提高M(jìn)ES系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸實(shí)時(shí)性的辦法及措施

時(shí)間：2018-10-30作者：杭州匠興科技有限公司瀏覽：56

在企業(yè)的生產(chǎn)制造過程中及時(shí)、有效地傳遞正確的數(shù)據(jù)信息，并針對(duì)生產(chǎn)過程中的任何異常變動(dòng)立即作出快速準(zhǔn)確的反應(yīng)。其目標(biāo)是：盡可能地減少生產(chǎn)制造過程中無附加**的活動(dòng)，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)和流程進(jìn)行較為有效的優(yōu)化和再造。

MES系統(tǒng)的**任務(wù)就是：

數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性

在企業(yè)的生產(chǎn)制造過程中及時(shí)、有效地傳遞正確的數(shù)據(jù)信息，并針對(duì)生產(chǎn)過程中的任何異常變動(dòng)立即作出快速準(zhǔn)確的反應(yīng)。其目標(biāo)是：盡可能地減少生產(chǎn)制造過程中無附加**的活動(dòng)，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)和流程進(jìn)行較為有效的優(yōu)化和再造。

提高M(jìn)ES系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)辦法和**措施：

S系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流通的技術(shù)環(huán)節(jié)分析

1.1位于系統(tǒng)較**部的數(shù)據(jù)應(yīng)用層，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、加工，并以可視化
的方式，通過B/S或C/S的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將處理后的結(jié)果信息發(fā)布給企業(yè)的各級(jí)生產(chǎn)管理人員。
1.2位于系統(tǒng)中間的數(shù)據(jù)處理層，負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、存儲(chǔ)等處理。
1.3位于系統(tǒng)較底部的數(shù)據(jù)采集層，主要負(fù)責(zé)從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的DCS等各種設(shè)備裝置中采集系統(tǒng)所需的各種數(shù)據(jù)信息。

2、提高M(jìn)ES系統(tǒng)中 數(shù)據(jù)采集 、傳輸和處理速度要提高M(jìn)ES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，就必須提高M(jìn)ES系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理速度。

而與此有主要關(guān)聯(lián)的是以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：
1.數(shù)據(jù)采集
2.數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)
3.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)
4.應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
5.用戶端處理技術(shù)。必須針對(duì)上述這5個(gè)環(huán)節(jié)，分別采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

3、具體實(shí)現(xiàn)辦法和**措施

3.1數(shù)據(jù)采集部分?jǐn)?shù)據(jù)采集部分是整個(gè)MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對(duì)于不同的采集對(duì)象，只有采用有針對(duì)性的、合理適當(dāng)且安全高效的數(shù)據(jù)采集方法和策略，才能以較快的速度從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備裝置(主要是各種DCS)中獲取數(shù)據(jù)。針對(duì)DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的方法：

方法1：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)使用
OPC協(xié)議直接從DCS采集OPC的英文全稱是：OLE for Process Control，即：“面向處理控制的對(duì)象鏈接與嵌入”的標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)，它是基于Microsoft公司的Distributed interNet Application(DNA)構(gòu)架和Component Object Medel(COM)技術(shù)的，根據(jù)易于擴(kuò)展性而設(shè)計(jì)的。同時(shí)，OPC以O(shè)LE(即：對(duì)象鏈接與嵌入)/COM(即：部件對(duì)象模型)機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)，而OLE/COM是一種客戶/BE務(wù)器模式，具有語(yǔ)言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問。是一種基于OLE技術(shù)、COM和DCOM(即：分布式COM)技術(shù)的開放性的接口技術(shù)，已成為目前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口。

