以CORBA為支撐的分布式多DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用分析與研究

摘 要：數(shù)據(jù)在現(xiàn)代社會(huì)各領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，由于數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是實(shí)時(shí)的、多元化的，其收集工作也因此較為困難。基于此，本文研究以CORBA為支撐的分布式多DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及其應(yīng)用，給出系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、核心技術(shù)，之后簡(jiǎn)述此前CORBA下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的問(wèn)題，最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)的方式，論證新系統(tǒng)在工作能力方面的優(yōu)勢(shì)，以期通過(guò)分析明晰理論，為后續(xù)工作提供必要參考。

關(guān)鍵詞：CORBA;DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);CAN總線系統(tǒng);通信信道

為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效收集和處理，DCS（Distributed Control System）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到重視，該系統(tǒng)在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。以CORBA（公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu);Common Object Request Broker Architecture）技術(shù)為依托，DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取了工作能力上的進(jìn)一步提升，可應(yīng)對(duì)此前數(shù)據(jù)收集中的實(shí)際問(wèn)題。本文就CORBA技術(shù)下分布式多DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1 以CORBA為支撐的分布式多DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架

1.1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

CORBA技術(shù)作為依托，分布式多DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取了工作的集成化平臺(tái)，以及更為明確的總體架構(gòu)。新的系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)獨(dú)立工作和獨(dú)立控制，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括信息采集終端、加工系統(tǒng)、存儲(chǔ)終端、通信結(jié)構(gòu)等。信息采集終端的類別、形式是多樣化的，主要取決于系統(tǒng)面向的對(duì)象，如系統(tǒng)服務(wù)于公共場(chǎng)所，信息采集可依賴監(jiān)控設(shè)備，也可以通過(guò)用戶鍵入的方式生成信息。加工系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)收集所獲信息進(jìn)行初步處理，如數(shù)字化處理、分類等。存儲(chǔ)終端主要負(fù)責(zé)對(duì)加工后的信息進(jìn)行緩存，使信息累積成為資料庫(kù)。通信結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)信息之間的交互、傳輸，如用戶發(fā)出了“采集數(shù)據(jù)”信息，借助DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行傳輸、反饋，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)用功能。[1]

1.2 系統(tǒng)核心技術(shù)

以CORBA為支撐的分布式多DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要借助集成技術(shù)、CAN總線技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)作為基本技術(shù)，另以數(shù)字化技術(shù)、硬件技術(shù)等作為輔助，生成完整的工作系統(tǒng)。集成技術(shù)強(qiáng)調(diào)將DCS技術(shù)和CORBA通過(guò)連接線路、電子芯片等完成組合，使其滿足PLC意義上的工作要求，形成一個(gè)新的工作體系。[2]CAN總線技術(shù)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同終端信息的異道傳輸，以免信息之間出現(xiàn)互擾問(wèn)題。智能技術(shù)強(qiáng)調(diào)以默認(rèn)程序支持系統(tǒng)的流程化作業(yè)，包括信息采集的對(duì)象、傳輸間隔、處理方法等。通信技術(shù)取有線通信方式，以降低與周圍環(huán)境的互擾。其他輔助技術(shù)結(jié)合系統(tǒng)工作需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 此前CORBA下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的問(wèn)題

2.1 擁堵和互擾

早期的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)也會(huì)借助CORRA技術(shù)，但當(dāng)時(shí)缺乏DCS技術(shù)、CAN總線技術(shù)等作為支持，數(shù)據(jù)采集面臨擁堵、信號(hào)互擾、信號(hào)類別多樣等問(wèn)題。如冶煉企業(yè)的信息采集，在工作壓力較大的情況下，多樣化的信息同步產(chǎn)生，這些信息在相同或者相近的時(shí)間里同時(shí)向采集系統(tǒng)傳輸，必然導(dǎo)致信道擁堵、多樣信號(hào)讀取困難問(wèn)題。而且無(wú)論采用有線通信技術(shù)還是無(wú)線通信技術(shù)，都面臨明顯的信號(hào)互擾，導(dǎo)致信息難以讀取或者失真情況，采集所獲信息價(jià)值有限。[3]

2.2 信息交互的延遲

與簡(jiǎn)單的信息存儲(chǔ)不同，CORRA技術(shù)強(qiáng)調(diào)面向用戶提供服務(wù)，這對(duì)系統(tǒng)的交互能力提出了明確要求。如前文所述，早期的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往面臨信道擁堵、信號(hào)互擾問(wèn)題，這些情況直接降低了系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的能力。與此同時(shí)，早期的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和交互系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的集成，兩項(xiàng)工作是割裂的，當(dāng)管理一端完成了信息的收集后，首先要集中進(jìn)行加工分析，在結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行反饋，效率不足、延遲明顯。DCS技術(shù)的出現(xiàn)，一定程度上解決了集中處理信息效率低下的弊端，但沒(méi)有根本改善信息延遲的問(wèn)題。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)工作流程

