实现ERP与SCADA系统的集成

lihuolin958

ERP侧重应用在生产管理，SCADA侧重应用于生产控制，这两者的集成将能给输油企业带来实时管理油气运输的能力。 ERP是建立在计算机网络基础上的企业信息化管理系统。其实施目的在于配置企业资源，整合企业内部的经营活动以达到效率最大化的目标。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition数据采集与监视控制) 是以信息技术为基础的生产过程控制与调度自动化系统，主要用于对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。目前SCADA系统在国内油气储运行业的应用较为普遍。这些系统在确保安全生产、提高输油（气）调度管理水平中发挥巨大作用。 随着企业信息化的不断推进，越来越多的ERP与SCADA系统在输油企业成功实施，尽管这些系统关注于不同的领域，但无论是从提高企业生产管理水平的目的还是从节省系统投入成本、提高资金利用率等角度出发，都应结合企业自身要求将ERP与SCADA系统进行有机的集成，否则，系统越多企业内部的“信息孤岛”也就会越多，这就违背了企业信息化的初衷。 集成的目标          集成是指将基于信息技术的资源及应用聚集成一个协同工作的整体，通过集成使两个或多个系统拥有透明的数据源从而解决不同系统间数据的互操作问题。具体到输油企业ERP与管道SCADA系统的集成必须实现以下目标： 1． SCADA与ERP平台相对独立，保证这两个系统运行的安全、可靠和高效。 2．实现数据共享。即超越ERP系统处理的数据格式和SCADA系统处理的实时数据格式不统一带来的屏障，使两个系统可以互相提取所需的信息。 3． 从集成后系统用户角度来看，ERP系统用户可以通过授权在本系统中查看SCADA系统提供的实时数据，而且应拥有与SCADA用户一致的界面效果；SCADA系统用户也应拥有与ERP用户相同的数据访问能力，并可在SCADA中对ERP中的数据进行操作。 4． 集成后的系统应具有一定的开放性，应为其他应用系统，如调度专家系统、管道检漏系统等提供数据交换接口。 集成方案设计 目前常用的ERP系统有C/S、B/S结构，其中都以三层结构最流行，所谓三层结构就是在客户端与服务器端应用之间加入中间层，该层一般完成事务处理、业务服务、通信接口等逻辑功能，从而形成更为开放的分布式体系，具有更强的扩展性。典型的ERP系统结构如图1所示。           而目前大多数SCADA系统是以C/S结构为基础的分布式系统。但由于工业控制系统对数据处理性能与安全性的特殊要求，一般而言现场实时数据进入系统上位机后存储于专用数据结构中（如自定义的数据缓存文件等），通过附加对Web、ODBC等技术的支持达到系统扩展的目的。具有外部扩展功能的SCADA系统结构如图2所示：          通过对ERP与SCADA系统结构的比较，针对两者集成的可以得到以下结论： 1． C/S体系结构所要求的数据表现（客户端）与数据存储（服务器端）的分离决定了数据共享与交换集中在服务器端的数据转换。 2． SCADA系统对外部数据交换的支持、ERP系统对异构数据库的支持提供了二者数据交换的前提条件。 3． 两系统网络结构的一致性提供集成所需的网络环境。 4． 对各种网络通信协议的支持提供数据交换的通信条件。        从上述系统结构的分析中不难发现基于C/S的开放式计算模式为实现集成中最为关键的数据共享提供了必要条件。依据C/S模式的思想，在两系统间加入集成事务层，得出如图3所示的集成后的系统结构示意图。两系统的数据交换通过集成事务层实现，该层从逻辑角度可描述为一个相对独立于两个系统的软件结构，具体而言完成以下功能： 1．从SCADA系统中获得ERP系统所需数据（如管线实时参数等），并完成必要的数据转换。 2．从ERP系统中获得SCADA系统所需数据（如设备参数、输油计划等），并完成必要的数据转换。 3. 处理通信协议的兼容性，完成数据通信。 4． 处理两系统客户端用户界面的兼容性，提供不同数据表现所需数据。 集成涉及的关键技术 无论ERP还是SCADA系统都会随企业的发展及相关业务流程的变化而变化，可行的集成方案必须对ERP与SCADA系统的变化具有一定的自适应能力。对于集成软件本身的设计也应充分利用现有先进的软件开发模式与技术，从而提高方案的稳定性与可适用性。与目前C/S结构下应用开发的发展趋势相适应，很多ERP与SCADA系统中都使用了数据库技术、构件技术、中间件技术等便于实施开放式集成的技术，这也使得在集成系统中的应用这些技术具有普遍性与必要性。 1．