引言
随着现场总线仪表的发展以及人们对现场设备要求的提高，现场总线设备管理这一概念应运而生。现场总线设备管理系统充分发挥了现场设备的各种智能功能和信息的作用，使设备的管理和维护变得可以预测。目前，国际各大公司针对HART、FF和Profibus开发了各自的管理平台，并得到了大量的应用。
分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)是关系到企业生产命脉的大型控制系统，它的运行状况以及前期的购买和后期的维护更换与企业生产息息相关。随着生产管理要求的提高，人们的视线也渐渐从控制系统提供的控制信息上慢慢转移到非控制信息。与现场总线设备管理不同的是，DCS系统的设备管理除了预测性维护必不可少外，对整个系统设备的全生命周期管理尤为重要。设备的购置、维修、状态、版本、负荷等信息，需要一个统一的方式进行管理。但由于早期设备的智能化程度较低、部件多、管理难度较大，目前国内DCS设备管理仍处于空白。设备的状态、能力、负荷等动态信息得不到反馈；设备的购置、维修、报废等生命信息得不到管理；大量数据也是用手工方式进行处理，费时费力。
针对分布式控制系统的IS0 10303(STEP)规范将DCS定义为一种产品，并指出在ISO 10303(STEP)中记述的所有的方法和底层结构都是可以获得的。这样，描述DCS的问题就转化为描述在整个产品生命周期应用ISO 10303标准和STEP中的底层结构所能处理的产品数据的问题。虽然规范离实际整体上的应用尚存在距离，但本文结合DCS系统的现状进行了大胆尝试，首次提出DCS全生命周期设备管理方案，设计DCS设备管理功能、开发设备管理平台，把系统各部分包括加、通信模块、主控制器、工业交换机、操作站、服务器等的管理融合起来，形成统一的管理信息数据库。该方案已经在国内领先的SUPCON WebField系列控制系统之一ECS一700系统上得到实际应用。
1 DCS设备管理系统的功能设计
图1设备管理功能不意图
在设计设备管理系统时，充分考虑了与其他系统的信息交互与集成，以实现企业级的设备资源共享，如图1。根据DCS系统自身特点和管理需求，将DCS设备管理划分为4个部分：设备信息管理、设备状态管理、综合查询／统计分析以及日志报表管理，其中：
（1）设备信息管理包括设备前期管理和操作管理。设备前期管理信息是指设备制造信息，主要包括设备类型、制造日期、制造商、预期寿命、软硬件版本等在设备出厂前就已经存在的信息。本设计可以统一提取这些前期记录，整理归类、集中管理。设备操作管理信息主要是设备运行时工作人员的操作记录，包括I／O的冗余切换、标定记录，操作点的登录记录，设备的维修记录等。本系统支持相关工作人员录入信息并自动保存所有记录。在DCS系统中，一切的基础都来自I／O模块的信息采集，其种类型号多、版本多、部件数量多、故障相对比例高，因此本系统亦支持I／O模块的切换、标定等操作。
(2)设备状态管理包括运行状态监测、故障诊断及预测性维护。根据设备重要性、监控系统已有能力及现有通信线路带宽条件，运行状态监测主要集中在主控制器和整个网络环境的实时监控。
通过采集各设备的故障诊断信息，本系统能够及时、准确定位故障点，全面掌握系统故障状况、事故波及范围；分析、比较故障记录，列出故障原因，便于故障查找和前摄性维护。
(3)综合查询／统计分析：管理人员及工程师可以以时间、设备类型、操作员等查询条件对统一数据库的数据进行检索分析，为相关决策提供数据支持。
(4)日志报表管理：设备管理需要大量的报表输出，本系统可以对各类数据统计处理生成各种统计方式的报表，并完成打印和管理功能。
由此看出，从设备出厂前的信息记录包括其基本属性、技术属性、能力属性，到设备使用中的负荷变化、寿命状态、故障更换等状态属性以及设备维护日志，基于统一的系统数据库，本文设备管理能够贯穿DCS产品的整个生命周期。
