MES系统数据的实时性
日期：2019-07-08 / 人气： / 来源：未知
MES系统 的核心任务就是：
在企业的生产制造过程中及时、有效地传递正确的数据信息，并针对生产过程中的任何异常变动立即作出快速准确的反应。其目标是：尽可能地减少生产制造过程中无附加价值的活动，对企业的生产作业和流程进行更为有效的优化和再造。
提高MES系统数据实时性的实现办法和保障措施：
1.MES系统中数据流通的技术环节分析
1.1位于系统最顶部的数据应用层，负责对系统中的数据进行分析、加工，并以可视化
的方式，通过B/S或C/S的网络架构，将处理后的结果信息发布给企业的各级生产管理人员。
1.2位于系统中间的数据处理层，负责将采集到的数据进行分类、存储等处理。
1.3位于系统最底部的数据采集层，主要负责从生产现场的DCS等各种设备装置中采集系统所需的各种数据信息。
2、提高MES系统中数据采集、传输和处理速度要提高MES系统数据的实时性，就必须提高MES系统中数据采集、传输和处理速度。
而与此有主要关联的是以下几个环节：
1.数据采集
2.数据传输网络
3.实时数据库
4.应用层的网络架构
5.用户端处理技术。必须针对上述这5个环节，分别采取相应的措施进行处理。
3、具体实现办法和保障措施
3.1数据采集部分数据采集部分是整个MES系统的基础，对于不同的采集对象，只有采用有针对性的、合理适当且安全高效的数据采集方法和策略，才能以最快的速度从现场设备装置(主要是各种DCS)中获取数据。针对DCS系统的数据采集的方法：
方法1：实时数据库使用
OPC协议直接从DCS采集OPC的英文全称是：OLE for Process Control，即：“面向处理控制的对象链接与嵌入”的标准接口技术，它是基于Microsoft公司的Distributed interNet Application(DNA)构架和Component Object Medel(COM)技术的，根据易于扩展性而设计的。同时，OPC以OLE(即：对象链接与嵌入)/COM(即：部件对象模型)机制作为应用程序的通讯标准，而OLE/COM是一种客户/BE务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问。是一种基于OLE技术、COM和DCOM(即：分布式COM)技术的开放性的接口技术，已成为目前的工业标准接口。
多数新型的DCS设备都支持OPC数据接口通信协议，从理论上讲，可以让实时数据库直接从DCS中采集数据，但我们在实际调研中发现，有的企业采用这种方式的效果并不好，有的甚至出现导致DCS“死机”，而这也正是实施数据采集的最大风险。通过调查分析和请教有关专家才了解到，造成这一“灾难”的原因在于：实时数据库自身的数据吞吐量相当大，当实时数据库直接从DCS系统中同时采集大量的数据时，DCS本身也必须花费大量的机时来响应实时数据库的这些数据请求，一旦数据请求量大到DCS处理不过来时，就会导致DCS处理其它事件的响应速度，从现象上看就像“死机”一样。
方法2：建立OPC服务器，由OPC服务器从DCS采集后转发给实时数据库为避免重蹈他人的覆辙，我们采取的方法是：用一台工控机作为数据采集工作站，通过OPC协议与DCS进行数据通信，并且仅从DCS中读取我们最关心的数据而不进行任何的写入操作。实践证明，这种方法非常安全可靠，同时也并未影响整个系统数据更新的快速性。
方法3：建立OPC服务器，由OPC服务器通过其他协议从没有OPC接口的老DCS中读取数据后，再通过OPC协议转发到实时数据库。
3.2 数据传输网络
