CN101183264A - 实时-过程历史记录-服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于具有过程信息管理系统(PIMS)和一个或者优选多个分布式处理系统(分布式控制系统DCS，14.1至14.n)的过程控制系统的实时－过程历史记录－服务器(13)。实时－过程历史记录－服务器(13)具有组合的PIMS/DCS服务器(12)和报告服务器(11)，并且构成为借助于报告服务器(11)不仅使客户端(1，5)，而且同时使DCS系统(14.1至14.n)的操作员工作台(2)能在实时条件下访问PIMS/DCS服务器(12)以及储存在其中的过程历史记录数据。

Description

实时-过程历史记录-服务器
技术领域
本发明涉及实时-过程历史记录-服务器。这种服务器适合被作为所谓的历史记录服务器使用在用于操作和监视技术过程或者技术设备的系统中。其中历史记录服务器作为用于显示操作趋势的实时数据基础。实时-过程历史记录-服务器同时也适合为企业管理层提供和管理过程信息数据。用于提供和管理过程信息数据的系统也被称作设备或过程信息管理系统，或简称为PIMS，并通常安装在过程控制系统的上一层中。它为以典型的方式在企业办公环境中实施的继续报告和细节分析建立了数据基础。
背景技术
随着多年以来借助于设备或过程信息管理系统获取、处理、存储并且应客户端或来自操作员区域的要求借助于服务器所提供的过程信息数据逐渐增加，对这种系统的数据库或历史记录存储器的要求也提高了。
在尽力争取能够更好地适应这种对设备或过程信息管理系统增加的要求方面已经提出了各种系统结构。例如在DE10243065B4中描述了一种用于操作和监视生产过程的系统，该系统具有集成的历史记录功能，同时除了用于提供和处理过程信息数据的装置之外还存在一个历史学家数据库。此处描述的系统被构建成使得操作和监视系统以及历史学家系统的特性能组合起来，其中必需的过程信息数据只被获取一次。
已知的设备或过程信息管理系统(PIMS)原则上能够排列成两组，如以下借助于在图1中所表示的设备结构所述。
在图2中示出三个结构层，即控制器层、监视和操作层(B&B)和PIMS层。在监视和操作层使操作员工作台2、实时历史记录数据库6和连通性服务器3通过网络互相连接，其中使控制器层的控制器柜4连接到连通性服务器3上。B&B层通过防火墙8与PIMS服务器7连接。在PIMS层中将作为客户端1的办公室微机通过第一数据传送装置9与PIMS服务器7连接。此外国际互联网用户5也通过第一数据传送装置9访问PIMS服务器7。PIMS服务器7以及历史记录数据库6是否都存在或者构建成什么样的结构要取决于相应的解决方案。B&B层和控制器层一起构成所谓的分布式控制系统(DCS)。
在所谓的过程信息管理方案中灵活地将可使用的过程信息管理(PIMS)服务器(7，图2)构成用于与DCS解耦的办公室区域(信息中枢)的数据干线的系统属于第一已知组。这种PIMS系统与DCS无关，并且过程信息数据取自DCS而且通常被作为压缩数据以相对小的速度传送。
这种具有PIMS服务器的系统的有利特性在于，从PIMS层的角度来看，该系统能被灵活地更改配置，例如涉及测量点历史记录的存放、删除以及操作，历史记录数据可被储存很多年，通常5至10年，可以改写/变更历史记录值，可以使大量的标准API(标准程序接口)如ADO、OLE-DB和任意的用于简单数据连接到办公室区域的Web接口供使用。
具有专门的PIMS服务器的系统的不利特性在于，由于大的数据量以及标准数据库的使用，长时间的储存大多只能用于压缩的Min数据、Max数据或者AVG数据(所谓的集合值)，只有在各个测量点的预配置的时间段内才可以改写，系统不适合用于储存原始数据，不能满足实时要求，尤其由于在写、读或者配置时可能较长或者不确定的响应时间，并且最终实验值只能用专门的表格结构输入，因而导致无法作为原始值或者作为压缩集合值进行真正的平等处理。