2 DCS设备管理系统设计
2．1系统总体结构设计
图2 DCS设备管理系统总体结构示意图
系统总体结构如图2所示，采用B／S和C／S相结合模式，特点互补。信息发布采用B／S模式，保持了瘦客户端的优点，可供企业网用户浏览、查询设备管理信息；过程实时数据实现采用C／S模式，交互性强、速度快、安全性高，可供工程师完成复杂操作。
相对于使用范围最广的AMS设备管理系统客户端与通信服务器绑定的结构，本设计的C／S模式将客户端、数据服务器、通信服务器全部分离。优点如下：
(1)客户端与服务器分离，系统升级时，客户端不变、前台不动。
(2)通信服务器有很多种协议，运行模式各不相同。而数据服务器是系统的核心，整个系统只有一个数据服务器。为了使通信服务器的改变尽量少影响到数据服务器，本设计将两者分离。
(3)本设计中一个客户端可以远程调用通信服务器、配置自由。而AMS客户端与通信服务器绑定的结构限制了配置。
设备管理数据服务器通过信息网与通信服务器连接。主要负责通信服务器的管理、数据采集、响应客户端数据读取请求，同步系统组态服务器组态内容。设备管理通信服务器架设在独立的主机或者工程师站上，通信服务器的管理范围可以是任意控制域内的任意的控制站的集合。设备管理客户端通过数据服务器下发设备管理命令，读取征订范围内的设备数据。OPC服务器连接到数据服务器，获得所有DCS设备的实时运行数据和管理信息，将设备管理综合信息数据库按0PC Data Access 2．O标准对外开放。在此基础上建立WEB服务器，企业管理网上的远程客户就可以方便地以访问网页的形式来读取数据库中的现场数据，实现广泛意义的对DCS系统的远程管理。
2．2系统软件结构设计
图3设备管理软件结构图
设备管理软件结构如图3所示。IE、WEB·0PC DataSenrer、Database构成B／S三层结构。Client、Data—Communication Server构成C／S两层结构。本设计采用基于组件技术的开发方法，可以提高代码的重用性，以及软件的可维护性和健壮性，同时降低系统升级、调试的难度和代价。
数据服务器(Data server)由2层组件构成。底层为数据服务层，包含了几个操作数据库的组件。这些组件使用AD0技术、SQL语句操作数据库。而各类数据库系统的SQL语法基本相同，并都提供0LE DB接口，由此可保证对不同数据库系统的兼容性。对于少量的不同，使用另一个组件判别数据库的不同，以采用不同的SQL语句。上层为逻辑层，包含主逻辑组件和服务器监控组件。通过主逻辑组件，分布在不同机器上的多个客户可以同时访问数据库，操作分布在不同通信服务器上的在线设备。监控组件用于启动、关闭服务器，监视客户和通信服务器的情况。
通信服务器(communication server)是一个多线程程序。服务器启动时先创建串行通信线程，等待处理串行通信命令；然后创建初始化线程，将查询在线设备的串行通信命令发送到串行通信线程；初始化结束之后，创建非周期性命令缓存处理线程，接收并处理数据服务器转发过来的通信请求；同时主线程开始定时执行周期性命令，以获取设备的在线情况及实时数据。非周期性命令的优先级高于周期性命令。
WEB Serverer选择Microsoft IIs，利用ASP技术实现静态数据的访问。同时利用基于COM／DCOM组件技术的OPC服务器(0PC server)以及ActiveForm组件为IE客户提供实时数据服务。
系统数据库(Database)采用基于结构化查询语言和多线程的关系型数据库管理系统MySQL管理设备相关的信息，实现与Internet和Windows操作系统的无缝集成，在整个网络中保证数据库信息的完整性和一致性。设备的所有信息将保存在数据库的表中，通过设备的编号与设备相关数据表关联。同时应用C／S模式下的报表工具(Report)FornulaOne，自动生成各种报表。
(审核编辑: 智汇李)
