關(guān)鍵字 風(fēng)力發(fā)電 SCADA 虛擬現(xiàn)實 ICONICS GENESIS 3D GIS OPC
1. 項目背景
隨著風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展和軟件技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)的快速進步，風(fēng)電SCADA系統(tǒng)的正在經(jīng)歷著深刻的變革：在數(shù)據(jù)和信息的展現(xiàn)方面，三維虛擬展現(xiàn)技術(shù)、基于GIS的全局/局部綜合信息展現(xiàn)和查詢、WPF、SilverLight、Win7 UI軟件技術(shù)等正在逐步應(yīng)用于風(fēng)電行業(yè)的SCADA系統(tǒng)應(yīng)用中。本項目運用了HMI/SCADA軟件領(lǐng)域最新的平臺和技術(shù)，實現(xiàn)了從風(fēng)電集團綜合信息系統(tǒng)到單臺風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的一體化系統(tǒng)。
2. 設(shè)計原則
根據(jù)用戶的需求，本項目的設(shè)計遵循以下原則：分層結(jié)構(gòu)化設(shè)計，整合底層風(fēng)機、裝置等信息和風(fēng)場、風(fēng)電集團宏觀運維數(shù)據(jù)和信息；信息的垂直整合性好，可以方便地從單臺風(fēng)機上溯到整個風(fēng)場、片區(qū)、風(fēng)電公司的SCADA系統(tǒng)或者反向操作；界面美觀，采用新一代Windows和SCADA界面技術(shù)，對界面進行專業(yè)化靜態(tài)和動態(tài)設(shè)計；集成GEO SCADA功能；基于標(biāo)準(zhǔn)、開放性平臺，可維護性好，經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)后，用戶可自行維護、升級和擴展。
3. 技術(shù)路線及平臺選型
本項目采用美國ICONICS公司的最新一代HMI/SCADA軟件GENESIS64和企業(yè)級歷史實時數(shù)據(jù)庫Hyper Historian作為核心平臺，以O(shè)PC作為主要通訊方式，以GraphworX64組件作為主要的二維和三維信息展現(xiàn)、查詢界面，以EarthWorX64作為實時GIS展現(xiàn)界面，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)采集、高效實時和歷史數(shù)據(jù)管理（存儲、查詢、回放等）、2D/3D信息展現(xiàn)和查詢、GIS界面信息整合和查詢等功能。
3.1 關(guān)于ICONICS公司
創(chuàng)立于1986年的美國ICONICS 公司，是全球工業(yè)信息化及自動化軟件界屢獲殊榮的領(lǐng)導(dǎo)廠商，公司的解決方案為企業(yè)的生產(chǎn)運營和設(shè)備管理實現(xiàn)實時可視化和智能化，幫助用戶提高生產(chǎn)的靈活性和效率，進而增強企業(yè)盈利能力。ICONICS 的產(chǎn)品和服務(wù)為全球500 強中70%以上的企業(yè)所選擇，在超過250,000 臺的各種平臺上為用戶創(chuàng)造價值。
公司的總部位于美國馬薩諸塞州的Foxborough，毗鄰波士頓。公司機構(gòu)遍及美國、英國、澳大利亞、中國、法國、德國、日本、印度、意大利以及荷蘭等，超過40% 的銷售額來自于國際業(yè)務(wù)。ICONICS 在歐洲也設(shè)有軟件開發(fā)機構(gòu)。作為業(yè)界領(lǐng)先的面向Web的HMI/SCADA和制造智能解決方案供應(yīng)商，ICONICS一直倡導(dǎo)以創(chuàng)新，卓越等為核心的企業(yè)文化，并將這一思想貫穿于它的產(chǎn)品開發(fā)，技術(shù)支持，銷售和服務(wù)之中。
ICONICS公司擁有豐富成熟的產(chǎn)品線，包括64位/32位HMI/SCADA軟件GENESIS, Historian, OPC/UA 開發(fā)工具和服務(wù)器，生產(chǎn)智能和MES軟件BizViz等等。
3.2 公司風(fēng)電行業(yè)典型客戶
在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，長期以來ICONICS擁有數(shù)量眾多的用戶，近兩年來活躍的客戶包括: EDF、Bachmann、Enercon、Vestas、Bonus Energy (Denmark)、Suzlon、Ecotecnia、NEG Micon、RWE Germany等等。
