概要：本文通過Proficy Historian、Proficy Real-Time Information Portal（簡稱RTIP）軟件在鋼鐵廠過程管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出了企業(yè)在構(gòu)建實(shí)時數(shù)據(jù)庫平臺和數(shù)據(jù)的可視化應(yīng)用方面的方法。
關(guān)鍵詞：Proficy Historian、Proficy Real-Time Information Portal、實(shí)時數(shù)據(jù)庫
1、概述
邯鋼是1958年建廠投產(chǎn)并逐步發(fā)展起來的特大型鋼鐵企業(yè)?，F(xiàn)有職工2.5萬人。 “十五”期間，邯鋼以調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為主線，以“建設(shè)國際水平現(xiàn)代化邯鋼”為目標(biāo)，以建設(shè)460萬噸精品板材生產(chǎn)線為核心，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級、管理創(chuàng)新、人才強(qiáng)企、文化推動四大支撐戰(zhàn)略，努力創(chuàng)建集約效益型、資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)，奠定百年基業(yè)，努力把邯鋼建設(shè)成為工藝現(xiàn)代化、裝備大型化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、經(jīng)營多元化，具有較強(qiáng)競爭力的優(yōu)質(zhì)板材基地。基于上述考慮，為了加快企業(yè)生產(chǎn)管理的信息化和生產(chǎn)的自動化，集團(tuán)在2005年投資1億多元建立企業(yè)生產(chǎn)管理信息化多級信息系統(tǒng)，采用企業(yè)級實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立全公司統(tǒng)一的控制系統(tǒng)信息集成平臺。通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)把全公司各生產(chǎn)廠的控制系統(tǒng)連接起來，把眾多分散的自成體系的監(jiān)控系統(tǒng)以分區(qū)的方式進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)管理層與控制層的集成，并為上層應(yīng)用，尤其是MES和ERP，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐平臺。
2、生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)的實(shí)施意義
通過應(yīng)用Proficy Historian和Proficy Real-Time Information portal部署的邯鋼集團(tuán)實(shí)時數(shù)據(jù)庫及WEB系統(tǒng)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了如下的目標(biāo)：
2.1、整合了企業(yè)過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，解決了企業(yè)中多種、多套過程控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)、集成、管理問題；能夠滿足企業(yè)多工段、多車間、多過程集成需要。
2.2、從全廠生產(chǎn)過程中的各個方面收集生產(chǎn)信息，并按照全廠信息模型組織這些數(shù)據(jù)，最終提供給企業(yè)管理人員和其他應(yīng)用軟件使用。
2.3、通過實(shí)時跟蹤企業(yè)各車間物料消耗、原料供應(yīng)、操作人員、過程信息和設(shè)備信息，使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理人員對企業(yè)的生產(chǎn)條件有一個全面的了解。
2.4、收集、存儲并分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)，為持續(xù)的生產(chǎn)過程優(yōu)化、提高提供依據(jù)。集成生產(chǎn)過程有關(guān)的操作規(guī)程、技術(shù)文檔、設(shè)備文檔，并以方便的界面提供給企業(yè)管理和操作人員。
2.5、全面標(biāo)準(zhǔn)、開放的實(shí)時/歷史數(shù)據(jù)存儲和服務(wù)，并將這些數(shù)據(jù)以可追憶的形式提供給企業(yè)生產(chǎn)管理人員，計(jì)算和分析生產(chǎn)成本的；管理信息系統(tǒng)軟件、企業(yè)資源計(jì)劃管理軟件和供應(yīng)鏈管理軟件可以按自己的需要訪問、組織、使用系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)。
2.6、實(shí)時數(shù)據(jù)庫平臺的建立幫助企業(yè)增強(qiáng)了在IT建設(shè)上的回報，提高投資效益，使企業(yè)的管理系統(tǒng)運(yùn)行在實(shí)時生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，大大地從企業(yè)信息化建設(shè)中受益，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造周期；提高全面裝備效率；提高人工效率；提高企業(yè)信息化建設(shè)的滿意度。
3、鋼鐵廠對過程管理系統(tǒng)的功能需求
通過建立企業(yè)實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫平臺，為生產(chǎn)管理信息化建設(shè)提供現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。通過建立通用的網(wǎng)絡(luò)客戶端平臺，把實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)和關(guān)系型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成豐富的個性化的信息顯示，利用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器在企業(yè)任何地方訪問這些信息。
3.1、通過數(shù)據(jù)接口站實(shí)時采集各控制系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)；
