實時歷史數據庫

pSpace在企業信息化的作用

對於現代工業企業，如何能使決策者隨時查看生產過程數據，以便快速地做出更為靈活的商業決策，是企業信息化建設的關鍵，在企業MES所關注的各項資源中，生產過程信息依然是重要的資源，如果不能解決生產過程信息實時有效上傳的問題，將仍然無法充分利用和保障MES及ERP管理系統的投資。

企業MES核心是實時歷史數據庫，實時數據庫可用於工廠過程的自動採集、存儲和監視，可在線存儲每個工藝過程點的多年數據，可以提供清晰、精確的操作情況畫面，用户既可瀏覽工廠當前的生產情況，也可回顧過去的生產情況，可以説，實時數據庫對於流程工廠來説就如同飛機上的“黑匣子”。

工廠的歷史數據對公司來説是很有價值的，實時數據庫的核心就是數據檔案管理，它採集並存儲與流程相關的上千點的數據，多年應用歷史數據庫管理的經驗告訴我們，現在很難知道將來進行分析時哪些數據是必須的。因此，保存所有的數據是防止丟失所需信息的最好方法。此外，要改進產品，必須具備與之相關物料的信息，並瞭解當前和過去的操作狀態。實時數據庫採集、存儲流程信息，用來指導工藝改進、降低物料、增加產量。

實時數據庫為最終用户提供了快捷、高效的工廠信息，由於工廠實時數據存放在統一的數據庫中，工廠中的所有人，無論在什麼地方都可看到和分析相同的信息，客户端的應用程序可使用户很容易對工廠級實施管理，諸如工藝改進、質量控制、故障預防維護等。通過實時數據庫可集成產品計劃、維護管理、專家系統、化驗室信息系統、模擬與優化等應用程序，在業務管理和實時生產之間起到橋樑作用。

北京三維力控推出的pSpaceTM就是這樣一個極具競爭力的軟件產品，pSpaceTM作為企業級實時歷史數據庫，通過極高速度的數據採集、大量歷史數據存儲和大量實時過程數據的發佈，實現企業信息集成的基礎平台，它為企業實現底層監控、信息集成提供了全方位的軟件解決方案。

pSpace可以構成一個複雜的企業信息化系統，企業信息化系統是採用了實時歷史數據庫技術的計算機系統，該系統不僅僅是一組對數據進行處理的軟件，也不只是一個數據庫。一個實時歷史數據庫系統是一個實際可運行的，按照數據方式存儲、維護和嚮應用程序提供數據或信息支持的系統，它是存儲介質、處理對象和管理系統的集合體，由數據庫、硬件、軟件幾部分組成，pSpace是企業信息化的核心處理軟件平台。

pSpace 企業級實時歷史數據庫為完全的分佈式結構，可任意組建應用模式，支持C/S和B/S應用；它可以提供豐富的企業級信息系統客户端應用和工具；大容量支持企業級應用，內部實現高數據壓縮率，可實現歷史數據的大量存儲，靈活的擴展結構可滿足各種需求，具備廣泛的安全性和可跟蹤性。

pSpace實時歷史數據庫能完成來自DCS、FCS和其它控制系統的實時數據的採集、存儲、壓縮，實時數據和歷史數據的檢索、統計、分析、建模，並進行曲線、圖表顯示，實現了流程工業中典型的應用功能，如工藝流程圖展現、歷史曲線分析、歷史報警分析、EXCEL報表插件等，能為其他管理軟件提供高效的數據接口，將連續存儲的歷史數據與這些管理軟件進行雙向通訊，pSpace是一個具有標準接口的、可二次開發的平台。

一個實時數據庫系統的優劣，主要體現在它提供的功能是否齊備，系統性能是否優越，能否完成有效的數據存取，各種數據操作、查詢處理、存取方法、完整性檢查，保證相關的事務管理，事務的概念、調度與併發控制、執行管理及存取控制，安全性檢驗。

以下是力控的系統結構圖系統組成：由採集站DA、數據服務器、 WEB服務器、客户端組成，同時和關係數據庫進行有效的數據交換，DCS的數據經過DA進行採集，由DA SERVER送到數據服務器，數據服務器再有效的送給其它客户端。

pSpace實時數據庫服務器主要由以下幾部分構成：

pSpace Server：

負責整個pSpaceTM應用系統的實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、數據服務請求、事件觸發器管理、調度管理、資源管理、系統配置等。

pSpace Data Service：

為第三方廠家的軟件訪問pSpaceTM Server時提供數據服務功能，包括：OPC Server、DDE Server、ODBC Router、Base API接口等

