以CORBA为支撑的分布式多DCS数据采集系统应用分析与研究

摘 要：数据在现代社会各领域中发挥着重要作用，由于数据的产生是实时的、多元化的，其收集工作也因此较为困难。基于此，本文研究以CORBA为支撑的分布式多DCS数据采集系统以及其应用，给出系统拓扑结构、核心技术，之后简述此前CORBA下数据采集系统的问题，最后通过仿真实验的方式，论证新系统在工作能力方面的优势，以期通过分析明晰理论，为后续工作提供必要参考。

关键词：CORBA;DCS数据采集系统;CAN总线系统;通信信道

为实现数据的高效收集和处理，DCS（Distributed Control System）数据采集系统得到重视，该系统在集中式控制系统的基础上发展而来。以CORBA（公共对象请求代理体系结构;Common Object Request Broker Architecture）技术为依托，DCS数据采集系统获取了工作能力上的进一步提升，可应对此前数据收集中的实际问题。本文就CORBA技术下分布式多DCS数据采集系统进行分析。

1 以CORBA为支撑的分布式多DCS数据采集系统框架

1.1 系统拓扑结构

CORBA技术作为依托，分布式多DCS数据采集系统获取了工作的集成化平台，以及更为明确的总体架构。新的系统强调独立工作和独立控制，其拓扑结构包括信息采集终端、加工系统、存储终端、通信结构等。信息采集终端的类别、形式是多样化的，主要取决于系统面向的对象，如系统服务于公共场所，信息采集可依赖监控设备，也可以通过用户键入的方式生成信息。加工系统负责对收集所获信息进行初步处理，如数字化处理、分类等。存储终端主要负责对加工后的信息进行缓存，使信息累积成为资料库。通信结构负责信息之间的交互、传输，如用户发出了“采集数据”信息，借助DCS数据采集系统进行传输、反饋，实现系统的实用功能。[1]

1.2 系统核心技术

以CORBA为支撑的分布式多DCS数据采集系统，主要借助集成技术、CAN总线技术、通信技术、智能技术作为基本技术，另以数字化技术、硬件技术等作为辅助，生成完整的工作系统。集成技术强调将DCS技术和CORBA通过连接线路、电子芯片等完成组合，使其满足PLC意义上的工作要求，形成一个新的工作体系。[2]CAN总线技术负责实现不同终端信息的异道传输，以免信息之间出现互扰问题。智能技术强调以默认程序支持系统的流程化作业，包括信息采集的对象、传输间隔、处理方法等。通信技术取有线通信方式，以降低与周围环境的互扰。其他辅助技术结合系统工作需要进行设计。

2 此前CORBA下数据采集系统的问题

2.1 拥堵和互扰

早期的数据收集系统也会借助CORRA技术，但当时缺乏DCS技术、CAN总线技术等作为支持，数据采集面临拥堵、信号互扰、信号类别多样等问题。如冶炼企业的信息采集，在工作压力较大的情况下，多样化的信息同步产生，这些信息在相同或者相近的时间里同时向采集系统传输，必然导致信道拥堵、多样信号读取困难问题。而且无论采用有线通信技术还是无线通信技术，都面临明显的信号互扰，导致信息难以读取或者失真情况，采集所获信息价值有限。[3]

2.2 信息交互的延迟

与简单的信息存储不同，CORRA技术强调面向用户提供服务，这对系统的交互能力提出了明确要求。如前文所述，早期的数据采集系统往往面临信道拥堵、信号互扰问题，这些情况直接降低了系统进行信息交互的能力。与此同时，早期的数据采集系统和交互系统难以实现技术上的集成，两项工作是割裂的，当管理一端完成了信息的收集后，首先要集中进行加工分析，在结果的基础上进行反馈，效率不足、延迟明显。DCS技术的出现，一定程度上解决了集中处理信息效率低下的弊端，但没有根本改善信息延迟的问题。

