计量数据中心建设与应用探讨

2021-03-27孟令东

电子元器件与信息技术 2021年7期

孟令东

（湖北省计量测试技术研究院，湖北武汉 430000）

0 引言

伴随着我国科技、智能、信息的不断发展，以及信息技术的广泛应用，各种控制系统中的数据不断地被传送到数据中心，数据的存储和利用也随之产生。大型数据中心的日常运行在计量自动化系统中面临着许多挑战。自动系统是一种联机存储器方式，是实现虚拟存储器的关键技术。集成各种异构存储设备，采用分布式存储技术，实现存储自动化管理，为用户提供高效的存储服务。

1 计量数据中心建设分析

1.1 计量与大数据

1.1.1 计量与大数据

数据是用于记录和区别客观事件的记号，一组或多组数据可以描述客观事件的性质、状况和相互关系。在大数据出现之前，人类已具备了进行各种观测并获得观测数据的能力。通过这种方法，人们可以得到量化后的、不可量化的数据，其中，计量数据是量化数据的重要组成部分。而当时信息传递速度较慢的宏观技术条件下，空间客体现象的局部性和微观资料的利用受到了限制[1-2]。

伴随着信息采集技术的发展，大量数据以二进制方式无法量化，使得对数据进行不可量化处理成为可能。经过数字处理后，大数据基本形成了局部观测和微观观测。大数据具有类型多、数据密度小、速度快、实时等特点。因此，在大数据发展的初期，尽管计量数据在数量上变得越来越重要，但它也日益成为一种数据源。计量的作用必须转变，以适应大数据时代。这种转变主要体现在以下方面：一是大数据的计量；二是大数据在计量领域的应用。

1.1.2 计量数据建设

在“十四五”规划中，明确了对加强宏观定性统计分析与信息发布，建设复杂信息资源，开展质量监督与实施信息交互等内容的要求。实施质监数据资源开发与利用是质量兴国战略的重要技术支撑。根据总书记关于计量工作的重要指示精神，质监系统把“保证经济发展质量，规范市场经济秩序，保护企业合法权益，保护人民群众生命财产安全”作为自己的责任，主动利用大数据资源进行计量数据建设，从而促进“数字化质量监控”、“智能化质量监控”建设步伐，积极推动了质监业务的可持续性[3]。

1.1.3 计量数据中心建设的意义

设立数据中心，一方面是为了通过收集社会各主要能源消耗单位的能源计量数据，向政府能源管理部门提供准确数据，了解社会各媒体的能源分配、能源流动、能耗等情况。协助政府有关部门制定能源综合管理政策，提供数据支持。另一方面，当前的信息管理手段主要是强化企业的能源管理，不定期地动态获取企业能源利用状况的真实信息，以提高能源利用效率，降低能耗，达到节能减排的最终目的。

1.2 计量数据中心建设原则

1.2.1 可靠性和稳定性相结合的原则

为确保数据安全和系统正常运行，计量数据中心的建设过程中应完善系统结构和模块设计，提高设备性能和系统管理，加强技术支撑和维护能力。每当收集点发生故障时，系统的正常运行时间将被延长，并且将尽可能减少对整个系统的影响，从而提供快速的故障恢复和数据备份。

1.2.2 实用性和拓展性相结合的原则

当今，随着网络技术的不断发展，网络的建设也必须适应未来发展的需要，才能顺利进行，才能及时、方便地将网络的规模扩展到未来，以降低投资风险。为了给界面留出足够的空间，以避免出现“技术孤岛”和“数字鸿沟”现象，在设计和建设计量数据中心时，应考虑国家计量数据网连通、计量数据相互转换等问题，并且利用建设系统的优势[4-5]。

1.2.3 先进性和成熟性相结合的原则

从系统性能和未来应用的趋势来看，它的先进性主要包括以下几个方面：一是先进性的整体结构；二是应用软件的先进性；三是数据库系统的先进性。随着计算机技术和信息技术的迅速发展，在系统设计中必须采用先进的客观性理念、技术和方法。但是，这一进步不能以牺牲系统可靠性为代价。所以，需要注意结构、设备、方法等较为成熟。

