摘要： 本文介紹了利用工業(yè)生產(chǎn)實時歷史數(shù)據(jù)庫搭建發(fā)電廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案，并且以GE Fanuc公司的產(chǎn)品舉例說明其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)；Proficy HMI/SCADA - iFIX；Proficy Historian；Proficy Real-Time Information Portal；廠級生產(chǎn)管理及監(jiān)視信息系統(tǒng)SIS
隨著電廠工業(yè)自動化以及信息化水平的提高，現(xiàn)代電廠也對生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)有了更高的要求，電廠企業(yè)管理決策層需要了解真實而重要的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，了解生產(chǎn)現(xiàn)場的各臺機組以及設(shè)備的運行狀況；專業(yè)技術(shù)人員希望可以在廠內(nèi)辦公室計算機查看系統(tǒng)的實時畫面，分析真實可靠的歷史數(shù)據(jù)，為機組跳機事故分析及其它事故分析提供真實可靠的歷史數(shù)據(jù)；同時又能高效、準(zhǔn)確地保存電廠生產(chǎn)的大量珍貴的歷史數(shù)據(jù)；更好地實現(xiàn)了電廠安全、經(jīng)濟運行，提升電廠的整體效益和競爭優(yōu)勢。
為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，目前在電廠應(yīng)用中主要使用了兩類方法，一類就是采用如Oracle等傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫保存來自生產(chǎn)現(xiàn)場接口計算機的實時數(shù)據(jù)，在客戶端的開發(fā)上采用JAVA Applet，ASP服務(wù)器端腳本等和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫連接來實現(xiàn)應(yīng)用的要求。這種方案由于沒有考慮到電廠生產(chǎn)底層數(shù)據(jù)和辦公等商業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用環(huán)境之間的區(qū)別，最明顯的區(qū)別在于生產(chǎn)操作是實時進行的，要求極快的數(shù)據(jù)采集速度，很高的數(shù)據(jù)讀寫性能，而商業(yè)上使用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫所擅長的是處理各種信息的關(guān)系。因此數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中就必須通過創(chuàng)建計劃，存儲過程，觸發(fā)器和視圖等來優(yōu)化，同時糟糕的壓縮算法使得對數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器的磁盤空間維護必須投入大量的精力?；谶@些考慮，另外一類的解決方案采用了專用的生產(chǎn)實時歷史數(shù)據(jù)庫的解決方案，如OSISoft公司的PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，GE Fanuc公司的Proficy Historian ,Wonderware公司的IndustrialSQL, ABB公司 PlantConnect以及國內(nèi)的中科院軟件所Agilor，清華同方 DCOSE-PH，南京明維 RealTerm，上海新華 XRTDB，上海麥杰 OpenPlant等產(chǎn)品。由于這些產(chǎn)品本身就是面向生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集，因此較好地解決了海量數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的壓縮存儲等問題。它們同時提供了良好的應(yīng)用開發(fā)平臺和接口，節(jié)省了長期維護和開發(fā)的成本，因而在電廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。下面就以GE Fanuc公司的產(chǎn)品舉例說明在發(fā)電廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。
功能較為齊全的生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，我們可使用GE Fanuc公司的Proficy HMI/SCADA – iFIX（人機界面/ 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控），Proficy Historian（廠級數(shù)據(jù)倉庫，原名iHistorian），Proficy Real-Time Information Portal（企業(yè)實時信息門戶，原名：infoAgent）這三個產(chǎn)品來組建。系統(tǒng)架構(gòu)可以簡單地表示如下：