3.2、建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫，集成實(shí)時信息；
3.3、提供生產(chǎn)工況圖、歷史數(shù)據(jù)趨勢圖、報表分析工具；
3.4、提供與上層管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互、轉(zhuǎn)發(fā)等開發(fā)接口。
3.5、為企業(yè)決策層提供必要、及時、可靠的現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)
3.6、提升生產(chǎn)制造的體系架構(gòu)
3.7、將現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成企業(yè)管理的智能應(yīng)用
3.8、充分利用和保障ERP以及管理系統(tǒng)投資
4、Proficy Historian的解決方案與應(yīng)用技巧
根據(jù)公司自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀，制定了生產(chǎn)線、班組、車間和管理部門的自下而上的分層系統(tǒng)解決方案。根據(jù)不同層次的要求，成功運(yùn)用了GE系統(tǒng)軟件Historian、Real-Time Information Portal、iFIX的強(qiáng)大功能。生產(chǎn)線的各個控制系統(tǒng)（DCS/PLC）是實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫Histotian的數(shù)據(jù)來源。通過Historian的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集接口，可以將大部分控制系統(tǒng)得數(shù)據(jù)采集到Historianistotian的實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫中，包括OPC采集器、XML/文本采集器。對于較老的控制系統(tǒng)，通過增加GE Proficy iFIX接口站，再運(yùn)用iFIX數(shù)據(jù)采集器，即可完成數(shù)據(jù)采集。另外，有一部分相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和手動測試數(shù)據(jù)，也成功的接入了 實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫中。
每個班組由不同的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)組成。在班組內(nèi)設(shè)置GE Proficy Historian 和Real-Time Information Portal 服務(wù)器，完成生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析工作。并最終通過公司骨干網(wǎng)，將現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)、監(jiān)控畫面、趨勢曲線、報警、各種數(shù)據(jù)分析報表發(fā)布到車間和管理部門。
車間由不同的班組構(gòu)成，車間和管理部門通過GE Proficy Historian和Real-Time Information Portal的瘦客戶端應(yīng)用完成對生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控、管理、維護(hù)。
實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件采用GE FANUC自動化公司的Proficy Historian3.0實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和Proficy Real-Time Information Portal 2.1C 數(shù)據(jù)可視化分析及WEB發(fā)布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邯鋼的企業(yè)實(shí)時數(shù)據(jù)庫平臺和生產(chǎn)信息WEB發(fā)布系統(tǒng)的功能。
下圖是邯鋼整個信息自動化系統(tǒng)分層、多級別結(jié)構(gòu)示意圖，虛線框內(nèi)為實(shí)時數(shù)據(jù)庫及WEB發(fā)布部分結(jié)構(gòu)示意。
系統(tǒng)分層、多級別結(jié)構(gòu)示意圖4．1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 系統(tǒng)架構(gòu)是以邯鋼集團(tuán)的光纖骨干網(wǎng)絡(luò)平臺位基礎(chǔ)，采用控制系統(tǒng)層和管理系統(tǒng)層分開的雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)層連接各班組下各生產(chǎn)線的控制網(wǎng)絡(luò)，管理系統(tǒng)層則連接邯鋼骨干網(wǎng)；生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)層通訊傳送到實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)需要保存為歷史數(shù)據(jù)，實(shí)時歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫則通過管理系統(tǒng)層通訊向骨干網(wǎng)發(fā)布信息，異地用戶通過掛在骨干網(wǎng)上的客戶機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)。此外，為了確保網(wǎng)絡(luò)安全，采用了必要的網(wǎng)絡(luò)安全措施以保證生產(chǎn)現(xiàn)場各自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
控制系統(tǒng)層和管理系統(tǒng)層通過GE Proficy Historian 實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫平臺和GE Proficy Real-Time Information Portal 實(shí)時數(shù)據(jù)分析和web發(fā)布平臺進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接?？刂葡到y(tǒng)層通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC、iFIX/FIX、文件接口將實(shí)時生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)采集到Historian數(shù)據(jù)庫中。