pSpace COM SDK：

COM SDK為用户開發基於pSpaceTM Server的應用程序提供基於COM對象的編程接口。

pSpace Visual ActiveX：

是一組開放的控件，如：數據控件、文本控件、棒圖控件、趨勢控件等，控件可以直接訪問實時數據庫和關係數據庫的數據。

pSpace DA Server數據採集器：

pSpaceTM DA server是數據採集站的設備通訊管理服務程序，用於系統和DCS、PLC等數據源之間的數據交換，具有自動網絡通信負荷平衡功能和斷線數據緩衝功能。

pSpace的Web服務器

使用IIS作為Web管理服務器，用圖形客户端生成Web網頁；

使用pSpace Visual ActiveX自行創建Web服務器和Web網頁；

使用pSpace Webserver，用圖形客户端生成Web網頁；

pSpace 客户端

監控組態軟件：力控Forcecontrol系列；

Microsoft Excel：採用標準EXCEL加載宏方式通過網絡訪問數據庫；

“瘦”客户端：Microsoft Internet Explorer 5.0或以上版本的瀏覽器；

Visual ActiveX：pSpace可視化控件工具包是為建立客户端連接而提供的客户端產品；它包括一組ActiveX控件，如：數據控件、文本控件、棒圖控件、趨勢控件等；

二次開發工具及訪問接口

標準訪問接口供客户端程序調用或第三方軟件訪問使用，因此接口的完整性、開放性決定實時數據庫二次開發的性能的優劣，pSpace訪問接口及開發工具主要包括以下幾種：

（1）DBI API

DBI是一套實時數據庫訪問接口，給用户提供底層編程接口，通過它可以與客户端連接，對數據庫進行數據讀寫，滿足繼線重連功能，可以獲取數據庫結構信息，動態控制變化數據集，DBI接口採用了快速數據訪問機制，數據訪問吞吐量可達到11萬次/秒，可以適合過程仿真、優化控制、專家診斷等多種行業應用。

（2）COM SDK

SDK是為用户開發基於pSpaceTM Server的應用程序提供基於COM對象的編程接口，用COM SDK編寫的一個實例可以同時連接多個Server，也可以用COM SDK同時建立多個實例，提供面向對象的類庫供用户開發應用程序，用户使用該工具編程可以提高開發效率，該工具可以在VC++，VB，VBScript，.net等開發環境下使用。

（3）OLE DB Provider

應用程序提供pSpace Server數據庫的ADO訪問接口。

（4）DAI SDK

pSpace的數據源採集接口的開放工具，DAI採集接口軟件都可以單獨運行在一台網絡結點機，並可在遠程對其進行配置與監控，具備以下功能：

DAI 可以直接利用原有的力控組態軟件的驅動程序；

DAI 具備斷線緩存功能；另外DAInterface還要增加幾個接口；

DAI 支持XML、CSV文件接口，可採集離線數據源。

實時數據庫性能指標：

從實時數據庫運行環境來看，實時數據庫系統的除了自身的軟件性能外，還取決於所使用的操作系統、硬件環境等。

單台服務器容量可達12,0000點以上；

歷史數據庫支持unix linux windows等64位操作系統；

完整的事件記錄系統，所有操作員的動作均被檢查並記錄，可作為跟蹤依據；

功能強大的壓縮算法：按高壓縮格式保存數據,採用死區和變化率壓縮，壓縮比為1:30；

支持優化旋轉門算法對歷史數據進行壓縮；

專用的磁盤存貯算法來保證對長年形成的海量歷史數據的快速查詢；

支持的浮點型、布爾型、字符串型、等常見數據類型及“任意”類型；

數據庫吞吐量支持每秒寫入/查詢20,000個數據點；

支持歷史數據庫在線備份，多服務器併發處理；

支持數據庫冗餘；

IO數據採集斷線重連：通訊故障能夠自動恢復，I/O時間同步；自動補償 PC 時鐘偏差。

構建企業信息門户

力控pSpace可以為企業在創建基於Internet/Intranet的網絡信息門户時提供完整的軟件解決方案，同時支持PDA掌上終端訪問力控的WEB服務器。

對pSpaceTM Server的數據進行Web管理有以下幾種方式：

使用IIS作為Web管理服務器，將通用流程畫面轉換為Web網頁，整個系統與WIN系統無縫集成，基於WEB組態的工具控件包通過相應的檢索便可以進行查詢，能夠直接生成WEB頁面；

使用組態軟件創建Web服務器和Web網頁然後發佈；

用户使用pSpaceTM Visual ActiveX自行創建Web服務器和Web網頁；

用户可以使用自己熟悉的網站開發工具如：FrontPage、Dreamweaver、ASP等創建主頁，設立網站，並在網頁中嵌入pSpace Visual ActiveX中的控件建立pSpaceTM Server的數據顯示。