圖1：生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Proficy HMI/SCADA – iFIX
它是GE Fanuc公司的人機界面/ 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控軟件，在工業(yè)控制SCADA軟件中獲得了廣泛的應(yīng)用，它豐富的數(shù)據(jù)采集驅(qū)動接口可以采集分散在電廠各個不同的DCS系統(tǒng)或輔控可編程控制器PLC系統(tǒng)上的實時數(shù)據(jù),實時數(shù)據(jù)庫的配置和管理采用類似于Excel表格方式的管理，同時它還提供一套人機界面的開發(fā)工具iFIX Workspace，其中包括許多生產(chǎn)現(xiàn)場的圖符，只要通過鼠標(biāo)的拖放等簡單的動作就可以達到與現(xiàn)場DCS系統(tǒng)人機界面一致的流程圖效果，將現(xiàn)場采集的實時數(shù)據(jù)直觀地顯示在用戶面前,從而實現(xiàn)遠程工藝流程監(jiān)控，系統(tǒng)的開發(fā)和維護非常簡單。其開放的實時數(shù)據(jù)編程接口EDA(Easy Data Access)，歷史數(shù)據(jù)編程接口HDA(Historical Data Access)以及SM2(模擬驅(qū)動)應(yīng)用非常靈活，通過自己編寫接口程序就可將數(shù)據(jù)直接寫入iFIX的實時數(shù)據(jù)庫中，該產(chǎn)品在廠級生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中主要實現(xiàn)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的采集以及生產(chǎn)流程圖畫面的顯示。圖2中的一部分就是我們在iFIX中模仿西門子公司DCS系統(tǒng)Teleperm XP的OM650操作員界面的生產(chǎn)流程圖畫面，效果是比較逼真的。
Proficy Historian
它是GE Fanuc公司的廠級數(shù)據(jù)倉庫軟件，其前身就是iHistorian,目前的最新版本是3.0。Proficy Historian提供了如：iFIX實時數(shù)據(jù)收集器，CSV/XML文件收集器，OPC收集器等種類豐富的歷史數(shù)據(jù)收集工具，iHistorian 具備百毫秒級的數(shù)據(jù)采集速度，毫秒級的過程數(shù)據(jù)時間分辨率，高達20000個數(shù)據(jù)/秒的數(shù)據(jù)存儲速度和每秒20000個數(shù)據(jù)/秒的數(shù)據(jù)回取速度以及單機10萬個過程數(shù)據(jù)點的采集能力，是目前世界上最快的實時數(shù)據(jù)庫，可以通過定義采集器的過程數(shù)據(jù)采集死區(qū)來優(yōu)化采集數(shù)據(jù)量、通過定義過程數(shù)據(jù)的變化率可以優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲，還可以通過內(nèi)置的管理配置程序或者瀏覽器在任何地方管理任何一臺iHistorian服務(wù)器：可以進行組態(tài)數(shù)據(jù)點、配置采集時間、數(shù)據(jù)文件管理。和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相比較，在數(shù)據(jù)庫管理和應(yīng)用時無需編制任何程序，簡化了系統(tǒng)的維護工作量。此外它還提供了開放的SDK編程接口，極大地提高了產(chǎn)品的應(yīng)用靈活性。該產(chǎn)品在廠級生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中主要用于生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)的高速采集和高效存儲。
圖2：部分用戶界面和功能Proficy Real-Time Information Portal
它是GE Fanuc公司的企業(yè)實時信息門戶軟件，是基于WEB的解決方案。目前的版本為2.0。它采用本地或者遠程的API來連接上面的實時和歷史數(shù)據(jù)庫，并通過JDBC驅(qū)動來連接關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。由于它提供了豐富的圖形對象庫，如：餅圖，棒型圖，圖表，表格，曲線等組件，因此可以方便地進行WEB畫面開發(fā)和配置，發(fā)布數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)。它還可直接將iFIX上的實時生產(chǎn)流程畫面以WEB的方式發(fā)布，甚至可以將它理解為是在瀏覽器(如：Internet Explorer)上運行的iFIX軟件。而這些只是它所能夠提供的功能的一部分。該產(chǎn)品在廠級生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中主要是作為基于WEB解決方案的工廠范圍的高級數(shù)據(jù)分析工具。
