内容概要：本文介绍了企业实时历史数据库产生的背景；以及以Intellution的iHistorian为例，从数据采集；存储和管理以及数据的使用和发布几个方面介绍了实时历史数据库分布式的技术结构。并且针对实时历史数据的实施步骤提出了建议。
1.前言
目前在生产信息化建设中，与ERP巨大的投入相比，它的回报率让人担忧。在ERP所关注的各项资源中，生产过程信息作为非常重要的资源不能连续自动地反映在企业管理系统中。为了不断地提高生产流程的OEE(Overall Equipment Effectiveness 全面装备效率)和KPI(Key Performance Indicator 关键绩效指标)，就要求生产管理系统能够根据生产过程的实时信息快速生成管理决策——不是在一天内，而是在一小时、一分钟、甚至是几秒钟之内（例如电厂的SIS系统）。生成生产管理决策的数据不仅仅来源于单一生产装置，而是来自于整条生产线的、全厂级的甚至是跨地域、跨时区的协作制造平台的。
由于生产装置和生产线控制系统规模大小不一（单一控制系统从几十个I/O到几千个I/O）、控制网络结构复杂、与管理网络的接口能力各有高低（软件的接口和硬件的接口），利用实时历史数据库，可以快速高效地从生产线的控制系统中直接取得第一手现场实时历史数据，并且利用先进的数据库技术完成海量数据的高效压缩和安全存储，为建立其他实时生产管理系统（如生产成本动态跟踪系统、生产实时调度系统、设备故障诊断、经济运行、产能优化、质量管理、生产过程可视化等）提供各种在线（如产量、温度、流量）或离线（配方、质量分析、实验数据）的过程数据。
作为连接企业管理系统和过程控制系统的桥梁，实时历史数据库用于高速采集归档和发布企业级现场生产过程海量实时信息，为建立生产调度系统、能源管理系统质量管理系统、设备故障诊断系统提供直接连续的生产过程数据基础。根据企业的要求和条件，厂级生产过程实时历史数据的集成需要遵循以下基本原则：
采集现场数据尽可能的完整、高速；数据存储成本尽可能低；
过程数据面向应用开放、面向ERP开放、面向企业其他管理系统开放；
原有的控制系统以及工艺流程不能做过大的改动，而且要对新上的控制系统留有接口；
学习周期短，维护以及实施便捷
工厂智能信息集成应保证控制网络和企业骨干网的安全性，客户端对数据库的采集存储等配置和操作应该受到权限管理并且可以跟踪。
包括如下几个部分：
接口站（OPC采集器、FIX采集器、iFIX采集器、其他采集器）；数据库（数据采集；存储和管理）；客户端应用；与ERP和其他管理信息系统的接口。
2.生产过程信息集成的实施步骤
下面以钢厂为例，介绍一下实时历史数据库和工厂智能信息集成的实施过程。由于钢厂的生产工艺复杂（炉料、烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢、精轧、动力、配套电厂、试验、计量等），控制系统结构复杂，传统的方式和手段难以将过程数据实时上传到ERP或者生产管理系统。企业希望通过工厂智能信息集成来突破现有系统的瓶颈。
在企业级的集成方案中，根据原有的网络分布，我们把生产位置相对比较集中的工艺环节的过程数据通过一个历史数据库集成起来,该数据库采集对应控制系统的历史数据。如2：铁前区数据中心；铁后区数据中心；动力区数据中心。由于iHistorian是分布式的布局，生产管理指挥中心的客户端应用的数据源可以同时来自于多个数据库服务器。也可以根据具体情况只在生产指挥中心中布建一台iHistorian数据库服务器。
系统拓扑结构：接口站部分
由于现场控制系统种类繁多，所以iHistorian提供如下方案来集成来自多种控制网络和协议的实时历史数据：
对于上位HMI节点能够提供OPC Server数据源的控制系统，在其上位机HMI节点中利用OPC采集器采集实时数据（扫描周期最快为100ms），并发送到iHistorian数据库中。
对于上位HMI节点不能提供OPC数据源，可以使用iFIX软件建立接口站，因为：
iFIX是开放的自动化监控软件，支持几百种工业协议，近千种工业控制设备。企业中经常使用的PLC,DCS如西门子、AB、GE、OMRON、Honeywell、恒河等均可以通过iFIX来做实时数据采集。iFIX采集器直接提取iFIX的实时数据，并发送到iHistorian数据库中。
如果硬件控制器与上位计算机的通讯协议是开放的，则可以通过相应开发工具来定制OPC Server,然后利用OPC采集器采集实时数据，并发送到iHistorian数据库中。
对于协议即不开放，又无法提供OPC数据源，而且无法通过iFIX采集现场数据，则可以在其上位机的脚本中把过程数据写到*.CSV(逗号分隔)和*.XML(扩展标记语言)文件中，然后利用文件采集器把纪录在CSV和XML中过程数据采集到实时历史数据库中。
根据上面的分析，这里我们以烧结厂，烧结料场为例，提供如下的集成方案：
方案一：利用iFIX建立一个接口站，同时扩展原控制网络ControlNet和DH+，然后利用该接口站中的iFIX采集器（iFIX Collector）给iHistorian提供过程实时数据。
方案二：原有的RSView32可以作为OPC Server，所以可以直接将OPC采集器（OPC Collector）放在四台RSView32上位机中给iHistorian采集过程实时数据。与上个方案相比，这个方案的集成工作量很少。
4.系统拓扑结构：实时历史数据库部分