特點如下：

Web頁面與過程畫面的高度同步

pSpace Web Server實現了服務器端與客户端畫面的高度同步, 在瀏覽器上可以同時瀏覽多個過程畫面, 看到的圖形界面與通用組態軟件生成的過程畫面效果完全相同，數據採用變化傳輸的方式，具有更快的運行與數據更新速度。

企業級Web服務器

pSpace Web Server專為構建企業級Web服務器而設計，具備高容量的數據吞吐能力和良好的健壯性，力控Web Server支持多達500的客户端的同時訪問。

完善的安全機制

pSpace Web Server提供完善的安全管理機制。只有授權的用户才能修改過程參數。使用pSpace Web Server時，管理員儘可安心，不必擔心非法或未授權的修改。

客户端

力控實時歷史數據庫管理系統提供了基本的客户端組態工具，開放的接口可以高級應用中的資產管理、設備診斷等管理客户端的開發，每個客户端應用軟件都可以與pSpace Server運行在同一台計算機上，也可以分佈式地運行在其它網絡結點機上。

（1）管理工具Admin

pSpace系統配置工具。包括：在線配置數據庫點、採集接口、監控服務器和採集器狀態，啓、停遠程服務等。

（2）Forcecontrol組態軟件

完成生產調度系統的實時監控，曲線分析、生產報表、報警、事件等。

（3）Excel Add-In：Excel加載宏，完成功能包括：

查詢原始數據；

查詢當前數據；

利用索引點查詢過濾數據；

查詢數據的採樣值；

查詢統計值（最小值、最大值、平均值、標準方差、累計值、計數值）；

顯示、導入、導出標籤；

導入、導出數據；

顯示、導入、導出消息；

顯示採集接口；

（4）pBatch

批量生產工藝數據的檢索和表示，可跟蹤與批量生產相關的各種信息。

（5）Alarm Server

報警服務器。

（6）SNMP Agent：

網絡管理工具，可以在線診斷網絡設備。

上層應用工具

報表工具：

可以在力控®的萬能報表工具中獲取實時數據庫的各種過程數據，完成數據的查詢與計算；建立易用、靈活、強大的報表系統。

設備運行診斷工具：

生產設備運行診斷工具可以方便地瞭解運行設備故障事件發生的時間、地點、狀態和原因，從而降低設備維護成本。

趨勢組記錄工具：

提供了非常豐富的趨勢記錄功能，實時趨勢和歷史趨勢記錄允許趨勢曲線多層重疊，可以通過顏色區分好數據和壞數據，可以顯示數據的採樣週期、數值精度和曲線變化情況。

圖形分析工具：

包括直方圖、餅圖、面積圖等十種圖形分析工具，非常方便數據的顯示與比較。圖形具有透明性，從而更加容易地觀察到數據之間的差別。

趨勢曲線放大鏡：

利用趨勢曲線的放大鏡工具，可以放大任何時間的實時和歷史曲線，非常方便地分析時間序列的數據。通過趨勢曲線的滾動按鈕，可以前後滾動查看趨勢曲線的變化情況。

成本核算工具：

內嵌成本核算模板工具，包括核算體系（生產基本單位核算、財務核算及其報表）、預算和考核體系、信息實時查詢（收率、消耗、能耗等）、成本統計報表。

質量分析工具：

提供質量分析模板工具，將生產過程的實時數據和質量點的採樣數據進行比較，在線進行評估，以便生產管理人員及時掌握各個產品的質量數據。長期保存質檢數據，便於質量分析。

安全性及用户管理

網絡安全

在進行項目設計時，在數據採集站可進行雙網卡配置以保證生產網和管理網的物理隔離，DA SERVER採集站軟件設計中可以保證數據單項傳輸，防止管理網的干擾生產網。

用户管理

實時數據庫提供了完備的安全保護機制，以保證生產過程的安全可靠，用户管理具備多個級別，並可根據級別限制對重要工藝參數的修改，以有效避免生產過程中的誤操作。

實時數據庫提供了安全區的概念，同級別，不同安全區的數據不可以互相操作，保證了數據的分佈式的管理。

提供基於遠程的用户管理，增加更多的用户級別及安全區，管理所有用户的遠程登陸信息。

加密管理：

支持工程加密，用户可以通過加密鎖自己定義工程密碼，沒有此加密鎖任何非法用户無法侵入，保護了自己的工程結構；

操作事件：

可以詳細的記錄操作事件和系統事件，方便事故追憶；

開機自動運行設置、有效的屏蔽系統鍵盤，可以防止非法用户入侵；

數據採集器DA SERVER

DA SERVER 是Server 與各種數據源之間的接口，DA SERVER具有自動網絡通信負荷平衡功能和斷線數據緩衝功能，DA SERVER可以和Server運行在同一服務器內，也可以運行在不同的前端機上，通過TCP/IP與Server通信。

