油田OPC規(guī)范的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享技術(shù)研究

霍鳳財(cái) 任偉建 高 維 高 妍 江 聲

(1.東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司采氣分公司，黑龍江 大慶 163514；3.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司，黑龍江 大慶 163453)

OPC(OLE for Process Control)是工業(yè)界最先進(jìn)的資料交換標(biāo)準(zhǔn)[1]。基于OPC規(guī)范，通過建立通信規(guī)則框架信息庫并采用有效的實(shí)時(shí)處理策略，設(shè)計(jì)開發(fā)具有較強(qiáng)通用性、面向過程數(shù)據(jù)通信的OPC中間數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)[2]。通過該數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲得最新的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，安全、可靠地對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制[3,4]。鑒于以上原因，有必要將油田生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與企業(yè)管理數(shù)據(jù)庫進(jìn)行無縫整合，形成統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，這是油田信息化建設(shè)的發(fā)展趨勢。

油田OPC規(guī)范的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享技術(shù)的研究是在油田站庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，雖然站庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的提取和顯示，但是該系統(tǒng)是在組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的，若要在其他應(yīng)用系統(tǒng)顯示或提取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)就很難做到。在這種狀況下，為了擴(kuò)展實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍和廣度，將OPC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口程序封裝成動(dòng)態(tài)鏈接庫，實(shí)現(xiàn)第三方軟件的接口應(yīng)用，油田OPC規(guī)范的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享的關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)運(yùn)而生，本技術(shù)的研究可實(shí)現(xiàn)大量用戶訪問實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

1 技術(shù)開發(fā)框架①

應(yīng)用OPC規(guī)范解析技術(shù)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)和訪問方式進(jìn)行分別處理。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要及時(shí)更新，對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的訪問次數(shù)較多，因此在中間服務(wù)器上采用預(yù)先讀取進(jìn)行緩存的方式，對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫訪問的壓力在時(shí)間上均勻分開，減少集中訪問造成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫過大的壓力。

圖1所示為OPC技術(shù)開發(fā)架構(gòu)，其中利用通信協(xié)議和API函數(shù)讀取數(shù)據(jù)是將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的信息讀取到中間服務(wù)器中去，利用通信協(xié)議和IP配置獲取數(shù)據(jù)是將XML中的點(diǎn)位表信息獲取到中間服務(wù)器緩存中，從而傳輸?shù)娇蛻舳诉M(jìn)行顯示。

圖1 OPC技術(shù)開發(fā)架構(gòu)

2 技術(shù)流程

結(jié)合油田OPC規(guī)范實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，并按照生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取的流程進(jìn)行整理，總結(jié)出如圖2所示的技術(shù)解決流程。按照該流程逐步解決每部分的關(guān)鍵點(diǎn)，從而完成具有OPC規(guī)范的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享技術(shù)的研究。

圖2 技術(shù)解決流程

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 OPC接口規(guī)范解析技術(shù)

目前讀取油田OPC規(guī)范的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有兩種形式，一種是利用API函數(shù)直接從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)；另一種是通過OPC讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。利用API函數(shù)直接從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，通過OCX封裝的API函數(shù)同步讀寫站庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中滿足OPC規(guī)范的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而通過OPC讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是利用現(xiàn)有的OPC接口完成數(shù)據(jù)的傳輸，主要包括OPC客戶端和OPC服務(wù)器。筆者應(yīng)用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫由于沒有OPC,只有符合OPC規(guī)范的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的讀取主要采用API函數(shù)對符合OPC規(guī)范的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，分析規(guī)范，完成數(shù)據(jù)訪問，具體步驟為：

a. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問控件OCX。OCX控件在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載到運(yùn)行環(huán)境中，接口可以訪問。主要接口包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)接口的讀取。

b. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取處理方法。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取的頻率較高，對服務(wù)器造成很大的壓力，所以采用預(yù)先讀取然后內(nèi)存緩存的方式進(jìn)行處理。

c. 客戶端與服務(wù)端的數(shù)據(jù)交互。

3.2 多線程訪問技術(shù)