為了保證管理網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場控制、信息傳輸各部分的安全獨(dú)立機(jī)制，邯鋼集團(tuán)自動化部進(jìn)行了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用安全可靠的隔離技術(shù)，在底層過程控制系統(tǒng)（PLC、DCS等）實(shí)時網(wǎng)絡(luò)與實(shí)時數(shù)據(jù)庫之間建立數(shù)據(jù)傳輸通道，同時實(shí)時數(shù)據(jù)庫與上層制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）網(wǎng)絡(luò)之間基于信息網(wǎng)應(yīng)用實(shí)時數(shù)據(jù)庫SDK開發(fā)工具包或OLE DB提供的開放數(shù)據(jù)庫訪問接口建立數(shù)據(jù)傳輸通道。MES系統(tǒng)基于管理網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)通信中間件與ERP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這樣形成了控制網(wǎng)、信息網(wǎng)、管理網(wǎng)的三層網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制。具體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式如圖2所示。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式4．2實(shí)時數(shù)據(jù)庫部分(Proficy Historian) 考慮到邯鋼車間設(shè)備類型多樣、數(shù)據(jù)分布點(diǎn)廣泛、數(shù)據(jù)源形式多樣化的特點(diǎn)，我們充分利用Proficy Historian提供的多種模式的數(shù)據(jù)采集器以及靈活的SDK編程工具包對數(shù)據(jù)源進(jìn)行了分類，針對不同的數(shù)據(jù)源采用相應(yīng)的采集器進(jìn)行合理采集，保證數(shù)據(jù)能及時、準(zhǔn)確的進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。具體數(shù)據(jù)分類及流向如圖3所示。
數(shù)據(jù)分類及流向邯鋼集團(tuán)實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)源種類廣泛，按設(shè)備分包括： SIEMENS系列PLC S5/S7-300/S7-400/WINAC、AB系列PLC LOGIX5000/SLC500/PLC5、OVATION DCS系統(tǒng)、橫河CS1000DCS系統(tǒng)、GE90-30PLC、MODICON QUANTUM系列PLC、智能電量儀表等等，按提供數(shù)據(jù)源的軟件分有： WINCC、WINAC、RSVIEW32、RSLINX、SIMANTIC NET、力控軟件FRAMEVIEW、FIX、iFIX、智能專家系統(tǒng)、SQL SERVER2000、ORACLE數(shù)據(jù)庫、文檔型(CSV/XML/TXT)采集（包括手動輸入型）等。按數(shù)據(jù)采集的方式分：OPC1.0/2.0A采集器、FIX/iFIX采集器、XML/CSV/TXT文件采集器、計(jì)算采集器、借助SDK/OLE DB利用VB編程工具開發(fā)程序從關(guān)系數(shù)據(jù)庫（SQL SERVER2000、ORACLE9i等）中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其中焦化MIS數(shù)據(jù)為SQL SERVER2000、能源系統(tǒng)為SQL SERVER2000、智能專家系統(tǒng)為 ORACLE9i。
4．3數(shù)據(jù)可視化分析及WEB信息發(fā)布部分（RTIP）： 在邯鋼的信息發(fā)布系統(tǒng)中，應(yīng)用了RTIP軟件的幾大功能模塊，實(shí)現(xiàn)了在企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)利用IE瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析的WEB信息發(fā)布功能。
4．3．1基礎(chǔ)業(yè)務(wù)平臺 完成系統(tǒng)的初始化設(shè)置，包括畫面的分類組織、用戶的管理、
權(quán)限的設(shè)置以及數(shù)據(jù)源的維護(hù)等功能，為其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)平臺框架。
4．3．2廣泛的數(shù)據(jù)源 在項(xiàng)目中我們應(yīng)用了RTIP提供的多種數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)，包括實(shí)時數(shù)據(jù)源（含OPC、iFIX等）、歷史數(shù)據(jù)源（Proficy Historian）、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫接口（JDBC數(shù)據(jù)庫驅(qū)動）等。
4．3．3生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控 基本風(fēng)格以DCS/PLC原有畫面風(fēng)格為準(zhǔn)，所有的實(shí)時參數(shù)都以只讀的方式從DCS/PLC上采集上來，不進(jìn)行操作。它可集成多套DCS/PLC的數(shù)據(jù)。
4．3．4 歷史趨勢分析 對歷史數(shù)據(jù)庫中所記錄的所有數(shù)據(jù)都可以用曲線的形式顯示出來，以供參考和分析。提供的趨勢曲線控件功能強(qiáng)大，所有操作都以Web方式進(jìn)行，在客戶端上有適當(dāng)?shù)臋?quán)限可自行修改顯示環(huán)境設(shè)置。
4．3．5 實(shí)時、歷史數(shù)據(jù)查詢 充分應(yīng)用RTIP系統(tǒng)提供的JDBC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫引擎驅(qū)動，并且通過Proficy Historian易操作的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫接口，建立靈活的SQL語句查詢系統(tǒng)，根據(jù)不同的查詢條件對實(shí)時、歷史數(shù)據(jù)