使专有的数据库(图2中的6)分别集成在DCS中、虽然满足DCS的实时要求、但不能像第一组的PIMS服务器那样灵活使用的系统属于第二已知组。在DCS区域，涉及在线更改配置以及其他数据库操作如在任意时间段内删除和改写局部区域的灵活性，至今为止还几乎不需要，因为所属的设备通常只被总规划地配置和启动一次。此外灵活性也很难被实施，因为专有的数据库已事先设置成使得尽可能快地采集和存储众多数据，和典型地以图形趋势的形式尽可能高性能，即将大的数据量以高速度呈现给设备操作员。
这种具有DCS专有数据库的系统的有利特性在于它是高性能的，并且在存储和读取时具有实时特性。
具有DCS专有数据库的系统的不利特性在于，它不能灵活地，或者说只能在一定限度内在线更改配置，在很短的时间间隔内提出对于PIMS的要求，它不能或者只能将很有限的数据输出到办公区域，只能实现针对DCS客户端的基本的特殊API、趋势图和图表，历史记录的改写只能是很有限的，并且实验值大多数是根本不可以输入的。
利用标准工具如SQL服务器加上特别优化的数据模型以及附加的编程代价，虽然可以将两个所述系统组的方案组合成使得两个方案的优点能被利用，但是同时与实时和性能特性相关的缺点也同样得以组合。
发明内容
以此为出发点，本发明要解决的技术问题在于提供一种实时-过程历史记-服务器，它具有两个系统组已述的有利特性的组合，但是避免了两个系统组的不利特性。
该技术问题通过具有权利要求1所述特征的实时-过程历史记录-服务器解决。本发明的有利实施方式在其他权利要求和说明书中加以说明。
利用本发明，提出一种使用于过程信息管理系统(PIMS)和优选多个而且不同并且分布式过程控制系统(Distributed ControlSystems DCS，分布式控制系统)中的实时-过程历史记录-服务器，其中实时-过程历史记录-服务器是沿办公区域方向串联的报告服务器和具有实时能力的DCS历史记录服务器的组合。实时-过程历史记录-服务器设计为，借助于报告服务器不仅使办公室客户端而且同时使DCS系统的操作员工作台能够在实时条件下访问DCS服务器以及存储在其中的过程历史记录数据。由于实时-过程历史记录-服务器被作为实时条件下历史记录服务器的特性以及附加的其他在以下加以说明的特性，作为多DCS信息中枢的按照本发明的实时-过程历史记录-服务器远远超过了已知过程信息管理数据库的特性。
附图说明
下面借助于在附图中表示的实施例对本发明及其优点以及结构加以进一步的说明。对在各个附图1和2中一致的部件用相同的参考符号标记并且不需要重新说明。
附图中：
图1表示具有按照本发明的实时-过程历史记录-服务器的设备结构，
图2表示用于说明按照现有技术的解决方法的设备结构。
具体实施方式
在图1中表示了按照本发明的实时-过程历史记录-服务器13的实例应用。从图中看出，实时-过程历史记录-服务器13可以接近地安装在典型的PIMS层和操作与监视层之间的中点。它可以简单而灵活地供两个层的装置1，2和5使用。多个都不包含历史记录数据库的DCS系统14.1至14.n通过第二数据传送装置15与实时-过程历史记录-服务器13连接。所有述及的数据传送系统9，15和16可以例如是总线系统或冗余的标准网络。通过DCS系统14.1至14.n从技术设备或者过程获取的或者输入到操作员工作台2的过程信息，通过第二数据传送装置15传送给实时-过程历史记录-服务器13，并且在该服务器上存储在组合的PIMS/DCS服务器12中。
来自PIMS层的客户端1，5以及来自监视和操作层(B&B)的操作员工作台2的报告查询通常要求巨大的资源，如CPU、存储器和硬盘。为了避免PIMS/DCS服务器12的性能减退，在实时-过程历史记录-服务器13中安置报告服务器以处理报告查询。报告查询虽然始终由报告服务器11接收并且排入报告等候队列，但只能依次地处理。等候队列可被使用者查阅。就该透明序列化的情况而言，报告服务器11与打印机在多个打印任务时相似。
借助于一些专门的技术可以将过程数据存储在标准文件系统中。为此将信号象单个分数据库那样进行处理。每一个信号分数据库在文件系统中使用一个自己的文件夹。由此使分数据库可以分布在任意数量的存储盘上。由此可以实现高性能，并可以考虑冗余度。
在PIMS/DCS服务器12的RAM中，为每个信号设置一个已供内部SQL引擎使用的短时写/读缓存器，由此使存储的值可无延迟地供客户端查询使用。
