向?qū)ο蠓椒ǖ闹饕獌?yōu)點(diǎn)是:符合人們通常的思維方式;從分析到設(shè)計(jì)再到編碼采用一致的模型表示具有高度連續(xù)性;軟件重用性好。例如,在財(cái)務(wù)方面,經(jīng)理、員工、顧客、帳本、打印機(jī),直接作為對(duì)象出現(xiàn)的程序中。他們相互通信,完成諸如存取款、會(huì)計(jì)結(jié)算、打印報(bào)表等業(yè)務(wù)。以往的編程技術(shù)只用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法來(lái)模擬要完成的業(yè)務(wù),雖然可以得到所需計(jì)算,但經(jīng)不起修改。如果增加某項(xiàng)業(yè)務(wù),如代營(yíng)股票,則程序幾乎要重編。而現(xiàn)在只要把增加的業(yè)務(wù)加到顧客、帳本、員工、打印機(jī)這些對(duì)象上就可以了。
Internet技術(shù),就是TCP/IP的應(yīng)用層協(xié)議下的Web、HTTP、FTP等應(yīng)用,一般客戶機(jī)都不用裝其它專(zhuān)門(mén)軟件,只需要使用瀏覽器就可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù),和進(jìn)行各種操作,目前這些應(yīng)用已經(jīng)十分成熟。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),是指一類(lèi)新的計(jì)算模型,它是模仿人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和某些工作機(jī)制而建立的一種計(jì)算模型。這種計(jì)算模型的特點(diǎn)是,利用大量的簡(jiǎn)單計(jì)算單元(即神經(jīng)元)連成網(wǎng)絡(luò),來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行計(jì)算。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是魯棒性、適應(yīng)性和并行性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)是,利用大量的簡(jiǎn)單單元進(jìn)行大規(guī)模的并行計(jì)算。我們知道,傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的計(jì)算原理則是集中在少數(shù)處理單元上進(jìn)行的串行計(jì)算,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和傳統(tǒng)計(jì)算有著根本的區(qū)別。所以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也就表現(xiàn)在它的特點(diǎn)上,即表現(xiàn)在兩個(gè)“大”字上。一是“大”量的簡(jiǎn)單計(jì)算單元,它保證了計(jì)算的魯棒性和適應(yīng)性,二是網(wǎng)絡(luò)的“大”規(guī)模并行計(jì)算,它保證了計(jì)算的快速性。
JAVA技術(shù),最大特點(diǎn)就是跨平臺(tái),不管是什么操作系統(tǒng),都可以在虛擬JAVA平臺(tái)下集成起來(lái),我們可以把不同廠家,不同版本的DCS、PLC以及其它數(shù)據(jù)利用JAVA語(yǔ)言,統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)下,最大限度的解決各種接口帶來(lái)的麻煩。
綜合面向?qū)ο蠹夹g(shù)、Internet技術(shù),以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和JAVA技術(shù),我們就可以把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化,因此掌握和應(yīng)用好以上技術(shù),開(kāi)發(fā)自己的SCADA系統(tǒng)就不會(huì)那么太難,關(guān)鍵就是需要熟知國(guó)內(nèi)外本行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)并且頭腦清晰的技術(shù)領(lǐng)頭人,還需要培養(yǎng)一大批即懂計(jì)算機(jī)又懂生產(chǎn)流程和具體業(yè)務(wù)的復(fù)合型人才,要逐步建立一個(gè)二次開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)隊(duì)伍,這只隊(duì)伍不只是能夠干DCS和干石化企業(yè)的信息化工程,而是要具備系統(tǒng)的擴(kuò)展、集成和二次開(kāi)發(fā)能力。要朝著開(kāi)發(fā)石化企業(yè)自動(dòng)化控制和信息工程中間件這個(gè)方向努力,將來(lái)要實(shí)現(xiàn)一般技術(shù)人員,利用我們開(kāi)發(fā)的不同的中間件,就可以像搭積木那樣,在現(xiàn)場(chǎng)搭建SCADA。