線程是程序中一個(gè)單一的順序控制流程，在單個(gè)程序中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)線程完成不同的工作,稱為多線程。使用線程可以把占據(jù)時(shí)間長的程序中的任務(wù)放到后臺(tái)去處理，程序的運(yùn)行速度可以加快。在一些等待的任務(wù)實(shí)現(xiàn)上如文件讀寫及網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)等，線程比較實(shí)用。在這種情況下可以釋放一些珍貴的資源如內(nèi)存等。圖3就是多線程技術(shù)應(yīng)用于中間數(shù)據(jù)服務(wù)器，利用多線程技術(shù)在同一個(gè)中間服務(wù)器中，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中同時(shí)獲取不同類型的數(shù)據(jù)。不同的訪問客戶端采用多線程響應(yīng)，提高讀取速度。每個(gè)客戶端通過IP和端口登錄服務(wù)器，服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)的認(rèn)證后，啟動(dòng)數(shù)據(jù)線程為該客戶端進(jìn)行服務(wù)。

圖3 多線程訪問技術(shù)應(yīng)用在中間數(shù)據(jù)服務(wù)器

3.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)緩存技術(shù)

緩存技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)置緩存依賴項(xiàng)，也就是保證當(dāng)緩存失效時(shí)盡可能立刻清除緩存。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是不斷更新且無規(guī)律的，因此緩存這些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)就需要?jiǎng)討B(tài)緩存技術(shù)。動(dòng)態(tài)緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)是實(shí)時(shí)獲取變化的數(shù)據(jù)，但不是全部獲取，而是只獲取單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，這樣不斷地更新單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，就做到了部分動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的緩存，這樣在客戶端發(fā)出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請求時(shí)，直接將這個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)提取。

3.4 數(shù)據(jù)異常實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

異常實(shí)時(shí)監(jiān)控主要是針對多個(gè)檢測點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的超限報(bào)警監(jiān)控，如罐液位高于高限液位、低于低限液位、壓力溫度超過限值以及流量大于高限小于低限等。對于罐液位而言，每個(gè)罐都有液位傳感器監(jiān)控液位，當(dāng)出現(xiàn)超限情況，就會(huì)報(bào)警，將超限的時(shí)間、位置、檢測點(diǎn)名稱、報(bào)警類型、當(dāng)前超限值及限值等信息全都存儲(chǔ)進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。為了提取這些報(bào)警信息，運(yùn)用數(shù)據(jù)異常實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，中間數(shù)據(jù)庫獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的報(bào)警數(shù)據(jù)，并緩存到中間數(shù)據(jù)庫。客戶端則通過Socket通信，向中間數(shù)據(jù)庫發(fā)送報(bào)警信息的請求，中間數(shù)據(jù)庫接收到請求就會(huì)根據(jù)請求條件將符合條件的報(bào)警信息以字符串流形式發(fā)送給客戶端，這樣客戶端將獲取的報(bào)警信息字符串分割提取，再存儲(chǔ)進(jìn)入Table表格中，這樣就實(shí)現(xiàn)了以報(bào)表的形式顯示的報(bào)警信息。對于壓力、溫度及流量等類型的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，監(jiān)控和警報(bào)都與罐液位相似，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控，將出現(xiàn)報(bào)警監(jiān)控點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，客戶端通過中間數(shù)據(jù)庫獲取對應(yīng)的超限報(bào)警數(shù)據(jù)。圖4為通過異常監(jiān)控，提取某聯(lián)合站各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)超限報(bào)警，便提取該報(bào)警點(diǎn)的說明、位置、類型、時(shí)間、數(shù)值及限值等，并以報(bào)表的形式呈現(xiàn)。

圖4 實(shí)時(shí)數(shù)的提取匯總

3.5 AJAX異步刷新與定時(shí)器結(jié)合的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)技術(shù)

在客戶端中利用AJAX異步刷新和定時(shí)器綜合應(yīng)用的方式定時(shí)向中間服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求并獲取數(shù)據(jù)。應(yīng)用AJAX異步刷新向中間服務(wù)器發(fā)送并提取所請求的數(shù)據(jù)，使用SOAP或其他一些基于XML的Web Service接口，并在客戶端采用JavaScript處理來自服務(wù)器的響應(yīng)。因此在中間服務(wù)器和瀏覽器之間數(shù)據(jù)交換量大大減少，響應(yīng)速度大大提升。圖5是針對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同方式的呈現(xiàn)，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)加載和實(shí)時(shí)更新。

圖5 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)

4 結(jié)束語

油田OPC規(guī)范的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享技術(shù)研究的完成，將充分利用信息資源為生產(chǎn)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)客戶端實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享能力，減少傳統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取的復(fù)雜性和滯后性，使生產(chǎn)單位和信息匯總部門能及時(shí)獲取實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，方便對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總上報(bào)。該技術(shù)的研究在增加了訪問用戶數(shù)量的同時(shí)，還保證了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和中間數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性，確保處理數(shù)據(jù)請求速率的提升。