为了“硬盘友好地”清空短时缓存器，引入所谓的刷新过程(FlushProzess)。此外刷新过程单独动态地控制每个缓存器的容量。缓存器的容量根据信号速度调节，其中每单位时间具有多个值的快的信号被分配较大的短时缓存器，并且慢的信号逐渐地将其缓存提供给快的信号。刷新过程由时间和填充度控制地工作，使得只需要尽可能少的硬盘访问，或者使访问尽可能平均分配。通过这些措施在应用诸如NTFS的标准文件系统时也能达到高的读和写的效率。
作为冗余措施，数据的镜像始终立即通过特别的、服务器节点之间的冗余的网络线进行，即所有写指令的所谓的热镜像。由此作为副效应实现服务器节点之间的负载平衡，因为两个节点主动供客户端查询使用。
基于在按照本发明的实时-过程历史记录-服务器中所表示的结构和所采用的方法，实现一系列有利的特性：
可将实时-过程历史记录-服务器同时作为过程信息管理系统PIMS和作为多个不同DCS系统的DCS历史记录数据库使用。所采用的报告服务器去掉了耗费资源的报告查询，并导致重要DCS功能的实时特性。在不损害实时特性的情况下，过程历史记录服务器在涉及测量点历史记录的存放、删除或操纵时可灵活地更改配置。
在保持性能不变的同时，多年(目前通常是5至20年)的历史记录数据仍可以以原始格式提供使用。因此集合值可应以任意时间间隔参数的查询要求使用。例如在本文开头所述及的纯过程信息管理方案就不是这样，因为压缩值(例如15-分钟-MIN，MAX，AVG)被保存在原来的原始值将来不再可供使用的地方。此外，由此将来可以只有限地计算其他的集合值(以倍数为基础的，例如30-分钟值)。
简单地连接到PIMS层的办公区域(例如Excel-AddIns)也被视为有利的特性。过程历史记录服务器被作为标准过程历史记录数据库是非常有效的。在读和写时提供实时特性，决定性的是，无阻滞地通过隐藏的数据库进行内部改组。可以以任意可变的时间分辨率对历史记录数据进行改写。实验值可以按照相同的概念输入。诊断值序列可以任意地存储和改写。
实验测量顺序、诊断流程、原始数据和计算数据全部遵照统一的内部数据模型，该模型反映在简单的API(应用程序接口)中并且显著地简化了客户端应用的研发和集成。数据的储存可以由多个数据存储器分散地实现。这就导致资源分配以及因此而致的高的整体性能。此外，由此产生附加的分冗余度以及简单地集成到用户自己的可频繁使用的数据中心的可能性。
如果将描述所涉及测量值的准确测量时刻的时间戳与信号的每个实际的测量值一起储存在PIMS/DCS服务器12的数据库中，则证明是尤其有利的。以此方式来简化将来对被储存数据的分析。
如果信号的储存不是强制性地以等距的时间步长，而取决于所涉及信号的动态性进行，则证明也是有利的。由此，以较大的时间间隔储存在具有很小动态性的时间段中的信号，例如在无干扰生产运行期间在工厂里测得的几乎恒定的能量消耗，可能情况下仅以小时范围的时间间隔储存。
在其它方面，将具有高动态性的信号，例如在出现短路时测得的电源电压瞬时值的变化过程，在很小的时间间隔内以例如每秒多达1000个测量值储存，其中在该例子中通常每秒钟为1000个测量值。
按照有利的方式，高于或者低于所涉及信号的当前测量值和事先储存的测量值之间的差值，是用于将信号的新测量值储存在PIMS/DCS服务器12的数据库中的适用标准。
因为以此方式无信息损失地显著减少了在PIMS/DCS服务器12的数据库中必需的储存位置，并且数据库中的储存耗费与待储存信号的信息密度成比例。
综上所述，将按照本发明的实时-过程历史记录-服务器借助于其报告服务器设计成能同时满足过程信息管理层和过程控制层的要求。已知的构造出于下列原因不满足这些要求。过程控制系统(DCS)中的要求以实时能力为前提条件：DCS历史记录服务器因此必须能够在固定设定的时间内a)接收DCS的数据并且可供查询使用(例如最迟在1秒钟后)，以及b)在控制台查询历史记录(例如用于控制台调度室中的趋势显示)时在同样固定设定的时间之内提供该数据(例如最迟在5秒钟后)。这与PIMS系统完全相反：在过程信息管理系统中重要的不是实时要求。