多數(shù)新型的DCS設(shè)備都支持OPC數(shù)據(jù)接口通信協(xié)議，從理論上講，可以讓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)直接從DCS中采集數(shù)據(jù)，但我們?cè)趯?shí)際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，有的企業(yè)采用這種方式的效果并不好，有的甚至出現(xiàn)導(dǎo)致DCS“死機(jī)”，而這也正是實(shí)施數(shù)據(jù)采集的較大風(fēng)險(xiǎn)。通過調(diào)查分析和請(qǐng)教有關(guān)*才了解到，造成這一“災(zāi)難”的原因在于：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自身的數(shù)據(jù)吞吐量相當(dāng)大，當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)直接從DCS系統(tǒng)中同時(shí)采集大量的數(shù)據(jù)時(shí)，DCS本身也必須花費(fèi)大量的機(jī)時(shí)來響應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的這些數(shù)據(jù)請(qǐng)求，一旦數(shù)據(jù)請(qǐng)求量大到DCS處理不過來時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致DCS處理其它事件的響應(yīng)速度，從現(xiàn)象上看就像“死機(jī)”一樣。

方法2：建立OPC服務(wù)器，由OPC服務(wù)器從DCS采集后轉(zhuǎn)發(fā)給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為避免重蹈他人的覆轍，我們采取的方法是：用一臺(tái)工控機(jī)作為數(shù)據(jù)采集工作站，通過OPC協(xié)議與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且僅從DCS中讀取我們較關(guān)心的數(shù)據(jù)而不進(jìn)行任何的寫入操作。實(shí)踐證明，這種方法非常安全可靠，同時(shí)也并未影響整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)較新的快速性。

方法3：建立OPC服務(wù)器，由OPC服務(wù)器通過其他協(xié)議從沒有OPC接口的老DCS中讀取數(shù)據(jù)后，再通過OPC協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。     

3.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)數(shù)據(jù)采集工作站現(xiàn)場(chǎng)采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，通過網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)快速地轉(zhuǎn)發(fā)給放置在數(shù)據(jù)機(jī)房中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。在通過各種數(shù)據(jù)處理后，由應(yīng)用服務(wù)器以WEB方式讓企業(yè)的各級(jí)管理人員通過內(nèi)部辦公網(wǎng)絡(luò)訪問MES系統(tǒng)。由此可以看到數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)過程中的重要程度。從**的介紹中我們知道，一套完整的MES系統(tǒng)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也分為對(duì)應(yīng)的三個(gè)部分：采集網(wǎng)、管理網(wǎng)、應(yīng)用網(wǎng)。其中，采集網(wǎng)是指從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)到數(shù)據(jù)采集工作站和現(xiàn)場(chǎng)采集對(duì)象(DCS等)之間的網(wǎng)絡(luò)，管理網(wǎng)則包含的是從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器之間的部分，應(yīng)用網(wǎng)則是從各類應(yīng)用人員的計(jì)算機(jī)終端到MES應(yīng)用服務(wù)器和關(guān)系服務(wù)器的部分。對(duì)于赤天化股份有限公司而言，原來已有的辦公網(wǎng)絡(luò)就是MES系統(tǒng)的應(yīng)用網(wǎng)，由于此前已將辦公網(wǎng)絡(luò)改造成千線光纖、百兆到桌面的高速網(wǎng)絡(luò)，因此，在此次MES項(xiàng)目中，我們只對(duì)MES系統(tǒng)內(nèi)部的采集網(wǎng)和管理網(wǎng)按照“高速、穩(wěn)定、安全、可靠”的原則進(jìn)行了建設(shè)和完善。

具體主要采取了以下措施：     

措施1：將采集工作站放置在現(xiàn)場(chǎng)采集對(duì)象(如DCS)旁邊，盡可能縮短采集工作站與DCS之間的數(shù)據(jù)傳輸線路距離，以**它們之間通過百兆以太網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。    

措施2：將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器放置在公司的數(shù)據(jù)機(jī)房，從數(shù)據(jù)機(jī)房敷設(shè)單模光纖到各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)，在數(shù)據(jù)機(jī)房安裝帶光纖模塊的**交換機(jī)，在現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)安裝帶光纖模塊桌面交換機(jī)，**交換機(jī)與各采集點(diǎn)的桌面交換機(jī)之間直接用光纖連接，不通過光纖收發(fā)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，減少傳輸環(huán)節(jié)，提高傳輸效率。