当数据采集工作站现场采集到实时数据后，通过网络将这些数据快速地转发给放置在数据机房中的实时数据库服务器。在通过各种数据处理后，由应用服务器以WEB方式让企业的各级管理人员通过内部办公网络访问MES系统。由此可以看到数据传输网络在整个过程中的重要程度。从前面的介绍中我们知道，一套完整的MES系统其网络结构也分为对应的三个部分：采集网、管理网、应用网。其中，采集网是指从实时数据库到数据采集工作站和现场采集对象(DCS等)之间的网络，管理网则包含的是从实时数据库到关系数据库、应用服务器之间的部分，应用网则是从各类应用人员的计算机终端到MES系统应用服务器和关系服务器的部分。对于赤天化股份有限公司而言，原来已有的办公网络就是MES系统的应用网，由于此前已将办公网络改造成千线光纤、百兆到桌面的高速网络，因此，在此次MES系统项目中，我们只对MES系统内部的采集网和管理网按照“高速、稳定、安全、可靠”的原则进行了建设和完善。
具体主要采取了以下措施：
措施1：将采集工作站放置在现场采集对象(如DCS)旁边，尽可能缩短采集工作站与DCS之间的数据传输线路距离，以保障它们之间通过百兆以太网连接实现数据的高速传输。
措施2：将实时数据库、关系数据库、应用服务器放置在公司的数据机房，从数据机房敷设单模光纤到各个现场采集点，在数据机房安装带光纤模块的核心交换机，在现场采集点安装带光纤模块桌面交换机，核心交换机与各采集点的桌面交换机之间直接用光纤连接，不通过光纤收发器进行光电转换，减少传输环节，提高传输效率。
措施3：核心交换机采用背板带宽≥100Gbps、包转发率≥75Mpps的四层交换机，采集点的桌面交换机背板带宽≥4.4Gbps、包转发率≥6.5Mpps。机房服务器选用性能比较稳定、处理能力较强的四核双CPU品牌设备。现场采集工作站使用性能稳定可靠性较高的工控机。
措施4：在现场的数据采集工作站除了采集并转发数据外，还要将需转发的数据在本地保存7d以上，当网络出现中断经处理恢复后可以自动向实时数据库补发数据，从而有效防止因网络中断而导致大量数据丢失，最大程度地避免给企业带来损失。
3.3实时数据库
毋庸置疑，在整个MES系统中最核心的就是实时数据库。实时数据库自身性能的高低将直接决定整个MES系统运行性能。采用高效的数据压缩和存储技术，可以大大提高数据传输和处理的速度，试想一下，从同一台服务器上下载数据文件，是下载上百兆的大文件快还是只有几兆甚至几K的文件快呢？因此，我们在对实时数据库进行选型时，也将数据压缩能力和存储方式作为重要的考核指标。
3.4 MES系统应用层的网络架构
用于MES系统是以WEB方式向应用人员提供访问服务的，因此应用层的网络架构分为B/S和C/S两种。那么，这两种架构又该如何取舍呢？考虑到公司各部门的实际应用情况，在少数特殊岗位(如调度、总控等)设置采用C/S架构的客户端，而其他通过WEB方式访问的用户均采用B/S架构。这样一来，整个MES系统实际上是B/S与C/S的混合架构。
3.5用户端处理技术
在MES系统中涉及大量的图形图像需要在用户端的电脑屏幕上显示，尤其是工艺流程图，需要用外形逼真的图像将其对应的设备装置展示出来，如果采用传统的BMP或JPG格式的图形文件格式，在用户端浏览时完整画面显示的速度会很慢，尤其是要动态显示诸如温度、液位等状态变化时，就更很难达到界面显示既形象直观又快速的效果要求。因此，在制定具体的技术方案时，就考虑到这一客观要求。经过反复比较测试，最后选择了基于矢量图技术的用户端动态成像技术。从实际运行中的效果来看，采用这种技术在用户端的浏览器上由WEB插件自己根据服务器提供的数据生成图形，尤其是工艺流程图，显示的速度非常快，画面效果也比较逼真清晰，而且也能达到实时动态的展示温度、液位的变化。
4、整体效果评价
由于在上述5个方面分别采取了有针对性的方法和措施，至少在数据的实时性方面效果更为明显，达到了用户端看见的数据基本上与现场DCS设备数据同步。