在此更重要的是例如办公室客户端可以灵活地产生自己的报告和分析查询(例如以Excel)。设想要对多年的数据进行分析和报告，则查询可能持续10秒钟或也可能10分钟。问题在于，在传统的“单-服务器6&-系统”中，这种长时间持续的查询将显著地延缓在这段时间期间来自过程控制系统的实时查询。因此不再能保证在DCS区域的实时能力。在按照本发明的方法中，具有等候队列的串联的报告服务器是导致解耦并继而保证沿DCS方向的实时能力的重要元件。不是沿P IMS方向。这种构造的附加效应是，在DCS级层的操作员客户端也能够附加地利用报告服务器的优点。因为操作员客户端也可以在DCS级层调用(大多在办公室区域)预配置的报告，而同时不干扰与实时关系重大的部分。

Claims (11)

1.一种用于具有过程信息管理系统(PIMS)和一个或者优选多个分布式处理系统(分布式控制系统DCS，14.1-14.n)的过程控制系统的实时-过程历史记录-服务器(13)，其中实时-过程历史记录-服务器(13)具有组合的PIMS/DCS服务器(12)和报告服务器(11)，并且被设计成借助于报告服务器(11)不仅使客户端(1，5)，而且同时使DCS系统(14.1-14.n)的操作员工作台(2)能在实时条件下访问PIMS/DCS服务器(12)以及储存在其中的过程历史记录数据。
2.如权利要求1所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，所述客户端(1，5)是PIMS区域的办公室个人计算机(1)和/或国际互联网用户(5)。
3.如权利要求1或2所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，所述客户端(1，5)通过第一数据传送装置(9)和防火墙(8)与服务器(13)连接。
4.如上述权利要求中任一项所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，所述DCS系统(14.1-14.n)通过第二数据传送系统(15)与所述服务器(13)连接。
5.如上述权利要求中任一项所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，所述PIMS/DCS服务器(12)构成为将信号作为分数据库来处理，并且每个信号分数据库在所述PIMS/DCS服务器的文件系统中使用一个自己的文件夹。
6.如权利要求5所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，所述PIMS/DCS服务器(12)包含RAM，在该RAM中将用于每个信号的短时写/读缓存器构成为使得其容量可动态地改变。
7.如权利要求6所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，同样构成的SQL引擎能访问在PIMS/DCS服务器(12)中构成的缓冲存储器。
8.如权利要求6或7所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，所述PIMS/DCS服务器(12)构成为借助于刷新过程控制短时缓存器的清空，并且根据相应的信号速度控制短时写/读缓存器容量的动态匹配。
9.如权利要求6或7所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，所述报告服务器(11)构成为总是接收客户端(1，5)或操作员工作台(2)的查询，将该查询排入等候队列并依次处理。
10.如上述权利要求中任一项所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，对信号的每个被储存的测量值附带地在PIMS/DCS服务器(12)的数据库中储存一个时间戳。
11.如权利要求10所述的实时-过程历史记录-服务器(13)，其特征在于，高于或低于所涉及信号的当前测量值与事先储存的测量值之间的差值，被作为信号新测量值的储存标准。
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