3 仿真实验

3.1 标准工作流程

在本次设计方案下，CAN总线系统以及其他连接线路完成对CORBA技术以及DCS技术的物理融合，生成可以直接面向对象的工作框架。在该框架下，用户键入的信息、执行结构自行获取的信息，以固定间隔持续通过有线通信系统进行传输，首先传输至DCS技术下独立工作的控制终端进行初步的处理和识别，一些具有特殊性的信息（默认DCS技术下独立终端无法处理），则借助CAN总线系统传输给上一级控制终端，该过程借助PLC逻辑控制器进行，是自动化、规范化的，无需人员干预。CORBA技术提供的多个公共接口、应用接口，保证了DCS面向的工作对象是多元化可扩展的，具体接口数则结合工作需要确定。所有独立工作的DCS数据采集系统都可以自行存储一般性数据。

3.2 实验过程和结果

模拟对象为S冶炼企业，对其高炉、喷吹系统等工作结构进行直接监控，要求了解对象的实时工作状态，以便发现异常，同时记录对象常规工作状态下的基本信息，用于后续工作优化。以上文（1.1、3.1）所述为基础，建设以CORBA为支撑的分布式多DCS数据采集系统。企业冶炼系统结构如下图所示。

冶炼系统结构图

模拟实验的主要观察指标为系统收集所获数据的准确性，以及能否在非人员干预的情况下完成信息的自动化积累。其中数据精确性以历次实验所获结果的均差进行检查，均差越大表明数据精确性越差。实验拟采用参数模拟法进行，收集S冶炼企业喷吹系统基本信息建立模型，实验过程中调整工作负荷，由系统进行喷吹系统和热风炉参数的收集，且设备额定工作值为标准参数。另收集S冶炼企业喷吹系统默认工作系统的积累数据作为参照。以S表示喷吹系统的参数，以X表示热风炉参数，二者均差的计算公式分别为：

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

实验共分为两个阶段，第一阶段为喷吹系统参数实验阶段，共进行40次实验，调整模型中的工作负荷，使冶炼系统的负荷异常增加/降低，对系统收集的喷吹系统实际工作值进行加工，并了解系统是否完成了信息的自动化累积。第二阶段为热风炉参数实验阶段，共进行40次实验，在电流和电压不变的情况下，调整模型中的工作负荷，使冶炼系统的负荷异常增加/降低，对系统收集的热风炉实际工作值进行加工，并了解系统是否完成了信息的自动化累积。完成实验后计算方差，与S冶炼企业默认工作系统的积累数据进行对比。如果如下表：

从结果上看，实验组的均差为0.009，明显低于默认组的0.318，且完成了100次数据的自动累积。这表明，在本次设计方案中，以CORBA为支撑的分布式多DCS数据采集系统能够面向对象完成信息收集、记录和自动累积，具有较为理想使用价值。需要注意的是，本次实验在进行模拟的过程中，为获取带有结构化特征的理论结果，没有考虑冶炼企业的工作环境、金属设备和原料等对通信作业的影响，因此实验所获结果带有一定的误差。在实际工作中，依然需要考虑系统作业的其他影響因素，明确所有的约束条件，之后计算其影响系数，以获取更加可信的参数值。

4 总结

综上，现代社会对信息技术的应用价值更为注重，CORBA技术以及DCS技术的融合也因此成为大势所趋。框架上看，二者强调的是独立工作和独立控制，其拓扑结构包括信息采集终端、加工系统、存储终端、通信结构等。此前CORBA下数据采集系统往往面对拥堵、互扰、多样信号读取困难等问题，借助模拟实验可发现，在新框架的支持下上述问题得到了应对，可作为参考推广于后续工作中。

参考文献：

[1]石丹丹，朱富军，郑亚州.化工装置DCS控制系统原理及异常失灵的应急处理[J].建材与装饰，2018（45）：195-196.

[2]杜之正，杜建鹏.通讯技术在新华Ican3.1DCS系统中的应用[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2018，14（04）：376-380.

[3]张巍.城市轨道交通数据通信系统（DCS）2.0的特点分析及改进优化[J].城市轨道交通研究，2018，21（S1）：34-38+92.

作者简介：姜颖（1980-），女，吉林桦甸人，本科，工程师。