在企业的生产制造过程中及时、有效地传递正确的数据信息，并针对生产过程中的任何异常变动立即作出快速准确的反应。其目标是：尽可能地减少生产制造过程中无附加价值的活动，对企业的生产作业和流程进行更为有效的优化和再造。
提高MES系统数据实时性的实现办法和保障措施：
1.MES系统中数据流通的技术环节分析
1.1位于系统最顶部的数据应用层，负责对系统中的数据进行分析、加工，并以可视化
的方式，通过B/S或C/S的网络架构，将处理后的结果信息发布给企业的各级生产管理人员。
1.2位于系统中间的数据处理层，负责将采集到的数据进行分类、存储等处理。
1.3位于系统最底部的数据采集层，主要负责从生产现场的DCS等各种设备装置中采集系统所需的各种数据信息。
2、提高MES系统中数据采集、传输和处理速度要提高MES系统数据的实时性，就必须提高MES系统中数据采集、传输和处理速度。
而与此有主要关联的是以下几个环节：
1.数据采集
2.数据传输网络
3.实时数据库
4.应用层的网络架构
5.用户端处理技术。必须针对上述这5个环节，分别采取相应的措施进行处理。
3、具体实现办法和保障措施
3.1数据采集部分数据采集部分是整个MES系统的基础，对于不同的采集对象，只有采用有针对性的、合理适当且安全高效的数据采集方法和策略，才能以最快的速度从现场设备装置(主要是各种DCS)中获取数据。针对DCS系统的数据采集的方法：
方法1：实时数据库使用
OPC协议直接从DCS采集OPC的英文全称是：OLE for Process Control，即：“面向处理控制的对象链接与嵌入”的标准接口技术，它是基于Microsoft公司的Distributed interNet Application(DNA)构架和Component Object Medel(COM)技术的，根据易于扩展性而设计的。同时，OPC以OLE(即：对象链接与嵌入)/COM(即：部件对象模型)机制作为应用程序的通讯标准，而OLE/COM是一种客户/BE务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问。是一种基于OLE技术、COM和DCOM(即：分布式COM)技术的开放性的接口技术，已成为目前的工业标准接口。
多数新型的DCS设备都支持OPC数据接口通信协议，从理论上讲，可以让实时数据库直接从DCS中采集数据，但我们在实际调研中发现，有的企业采用这种方式的效果并不好，有的甚至出现导致DCS“死机”，而这也正是实施数据采集的最大风险。通过调查分析和请教有关专家才了解到，造成这一“灾难”的原因在于：实时数据库自身的数据吞吐量相当大，当实时数据库直接从DCS系统中同时采集大量的数据时，DCS本身也必须花费大量的机时来响应实时数据库的这些数据请求，一旦数据请求量大到DCS处理不过来时，就会导致DCS处理其它事件的响应速度，从现象上看就像“死机”一样。
方法2：建立OPC服务器，由OPC服务器从DCS采集后转发给实时数据库为避免重蹈他人的覆辙，我们采取的方法是：用一台工控机作为数据采集工作站，通过OPC协议与DCS进行数据通信，并且仅从DCS中读取我们最关心的数据而不进行任何的写入操作。实践证明，这种方法非常安全可靠，同时也并未影响整个系统数据更新的快速性。
方法3：建立OPC服务器，由OPC服务器通过其他协议从没有OPC接口的老DCS中读取数据后，再通过OPC协议转发到实时数据库。
3.2 数据传输网络