1.3 计量数据中心建设内容

计量数据中心的建设包括：计量资料的使用和业务管理、计量技术进展情况、计量检定工作流程、校准规范、国家标准数据、计量单位数据、重点耗能企业数据、计量管理人员状况资料、计量室人员配备情况等。综合管理仪器厂和计量管理所的各项业务数据，可以优化数据平台的资源配置，减少重复投资，建立有针对性的维修制度，同时，制定实施有效管理通畅的相关法规是政策法规、行政管理制度的重要体现。

2 计量数据中心应用实例

2.1 A公司计量现状

A公司是一家石化能源基地，可生产汽油、柴油、润滑油基础油、化肥、合成树脂、合成橡胶、催化剂、精细化学品、有机添加剂等多种石化产品。与此同时，本厂原料及产品品种齐全，数量多，成本高；公共工程复杂，能源载体外包，如天然气、蒸汽、水，以及本厂生产的部分蒸汽等自己生产的产品。

A公司的计量资料采用手动方式录入。MES系统拥有测量机房154个，A、B、C三层水表2142个，测量数据以手动读出和手动输入MES为基础。近几年来，计量检定装置逐年投入使用，大多数检定装置都进行了现场校正，而没有对控制室计量检定装置进行更新。

2.2 A公司计量数据中心建设方案

2.2.1 设备改造

首先，A公司对各分厂不能使用的测量方式和测量精度都不能满足现场对仪器局部故障的测量要求，需要加以改进，使之覆盖整个系统。转换各个分支机构设备管理系统的数据下载接口，各分厂控制室用成熟的产品和技术将原有的二次装置及DCS/PLC系统的数据接口改造为PHD接口，使测量数据的采样率由目前的40.8%提高到87.6%，实现了计量资料的自动采集功能，实现了数据的上传与共享。其次，通过数据转换和视频监控接口，实现了对测量数据和视频监控信号的实时下载，实现了对测量数据的自动采集和记录存储，改进了测量管理，降低了运营成本，提高了经济效益[6]。

2.2.2 计量数据中心建设

计量数据中心大屏幕集中显示各类计量数据及现场视频数据，MES系统的PHD数据库由数据管理中心与MES共享。对数据库中的基本测量数据进行实时采集和处理，并通过测量数据管理中心按要求在MES相关模块中进行分析、对比、验证和显示。MES系统主要用于工艺过程数据的采集。计量资料中心的主要功能是：计量资料的集中管理、计量资料的控制与管理、计量资料申请与功能元件的管理。

2.3 计量数据中心具体设计

2.3.1 业务数据流程

A公司计量数据中心系统使用方主要为各级管理者和客户。具体应用包括建立指标模型，计量数据统计分析，主要由系统操作人员完成。

2.3.2 数据采集与上报

具体来说，数据采集系统的任务的目的是采集传感器输出的信号，将其转换成可被计算机识别的数字通信，然后输入控制计算机，进行适当的计算和处理，得到所需的数据和结果。

在完成数据采集后，计量数据中心将采集的数据上报，其中包括直接联机报告、联机监测以及与其他平台的数据交换等上报方式。

（1）直接联机上报。联机直报法数据主要包括基本操作信息、能源消耗数据、能源效率指标等，能源使用单位的主要数据采集指标以及无法联机跟踪的其他能源消耗数据，如煤、柴油等能量的输入。

（2）联机监测方式。该系统通过自动测量装置实时采集数据，并通过自动传输方式将数据实时传输到数据站或相关平台。能量的种类主要有水能、电能、热能、风能等，还有能量，各种能量均可在线监测。

（3）与其他平台的数据交换。各个级别的能源数据系统相互连接。这是两个含义。首先，底层平台向城市数据中心传输数据，支持对城市数据进行整体分析；其次，城市数据中心维护了实现工业基准数据加载的基础平台。

2.3.3 数据存储安全

大数据中心计量自动化数据存储设计方案，一是按照CDP数据在计量数据系统中同步提取全量，在ODS层逐日设置分区存储数据相关工作，主要针对超过500M的数据量，DW层存储数据时也参照此方法。二是在计量数据系统中，采用CDP数据的增量方式进行同步提取，ODS仅仅是基于分区存储每日增量数据(目前是基于4天的分区存储)，并在DW的地域十日期分区数据周期中，最后在新的周期中插入数据。三是按数据库相关域数据进行信息分类存储，将DW层数据自动计量到DM层市场域，作为最终存储。