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          淺議如何提高MES系統的數據實時性

          2018-02-26 11:18:03 0

          MES系統的核心任務就是:
                 在企業的生產制造過程中及時、有效地傳遞正確的數據信息,并針對生產過程中的任何異常變動立即作出快速準確的反應。其目標是:盡可能地減少生產制造過程中無附加價值的活動,對企業的生產作業和流程進行更為有效的優化和再造。

          提高MES系統數據實時性的實現辦法和保障措施:


          1.MES系統中數據流通的技術環節分析
          1.1位于系統最頂部的數據應用層,負責對系統中的數據進行分析、加工,并以可視化
          的方式,通過B/S或C/S的網絡架構,將處理后的結果信息發布給企業的各級生產管理人員。
          1.2位于系統中間的數據處理層,負責將采集到的數據進行分類、存儲等處理。
          1.3位于系統最底部的數據采集層,主要負責從生產現場的DCS等各種設備裝置中采集系統所需的各種數據信息。


          2、提高MES系統中數據采集、傳輸和處理速度要提高MES系統數據的實時性,就必須提高MES系統中數據采集、傳輸和處理速度。

          而與此有主要關聯的是以下幾個環節:

          1.數據采集
          2.數據傳輸網絡
          3.實時數據庫
          4.應用層的網絡架構

          5.用戶端處理技術。必須針對上述這5個環節,分別采取相應的措施進行處理。


          3、具體實現辦法和保障措施

          3.1數據采集部分數據采集部分是整個MES系統的基礎,對于不同的采集對象,只有采用有針對性的、合理適當且安全高效的數據采集方法和策略,才能以最快的速度從現場設備裝置(主要是各種DCS)中獲取數據。針對DCS系統的數據采集的方法:方法
          1:實時數據庫使用
                 OPC協議直接從DCS采集OPC的英文全稱是:OLE for Process Control,即:“面向處理控制的對象鏈接與嵌入”的標準接口技術,它是基于Microsoft公司的

                 Distributed interNet Application(DNA)構架和Component Object Medel(COM)技術的,根據易于擴展性而設計的。同時,OPC以OLE(即:對象鏈接與嵌入)/COM(即:部件對象模型)機制作為應用程序的通訊標準,而OLE/COM是一種客戶/BE務器模式,具有語言無關性、代碼重用性、易于集成性等優點。OPC規范了接口函數,不管現場設備以何種形式存在,客戶都以統一的方式去訪問。是一種基于OLE技術、COM和DCOM(即:分布式COM)技術的開放性的接口技術,已成為目前的工業標準接口。


                 多數新型的DCS設備都支持OPC數據接口通信協議,從理論上講,可以讓實時數據庫直接從DCS中采集數據,但我們在實際調研中發現,有的企業采用這種方式的效果并不好,有的甚至出現導致DCS“死機”,而這也正是實施數據采集的最大風險。通過調查分析和請教有關專家才了解到,造成這一“災難”的原因在于:實時數據庫自身的數據吞吐量相當大,當實時數據庫直接從DCS系統中同時采集大量的數據時,DCS本身也必須花費大量的機時來響應實時數據庫的這些數據請求,一旦數據請求量大到DCS處理不過來時,就會導致DCS處理其它事件的響應速度,從現象上看就像“死機”一樣。 
                 方法2:建立OPC服務器,由OPC服務器從DCS采集后轉發給實時數據庫為避免重蹈他人的覆轍,我們采取的方法是:用一臺工控機作為數據采集工作站,通過OPC協議與DCS進行數據通信,并且僅從DCS中讀取我們最關心的數據而不進行任何的寫入操作。實踐證明,這種方法非常安全可靠,同時也并未影響整個系統數據更新的快速性。 
                 方法3:建立OPC服務器,由OPC服務器通過其他協議從沒有OPC接口的老DCS中讀取數據后,再通過OPC協議轉發到實時數據庫。     3.2 數據傳輸網絡 
                 當數據采集工作站現場采集到實時數據后,通過網絡將這些數據快速地轉發給放置在數據機房中的實時數據庫服務器。在通過各種數據處理后,由應用服務器以WEB方式讓企業的各級管理人員通過內部辦公網絡訪問MES系統。由此可以看到數據傳輸網絡在整個過程中的重要程度。從前面的介紹中我們知道,一套完整的MES系統其網絡結構也分為對應的三個部分:采集網、管理網、應用網。其中,采集網是指從實時數據庫到數據采集工作站和現場采集對象(DCS等)之間的網絡,管理網則包含的是從實時數據庫到關系數據庫、應用服務器之間的部分,應用網則是從各類應用人員的計算機終端到MES應用服務器和關系服務器的部分。對于赤天化股份有限公司而言,原來已有的辦公網絡就是MES系統的應用網,由于此前已將辦公網絡改造成千線光纖、百兆到桌面的高速網絡,因此,在此次MES項目中,我們只對MES系統內部的采集網和管理網按照“高速、穩定、安全、可靠”的原則進行了建設和完善。