当数据采集工作站现场采集到实时数据后，通过网络将这些数据快速地转发给放置在数据机房中的实时数据库服务器。在通过各种数据处理后，由应用服务器以WEB方式让企业的各级管理人员通过内部办公网络访问MES系统。由此可以看到数据传输网络在整个过程中的重要程度。从前面的介绍中我们知道，一套完整的MES系统其网络结构也分为对应的三个部分：采集网、管理网、应用网。其中，采集网是指从实时数据库到数据采集工作站和现场采集对象(DCS等)之间的网络，管理网则包含的是从实时数据库到关系数据库、应用服务器之间的部分，应用网则是从各类应用人员的计算机终端到MES系统应用服务器和关系服务器的部分。对于赤天化股份有限公司而言，原来已有的办公网络就是MES系统的应用网，由于此前已将办公网络改造成千线光纤、百兆到桌面的高速网络，因此，在此次MES系统项目中，我们只对MES系统内部的采集网和管理网按照“高速、稳定、安全、可靠”的原则进行了建设和完善。
具体主要采取了以下措施：
措施1：将采集工作站放置在现场采集对象(如DCS)旁边，尽可能缩短采集工作站与DCS之间的数据传输线路距离，以保障它们之间通过百兆以太网连接实现数据的高速传输。
措施2：将实时数据库、关系数据库、应用服务器放置在公司的数据机房，从数据机房敷设单模光纤到各个现场采集点，在数据机房安装带光纤模块的核心交换机，在现场采集点安装带光纤模块桌面交换机，核心交换机与各采集点的桌面交换机之间直接用光纤连接，不通过光纤收发器进行光电转换，减少传输环节，提高传输效率。
措施3：核心交换机采用背板带宽≥100Gbps、包转发率≥75Mpps的四层交换机，采集点的桌面交换机背板带宽≥4.4Gbps、包转发率≥6.5Mpps。机房服务器选用性能比较稳定、处理能力较强的四核双CPU品牌设备。现场采集工作站使用性能稳定可靠性较高的工控机。
措施4：在现场的数据采集工作站除了采集并转发数据外，还要将需转发的数据在本地保存7d以上，当网络出现中断经处理恢复后可以自动向实时数据库补发数据，从而有效防止因网络中断而导致大量数据丢失，最大程度地避免给企业带来损失。
3.3实时数据库
毋庸置疑，在整个MES系统中最核心的就是实时数据库。实时数据库自身性能的高低将直接决定整个MES系统运行性能。采用高效的数据压缩和存储技术，可以大大提高数据传输和处理的速度，试想一下，从同一台服务器上下载数据文件，是下载上百兆的大文件快还是只有几兆甚至几K的文件快呢？因此，我们在对实时数据库进行选型时，也将数据压缩能力和存储方式作为重要的考核指标。
3.4 MES系统应用层的网络架构
用于MES系统是以WEB方式向应用人员提供访问服务的，因此应用层的网络架构分为B/S和C/S两种。那么，这两种架构又该如何取舍呢？考虑到公司各部门的实际应用情况，在少数特殊岗位(如调度、总控等)设置采用C/S架构的客户端，而其他通过WEB方式访问的用户均采用B/S架构。这样一来，整个MES系统实际上是B/S与C/S的混合架构。
3.5用户端处理技术
在MES系统中涉及大量的图形图像需要在用户端的电脑屏幕上显示，尤其是工艺流程图，需要用外形逼真的图像将其对应的设备装置展示出来，如果采用传统的BMP或JPG格式的图形文件格式，在用户端浏览时完整画面显示的速度会很慢，尤其是要动态显示诸如温度、液位等状态变化时，就更很难达到界面显示既形象直观又快速的效果要求。因此，在制定具体的技术方案时，就考虑到这一客观要求。经过反复比较测试，最后选择了基于矢量图技术的用户端动态成像技术。从实际运行中的效果来看，采用这种技术在用户端的浏览器上由WEB插件自己根据服务器提供的数据生成图形，尤其是工艺流程图，显示的速度非常快，画面效果也比较逼真清晰，而且也能达到实时动态的展示温度、液位的变化。
4、整体效果评价
由于在上述5个方面分别采取了有针对性的方法和措施，至少在数据的实时性方面效果更为明显，达到了用户端看见的数据基本上与现场DCS设备数据同步。
作者：hzjuxadmin
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