中间件技术 中间件作为存在于系统软件与应用之间的特殊层次，抽象了典型的应用模式，中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需任何修改，从而保护了企业在应用软件开发和维护中的投资。 2．构件技术 构件是具有预制性、封装性、透明性、互操作性、通用性的软件单元。构件技术是面向对象技术的深化，强调对象封装的内涵，侧重于复杂系统中组成部分的协调关系。         概括而言设计合理的构件应具有以下属性： 1．构件是可独立配置的单元，因此构件必须自包容。 2． 构件强调与环境和其他构件的分离，因此构件的实现是严格封装的，外界无需知道构件内部的实现细节。 3． 构件可以在适当的环境中被复合使用，因此构件需要提供清楚的接口规范，可以与环境交互。 在实际开发中构件技术可以从两个层面上进行体现和应用。 第一个层次为构件应用层，主要体现在应用设计时采用4GL的开发工具，对通用类库进行必要封装，尽可能采用平台无关、独立于应用环境的可重用构件。这一层次上对构件技术的应用可以提高系统开发效率，增强系统可靠性。 第二层次为构件设计层，主要体现在应用系统设计时要将系统各部分分解为粒度适中、独立的、可重用的模块，同时各模块都应当支持各种软硬件环境与分布式应用。这一层次的应用主要解决系统可维护性与可扩展性，在ERP或SCADA系统变化时，集成应用只需升级相应独立的构件即可。 3．标准信息模型 集成所实现的目标可以简单描述为将ERP与SCADA系统的输入输出数据进行标准化从而实现数据交换。具体而言，不仅中间件与构件所处理的信息必须符合标准信息模型，而且整个集成后的系统必须提供符合标准规范的信息接口，从而使其他应用系统可以方便地通过该接口获得标准格式的数据，这就意味着集成后的系统将具有比原ERP或SCADA系统更强的开放性。如果说中间件与构件可以使企业像搭积木一样集成和装配自己的应用系统，标准信息模型则是使不同应用系统连接在一起的胶水。 从技术角度而言，在ERP与SCADA的集成中必须解决的信息标准化问题涉及两个方面：一方面是不同格式的数据获取问题，即消除不同系统信息格式的不一致，为所有可能的数据获取方式提供必要方法。如采用ODBC、JDBC等实现异构数据库互操作等。另一方面是将获取的数据进行标准化从而达到最大限度的开放性。如采用XML格式进行数据转换，或采用自定义的数据存储方式同时提供标准的数据存取接口等。 综合运用上述技术可以将集成方案中集成事务层进一步分解(如图4所示)。描述如下： 1．通过将SCADA系统的API封装为取数构件，为SCADA系统数据共享提供统一接口，所有涉及利用SCADA系统实时数据的应用都可由该构件提供数据源。 2．为减少数据处理中间环节，保证两系统中实时数据的一致性，处理实时数据的构件将实时数据通过TCP/IP协议打包后直接转发至ERP系统中，利用标准信息接口进行数据表现处理。 3． 在取数缓存中积累的历史数据通过数据库中间件转存于ERP系统数据库中，供客户端调用，同时也为其他应用提供SCADA系统中历史数据接口。 4． ERP系统数据通过存数构件转换为SCADA系统兼容格式，供其API调用。 上述集成方案已在中石化管道储运公司潍坊输油处ERP与SCADA系统集成项目中得到应用，并取得了预期成果。          以下是供同行参考的几条经验和建议。 1. 开放性是实施集成的目的。集成后的系统应具备一定的扩展能力，这样可以方便地与其他应用系统如管线检漏、调度专家系统等进行有机结合，这同时也是检验集成后系统开放性的标准。 2. 标准化是达到目的的手段。无论是在数据结构、信息存取还是数据表现等方面都要保证与相关软件工业标准兼容。 3. 尽可能采用成熟先进的软件技术与思想。信息技术发展快的特点决定了软硬件系统相应的更新换代速度。从这个意义上讲，一次成功的系统集成就是利用先进技术对相对落后的系统进行技术改造使其适应新的需求从而发挥新的作用。成熟而先进技术的应用将提高集成后系统整体的技术水平，以适应新的应用环境的要求。 4. 企业整体信息化平台的建设也应建立在开放的环境中。企业在软硬件系统选型、系统平台构建以及网络环境建设中都应当在保证系统安全性的前提下将系统开放程度放在优先考虑的位置。 5. 滚雪球效应。信息技术的发展推动企业信息系统的不断完善，企业需求的变化又为信息技术的发展提出新的要求。结合输油企业自身特点将ERP与SCADA系统集成仅仅是企业信息化建设的一小步，但通过在集成中利用开放的系统集成思想与先进的软件技术构建的企业信息应用平台将为企业各种应用系统的实施与扩展奠定基础，从而使企业信息系统的应用可以在相对稳定的环境中完成量的积累，进而实现企业信息化建设质的飞跃。