                 具體主要采取了以下措施:     

                 措施1:將采集工作站放置在現場采集對象(如DCS)旁邊,盡可能縮短采集工作站與DCS之間的數據傳輸線路距離,以保障它們之間通過百兆以太網連接實現數據的高速傳輸。    


                 措施2:將實時數據庫、關系數據庫、應用服務器放置在公司的數據機房,從數據機房敷設單模光纖到各個現場采集點,在數據機房安裝帶光纖模塊的核心交換機,在現場采集點安裝帶光纖模塊桌面交換機,核心交換機與各采集點的桌面交換機之間直接用光纖連接,不通過光纖收發器進行光電轉換,減少傳輸環節,提高傳輸效率。 
                措施3:核心交換機采用背板帶寬≥100Gbps、包轉發率≥75Mpps的四層交換機,采集點的桌面交換機背板帶寬≥4.4Gbps、包轉發率≥6.5Mpps。機房服務器選用性能比較穩定、處理能力較強的四核雙CPU品牌設備。現場采集工作站使用性能穩定可靠性較高的工控機。     


                 措施4:在現場的數據采集工作站除了采集并轉發數據外,還要將需轉發的數據在本地保存7d以上,當網絡出現中斷經處理恢復后可以自動向實時數據庫補發數據,從而有效防止因網絡中斷而導致大量數據丟失,最大程度地避免給企業帶來損失。     


          3.3實時數據庫 

                 毋庸置疑,在整個MES系統中最核心的就是實時數據庫。實時數據庫自身性能的高低將直接決定整個MES系統運行性能。采用高效的數據壓縮和存儲技術,可以大大提高數據傳輸和處理的速度,試想一下,從同一臺服務器上下載數據文件,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,我們在對實時數據庫進行選型時,也將數據壓縮能力和存儲方式作為重要的考核指標。     


          3.4 MES應用層的網絡架構 
                 用于MES系統是以WEB方式向應用人員提供訪問服務的,因此應用層的網絡架構分為B/S和C/S兩種。那么,這兩種架構又該如何取舍呢?考慮到公司各部門的實際應用情況,在少數特殊崗位(如調度、總控等)設置采用C/S架構的客戶端,而其他通過WEB方式訪問的用戶均采用B/S架構。這樣一來,整個MES系統實際上是B/S與C/S的混合架構。


          3.5用戶端處理技術 
                 在MES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應的設備裝置展示出來,如果采用傳統的BMP或JPG格式的圖形文件格式,在用戶端瀏覽時完整畫面顯示的速度會很慢,尤其是要動態顯示諸如溫度、液位等狀態變化時,就更很難達到界面顯示既形象直觀又快速的效果要求。因此,在制定具體的技術方案時,就考慮到這一客觀要求。經過反復比較測試,最后選擇了基于矢量圖技術的用戶端動態成像技術。從實際運行中的效果來看,采用這種技術在用戶端的瀏覽器上由WEB插件自己根據服務器提供的數據生成圖形,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,而且也能達到實時動態的展示溫度、液位的變化。 


          4、整體效果評價 
                 由于在上述5個方面分別采取了有針對性的方法和措施,至少在數據的實時性方面效果更為明顯,達到了用戶端看見的數據基本上與現場DCS設備數據同步。



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