DA SERVER主要有以下幾種：

DA SERVER：專用的數據採集服務器，通過它中心服務器可以採集各種DCS、PLC、FCS等I/O設備的數據，DA SERVER可以集成HMI/SCADA組態軟件的數據採集接口，對於已經安裝運行了組態軟件的SCADA工作站，通過該數據採集器可以很方便地將SCADA數據採集到Server中。

MOPC：通過該數據採集器，Server可以採集其他各種第三方的OPC Server的數據。

性能

支持通過RS232、RS422、RS485、電台、電話輪巡撥號、以太網、移動GPRS、CDMA、GSM網絡等方式和設備進行通訊；

開發環境下具備在線診斷設備通訊功能，可以動態的打開、關閉設備，通訊故障後具備自動恢復功能；

支持控制設備和控制網絡冗餘，控制設備進行切換時，通訊會自動切換；

支持多種協議的設備掛在一條通訊鏈路上與DA SERVER進行通訊，方便電台等遠程通訊；

支持與設備採取主從、主主、從主等多種交互機制來進行通訊，比如對MODBUS標準協議設備，支持主與從2種方式與設備通訊；

可以採集帶時間戳的數據，毫秒級數據採集速率，實現歷史數據向實時數據庫的回插功能，可以採集記錄儀、錄波器數據，支持SOE，完成事件監視。

支持的設備種類

支持主流的DCS、PLC、DDC、現場總線、智能儀表等1000多種廠家設備的通訊；也可以按照用户提出的通信協議和硬件接口，在較短時間內開發新的驅動程序。

無所不在的移動通訊

所有設備的驅動程序支持通過移動GPRS、CDMA網絡與控制設備進行通訊，DA SERVER節點與其遠程DA SERVER節點也可以進行移動通訊；

DA SERVER移動數據服務器與遠程設備的通訊為併發處理、完全透明的解決方案，消除了一般軟件採用虛擬串口方式造成數據傳輸不穩定的隱患，有效的流量控制機制保證了遠程應用中節省通訊費用；

支持設備主動通過GPRS上傳數據的方式進行數據傳輸。

典型企業信息化應用

勝利油田油氣集輸公司是勝利油田從事油氣集輸的專業化生產企業，主要擔負勝利油田原油外輸、天然氣生產集輸及輕烴生產任務。管理着9個氣田，187口氣井，24座集配氣站，總長240公里的天然氣輸氣管道和220公里的輸油管道，8座大中型輸油站庫，2座壓氣站和3套輕烴回收裝置。所轄13個三級單位，具有點多、線長、面廣、易燃易爆、高温高壓的特點。

該系統對油田的原油庫和壓氣站等身產裝置進行網絡信息處理。該信息系統集成了多種設備，信息集成使用了OPC、DDE、ODBC、PROFIBUS、MODBUS、RS485等多種網絡採集方式進行數據處理，是一個典型的分佈式採集，集中管理的大型網絡信息化系統。

勝利油田原油庫控制系統主要選用了SIEMENS 控制系統，在壓氣站中， 50萬崗位使用Honeywell的S9000型號的DCS控制系統；SW64崗位是美國庫伯公司的RR控制器；二次增壓崗位使用日本Omron的控制器；離心機崗位是橫河CS1000型號的DCS控制系統；配氣崗位是美國SIXNET公司的ST-GT-1210控制器；熱煤爐崗位控制系統是三菱的PLC；配電崗位設有許繼的配電保護及監控系統。

pSpace在應用中有效的集成了以上系統，從監測和考核原材料及水、電、氣、風的用量入手，減少能耗物耗，對優化生產過程，提高生產運行效率起到了關鍵的作用。

典型先進控制方案

pSpace支持與國外的各種數據庫進行數據交互，比如INFOPLUS、PI、PHD等，通過pSpace SERVER可以在國內外的各種平台上進行上層應用、專家診斷、先進控制等，下面是一個電廠設備診斷的應用，pSpace SERVER通過各種接口將現有SIS系統、小神探系統、新增的斷路器和各種輔機監測系統集成為一個整體，其中，狀態檢修系統需要的絕大部分實時數據都取自SIS系統的PI實時數據庫，因此，PI數據庫和力控實時數據庫之間的接口是整個系統集成的關鍵，接口Gateway的性能將直接決定整個狀態檢修系統的性能。