在本次設(shè)計(jì)方案下，CAN總線系統(tǒng)以及其他連接線路完成對(duì)CORBA技術(shù)以及DCS技術(shù)的物理融合，生成可以直接面向?qū)ο蟮墓ぷ骺蚣堋Ｔ谠摽蚣芟拢脩翩I入的信息、執(zhí)行結(jié)構(gòu)自行獲取的信息，以固定間隔持續(xù)通過(guò)有線通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，首先傳輸至DCS技術(shù)下獨(dú)立工作的控制終端進(jìn)行初步的處理和識(shí)別，一些具有特殊性的信息（默認(rèn)DCS技術(shù)下獨(dú)立終端無(wú)法處理），則借助CAN總線系統(tǒng)傳輸給上一級(jí)控制終端，該過(guò)程借助PLC邏輯控制器進(jìn)行，是自動(dòng)化、規(guī)范化的，無(wú)需人員干預(yù)。CORBA技術(shù)提供的多個(gè)公共接口、應(yīng)用接口，保證了DCS面向的工作對(duì)象是多元化可擴(kuò)展的，具體接口數(shù)則結(jié)合工作需要確定。所有獨(dú)立工作的DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都可以自行存儲(chǔ)一般性數(shù)據(jù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果

模擬對(duì)象為S冶煉企業(yè)，對(duì)其高爐、噴吹系統(tǒng)等工作結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接監(jiān)控，要求了解對(duì)象的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，以便發(fā)現(xiàn)異常，同時(shí)記錄對(duì)象常規(guī)工作狀態(tài)下的基本信息，用于后續(xù)工作優(yōu)化。以上文（1.1、3.1）所述為基礎(chǔ)，建設(shè)以CORBA為支撐的分布式多DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。企業(yè)冶煉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

冶煉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

模擬實(shí)驗(yàn)的主要觀察指標(biāo)為系統(tǒng)收集所獲數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以及能否在非人員干預(yù)的情況下完成信息的自動(dòng)化積累。其中數(shù)據(jù)精確性以歷次實(shí)驗(yàn)所獲結(jié)果的均差進(jìn)行檢查，均差越大表明數(shù)據(jù)精確性越差。實(shí)驗(yàn)擬采用參數(shù)模擬法進(jìn)行，收集S冶煉企業(yè)噴吹系統(tǒng)基本信息建立模型，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中調(diào)整工作負(fù)荷，由系統(tǒng)進(jìn)行噴吹系統(tǒng)和熱風(fēng)爐參數(shù)的收集，且設(shè)備額定工作值為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。另收集S冶煉企業(yè)噴吹系統(tǒng)默認(rèn)工作系統(tǒng)的積累數(shù)據(jù)作為參照。以S表示噴吹系統(tǒng)的參數(shù)，以X表示熱風(fēng)爐參數(shù)，二者均差的計(jì)算公式分別為：

S均差=【[S最大值-（S1+S2……+S40）/50]+[S最小值-（S1+S2……+S40）/40]】/2

X均差=【[X最大值-（X1+X2……+X40）/50]+[X最小值-（X1+X2……+X40）/40]】/2

實(shí)驗(yàn)共分為兩個(gè)階段，第一階段為噴吹系統(tǒng)參數(shù)實(shí)驗(yàn)階段，共進(jìn)行40次實(shí)驗(yàn)，調(diào)整模型中的工作負(fù)荷，使冶煉系統(tǒng)的負(fù)荷異常增加/降低，對(duì)系統(tǒng)收集的噴吹系統(tǒng)實(shí)際工作值進(jìn)行加工，并了解系統(tǒng)是否完成了信息的自動(dòng)化累積。第二階段為熱風(fēng)爐參數(shù)實(shí)驗(yàn)階段，共進(jìn)行40次實(shí)驗(yàn)，在電流和電壓不變的情況下，調(diào)整模型中的工作負(fù)荷，使冶煉系統(tǒng)的負(fù)荷異常增加/降低，對(duì)系統(tǒng)收集的熱風(fēng)爐實(shí)際工作值進(jìn)行加工，并了解系統(tǒng)是否完成了信息的自動(dòng)化累積。完成實(shí)驗(yàn)后計(jì)算方差，與S冶煉企業(yè)默認(rèn)工作系統(tǒng)的積累數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。如果如下表：

從結(jié)果上看，實(shí)驗(yàn)組的均差為0.009，明顯低于默認(rèn)組的0.318，且完成了100次數(shù)據(jù)的自動(dòng)累積。這表明，在本次設(shè)計(jì)方案中，以CORBA為支撐的分布式多DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠面向?qū)ο笸瓿尚畔⑹占⒂涗浐妥詣?dòng)累積，具有較為理想使用價(jià)值。需要注意的是，本次實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行模擬的過(guò)程中，為獲取帶有結(jié)構(gòu)化特征的理論結(jié)果，沒(méi)有考慮冶煉企業(yè)的工作環(huán)境、金屬設(shè)備和原料等對(duì)通信作業(yè)的影響，因此實(shí)驗(yàn)所獲結(jié)果帶有一定的誤差。在實(shí)際工作中，依然需要考慮系統(tǒng)作業(yè)的其他影響因素，明確所有的約束條件，之后計(jì)算其影響系數(shù)，以獲取更加可信的參數(shù)值。

4 總結(jié)

綜上，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值更為注重，CORBA技術(shù)以及DCS技術(shù)的融合也因此成為大勢(shì)所趨。框架上看，二者強(qiáng)調(diào)的是獨(dú)立工作和獨(dú)立控制，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括信息采集終端、加工系統(tǒng)、存儲(chǔ)終端、通信結(jié)構(gòu)等。此前CORBA下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往面對(duì)擁堵、互擾、多樣信號(hào)讀取困難等問(wèn)題，借助模擬實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，在新框架的支持下上述問(wèn)題得到了應(yīng)對(duì)，可作為參考推廣于后續(xù)工作中。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：姜穎（1980-），女，吉林樺甸人，本科，工程師。