采用上述解決方案可以滿足電廠對生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，而且整個系統(tǒng)的配置和維護都非常方便，目前國內(nèi)的廣東核電大亞灣、嶺澳核電站工業(yè)計算機數(shù)據(jù)采集CKD系統(tǒng)，曲靖電廠的廠級監(jiān)控系統(tǒng)，益陽電廠均使用了該解決方案。圖2就是我們在試驗平臺上，利用上述產(chǎn)品開發(fā)的一些用戶界面和功能。
上述系統(tǒng)在軟件的投資上較為龐大，我們提出了一種簡化的解決方案，該方案只采用GE Fanuc公司的iFIX軟件以及iWebServer軟件，由于iFIX自帶的實時和歷史數(shù)據(jù)功能，可以利用iFIX的實時數(shù)據(jù)存取接口EDA和歷史數(shù)據(jù)存取接口HDA進行開發(fā)。該解決方案利用成熟穩(wěn)定的SCADA軟件，并在其基礎(chǔ)上進行二次應(yīng)用開發(fā)，使得任何人員都可以在辦公室的計算機上通過瀏覽器了解生產(chǎn)現(xiàn)場的情況，進行數(shù)據(jù)分析。該解決方案投資少，卻能滿足目前大部分電廠的應(yīng)用要求，同時系統(tǒng)具有良好的可擴展性。華能國際電力股份有限公司實時監(jiān)管系統(tǒng)中遍布全國35家電廠的廠站側(cè)系統(tǒng)就采用了該解決方案。
在這個方案中我們可以在WEB服務(wù)器上利用iFIX軟件提供的編程接口編寫一個服務(wù)器端運行的ASP組件，該組件負(fù)責(zé)讀取iFIX的實時和歷史數(shù)據(jù)（如圖3所示）；再開發(fā)一個iFIX歷史數(shù)據(jù)曲線顯示的ActiveX控件，嵌入在IE瀏覽器中，利用服務(wù)器端的ASP組件與ActiveX控件交互的方式讀取iFIX歷史數(shù)據(jù)并以曲線的方式顯示出來（如圖4所示）。而實時流程畫面以及實時曲線的功能則由iWebServer來實現(xiàn)。
圖3：通過服務(wù)器端的ASP組件方式讀取并顯示歷史數(shù)據(jù)近幾年，國內(nèi)提出了廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS－Supervisory Information System）的概念，并進行了推廣，其實質(zhì)就是一套針對發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)實時和歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)收集各臺機組DCS（分布式計算機控制系統(tǒng)）的實時數(shù)據(jù)，進行存儲，使之成為整個發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的中心，可提供全廠生產(chǎn)過程的實時監(jiān)視、管理和優(yōu)化，以及負(fù)荷調(diào)度、發(fā)電機組性能計算和分析、主機和主要輔機故障診斷、設(shè)備壽命計算和分析、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和計算分析等功能。目前國內(nèi)廠級生產(chǎn)管理及監(jiān)視信息系統(tǒng)(SIS)正處于應(yīng)用探索階段，原來在SIS系統(tǒng)投標(biāo)時所要求的一些先進優(yōu)化控制、設(shè)備維護、壽命管理等功能模塊還無法得到完全的開發(fā)和應(yīng)用，系統(tǒng)往往采集存儲了大量的數(shù)據(jù)，但是卻無法對其進行進一步的數(shù)據(jù)挖掘處理，采購的昂貴的硬件設(shè)備由于沒有軟件功能而成為一種擺設(shè), 其效益至今未能如設(shè)想的那樣發(fā)揮出來。因此發(fā)電廠組建一個較為成功的生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),必須主要解決以下三個技術(shù)環(huán)節(jié)：一、應(yīng)根據(jù)自己的實際需求來搭建生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，分步實施，不應(yīng)要求一步到位，同時應(yīng)為系統(tǒng)的擴展預(yù)留接口；二、必須了解電廠的DCS系統(tǒng)以及相關(guān)的控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊采集接口，以便于將符合要求的實時數(shù)據(jù)引入生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)；三、必須熟悉用于組建生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的各個軟件的應(yīng)用功能以及開發(fā)步驟，以便于開發(fā)出符合電廠需求的功能模塊。這樣我們才能充分利用應(yīng)用軟件提供的強大功能，建立全廠專業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫，在充分考慮和設(shè)置生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全的前提下，采集和存儲全廠生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)和管理之間的架起堅實的信息橋梁。
參考文獻：
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