措施3：**交換機(jī)采用背板帶寬≥100Gbps、包轉(zhuǎn)發(fā)率≥75Mpps的四層交換機(jī)，采集點(diǎn)的桌面交換機(jī)背板帶寬≥4.4Gbps、包轉(zhuǎn)發(fā)率≥6.5Mpps。機(jī)房服務(wù)器選用性能比較穩(wěn)定、處理能力較強(qiáng)的四核雙CPU品牌設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)采集工作站使用性能穩(wěn)定可靠性較高的工控機(jī)。     

措施4：在現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集工作站除了采集并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)外，還要將需轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)在本地保存7d以上，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷經(jīng)處理恢復(fù)后可以自動(dòng)向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)補(bǔ)發(fā)數(shù)據(jù)，從而有效防止因網(wǎng)絡(luò)中斷而導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)丟失，較大程度地避免給企業(yè)帶來?yè)p失。     

3.3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

毋庸置疑，在整個(gè)MES系統(tǒng)中較**的就是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自身性能的高低將直接決定整個(gè)MES系統(tǒng)運(yùn)行性能。采用高效的數(shù)據(jù)壓縮和存儲(chǔ)技術(shù)，可以大大提高數(shù)據(jù)傳輸和處理的速度，試想一下，從同一臺(tái)服務(wù)器上下載數(shù)據(jù)文件，是下載上百兆的大文件快還是只有幾兆甚至幾K的文件快呢？因此，我們?cè)趯?duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行選型時(shí)，也將數(shù)據(jù)壓縮能力和存儲(chǔ)方式作為重要的考核指標(biāo)。     

3.4 MES應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

用于MES系統(tǒng)是以WEB方式向應(yīng)用人員提供訪問服務(wù)的，因此應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為B/S和C/S兩種。那么，這兩種架構(gòu)又該如何取舍呢？考慮到公司各部門的實(shí)際應(yīng)用情況，在少數(shù)特殊崗位(如調(diào)度、總控等)設(shè)置采用C/S架構(gòu)的客戶端，而其他通過WEB方式訪問的用戶均采用B/S架構(gòu)。這樣一來，整個(gè)MES系統(tǒng)實(shí)際上是B/S與C/S的混合架構(gòu)。

3.5用戶端處理技術(shù)

在 MES系統(tǒng) 中涉及大量的圖形圖像需要在用戶端的電腦屏幕上顯示，尤其是工藝流程圖，需要用外形逼真的圖像將其對(duì)應(yīng)的設(shè)備裝置展示出來，如果采用傳統(tǒng)的BMP或JPG格式的圖形文件格式，在用戶端瀏覽時(shí)完整畫面顯示的速度會(huì)很慢，尤其是要?jiǎng)討B(tài)顯示諸如溫度、液位等狀態(tài)變化時(shí)，就較很難達(dá)到界面顯示既形象直觀又快速的效果要求。因此，在制定具體的技術(shù)方案時(shí)，就考慮到這一客觀要求。經(jīng)過反復(fù)比較測(cè)試，最后選擇了基于矢量圖技術(shù)的用戶端動(dòng)態(tài)成像技術(shù)。從實(shí)際運(yùn)行中的效果來看，采用這種技術(shù)在用戶端的瀏覽器上由WEB插件自己根據(jù)服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)生成圖形，尤其是工藝流程圖，顯示的速度非常快，畫面效果也比較逼真清晰，而且也能達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的展示溫度、液位的變化。

4、整體效果評(píng)價(jià)

由于在上述5個(gè)方面分別采取了有針對(duì)性的方法和措施，至少在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性方面效果較為明顯，達(dá)到了用戶端看見的數(shù)據(jù)基本上與現(xiàn)場(chǎng)DCS設(shè)備數(shù)據(jù)同步。


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