实时历史数据库iHistorian是整个集成过程的核心，利用先进的技术特性实现对海量过程数据的高效经济存储：
分布式数据采集：同时采集网络上的多个接口站（控制系统）的数据。采集数据类型包括字符串、浮点数、整形数、BLOBS (Binary Large Objects二进制对象)、文件等丰富的数据类型。记录的内容包括过程值、时间戳、质量位、标签名等信息。
可采集无限数据标签：每一台iHistorian服务器部能在不牺牲效能上采集100,000不同的数据点。通过扩展采集服务器可以采集不限的数据点。
毫秒级的数据采集速率和历史数据分辨率：iHistorian在采集及储存信息上具备极佳的效能，每秒处理20,000个以上数据的储存及20，000个以上数据的回取。iHistorian数据库服务器可以与多个采集器进行时钟同步。
强力的数据压缩：利用死区压缩和变化率压缩等技术，iHistorian可以在不影响性能的情况下，单台服务器可自动平衡负载采集十万个数据点，且具备利用最小的数据记录文件提供很好的数据回取能力。数据采集压缩的死区和数据存储的变化率压缩率可以由管理人员自由配置。
与iFIX完全集成：iHistorian的构造支持丰富的客户端可视化选件，其中包含了iFIX自动化软件。利用标准的iFIX图形对象显示及分析来自多个iHistorian服务器的数据，而且可以由iFIX的客户端软件iClient内含的MS VBA直接调用iHistorian COM-based的API接口取回数据进行处理。
真正瘦(Thin)客户端的管理：管理员根据相应的安全许可就可利用IE浏览器通过Internet/Intranet远程管理iHistorian服务器,如：组态配置数据标签、采集器、数据归档文件并且监视系统状态、性能指示、警报及消息等。
简单的组态：在iHistorian中，用户可以批量自动捕捉数据源标签，批量组态数据标签历史纪录的配置（如采集速度，前缀，描述等）。这个非常有特色的功能可以帮助集成人员和使用者极大地减少数据手工录入的工作并在极短时间内就可以建立起企业级的生产数据中心。
开放式的数据访问：iHistorian历史数据平台巨大的价值不仅在于他所采集的数据值，他还可以提供多种方式访问及查看数据。使用者可以通过Intellution的iFIX、ODBC、Excel Add-in、Web-based的客户端来存取iHistorian的数据，从根本上完成对生产过程历史数据的分析。iHistorian提供的API接口函数让也可以让使用者通过Visual Basic、VBA、C++、J++等建立个性化的客户端应用来访问实时历史数据。
前端缓存：当前端采集器与iHistorian数据库数据通讯链路终断后会将过程数据暂存在本地的缓存区中，当通讯恢复后，采集器将这些数据按照时间标签恢复到历史数据库文件中。以免数据丢失。
5.系统结构：客户端解决方案
利用iHistorian的分布式的体系结构，在同一个客户端应用（如同一张报表；同一个趋势图）中里查询显示甚至计算来自多个实时历史数据库服务器的数据。同一个实时历史数据库服务器的数据可以同时为多个客户端所查询和应用。针对具体需求，可以规划客户端应用如下：
实时历史数据的查询显示；趋势曲线的查询显示，曲线和数据的组合与比较；
实时历史分析和计算：计算生产数据(最小、最大、平均、标准差、总合、表列计数值,布尔等函数计算)，并将计算结果生成报表；
实时画面和数据监视、历史画面和历史工况再现。
另外，还有一些专门的解决方案，如iDowntime-设备故障诊断专家系统可以结合历史数据，通过生产装置故障的数学模型、故障原因模型等来在线分析跟踪生产线故障情况，利用分析的报表来减少以外检修时间，指导生产线的维修和维护。
因为iHistorian提供开放的API数据接口，所以用户可以自行开发个性化的客户端应用。
6.实时历史数据库与管理数据库的关系
在没有iHistorian的情况下，类似于将所有的生产过程数据全部传递或者备份到普通关系型数据库中的工作可以所实现起来比较困难，除了有大量的编程的工作以外，随着数据存储量的增加，数据回取速度和应用效率会明显降低。与普通关系型数据库比较，实时历史数据库具有如下特性使其在处理连续的过程数据时具有非常明显的优势：
另外，使用实时历史数据库与使用普通关系性数据库并不矛盾，这是因为：
依据实时数据库建立起的MES是连接过程控制系统和管理系统的桥梁；
良好的实时数据库平台会让建立在关系性数据库上的ERP和管理信息系统等充分利用实时在线的生产信息，并且充分保障企业ERP/IT的投资。
7.总结
商业流程管理与生产过程的自动化控制紧密衔接已经成为综合自动化的非常具有代表性的形态和发展方向。通过MES的链接和优化，制造商的生产系统才能够针对用户要求做出足够灵活的反应且将用户要求自动转换成相应产品。从长远的角度来看，MES层是电子商务必不可少的基础，而实时历史数据库更是基础的基础。
实时数据库的建设可以统一规划分布实施，可以按照如下步骤来集成厂级生产数据：
1. 原控制系统调研（种类、分布、规模、接口等），接口站改造和升级（HMI软件、控制网络接口等）；
2. 骨干网络建设；
3. 实时数据库组态与数据集成；
4. 客户端应用的规划和实施。
充分地利用世界先进的自动化软件技术，结合先进的集成手段，可以进一步提高中国制造业生产过程的自动控制水平和生产管理的信息化水平，并且增强中国制造业的国际竞争力。