3.3 關(guān)于GENESIS軟件
GENESIS作為裝機量超過250,000套的HMI/SCADA軟件，以其超過25年的深厚技術(shù)積累、卓越的技術(shù)創(chuàng)新能力在業(yè)內(nèi)獨樹一幟。GENESIS64 作為GENESIS產(chǎn)品線的最新一代產(chǎn)品套件，在業(yè)界首次利用真正的64 位硬件和軟件技術(shù)優(yōu)勢實現(xiàn)自動化解決方案的快速開發(fā)和設(shè)計。GENESIS64 是全員就緒型產(chǎn)品，現(xiàn)場操作人員和IT 專家都可以將實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)信息整合到一體化、支持OPC UA 和BACnet、面向Web 應(yīng)用的可視化儀表盤管理平臺。
GENESIS64 作為基于.NET 64位平臺全新設(shè)計的產(chǎn)品，為客戶提供一個360度三維操作視景。通過整合Windows Presentation System(WPF)、Card Flow Navigation、GIS以及采用硬件加速3D成像，使用戶獲得更加豐富的應(yīng)用體驗。此外，還通過集成User Accounｔ Control (UAC)提高工廠車間安全性，集成Silverlight技術(shù)實現(xiàn)跨瀏覽器和跨平臺可視化。
GENESIS64的核心模塊包括：
Workbench - 集中組態(tài)與部署環(huán)境
GraphWorX 64 - 2D 和3D 可視化
AlarmWorX 64 - 企業(yè)級報警管理軟件
TrendWorX 64 - 組態(tài)和瀏覽3D 圖表
EarthWorX - GEO SCADA（地理信息SCADA）
該軟件主要的特點如下：
支持3D、GIS、基于WPF、Silverlight和Win7的信息展現(xiàn)技術(shù)
單一組態(tài)開發(fā)環(huán)境，面向多種運行平臺
組件化的HMI /SCADA 解決方案
支持OPC-To-The-Core ™ 技術(shù)、SNMP、BACnet 和數(shù)據(jù)庫連接
跨媒體、面向?qū)ο?OPC 報警和報警發(fā)布管理技術(shù)
支持冗余和服務(wù)器集群，提供穩(wěn)定、可靠的冗余技術(shù)
防火墻和廣域網(wǎng)應(yīng)用透明友好、易于無線設(shè)備集成
多語言切換和可重復(fù)使用的全局別名
強大的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)
支持基于日歷的排程調(diào)度技術(shù)
4. 項目的系統(tǒng)架構(gòu)與軟件配置
本項目實現(xiàn)從集團風(fēng)場信息匯總、查詢、分析到單臺風(fēng)機所有實時和歷史數(shù)據(jù)的展現(xiàn)、查詢等功能；并實現(xiàn)對各個風(fēng)場和風(fēng)機的三維立體實時展現(xiàn)；與此同時，整個集團的資產(chǎn)也在GEO SCADA系統(tǒng)中通過Microsoft Bing Map 實現(xiàn)實時展現(xiàn)、查詢等。系統(tǒng)架構(gòu)和主要功能模塊如下圖所示。
本項目軟件的架構(gòu)與配置如下：
核心的應(yīng)用服務(wù)器為250,000點GENESIS64三維HMI/SCADA軟件套件，該軟件包含開發(fā)和運行版授權(quán)，動態(tài)計算有效I/O點；Web服務(wù)器一臺，包含GENESIS64 Web 服務(wù)器授權(quán)；若干個WEBHMI64 客戶端開發(fā)/運行浮動授權(quán), 應(yīng)用于GraphWorX64, AlarmWorX64, TrendWorX64 和 GENESIS64 Workbench等GENESIS64組件的胖客戶端或瘦客戶端。此外系統(tǒng)還包括GENESIS64 FrameWorX，Unified Data Manager，OPC-UA 數(shù)據(jù)網(wǎng)橋、數(shù)據(jù)聚合、全局別名等功能模塊。GENESIS64服務(wù)器內(nèi)置了冗余配置功能；最為未來可能的擴展，Web服務(wù)器亦可配置為冗余的方式。
實時歷史數(shù)據(jù)庫為100,000點的Hyper Historian企業(yè)版，支持高效的旋轉(zhuǎn)門和死區(qū)壓縮算法，支持內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、硬盤存貯兩種數(shù)據(jù)存貯方式；數(shù)據(jù)采集方面，支持基于TCP/IP OPC的遠程數(shù)據(jù)采集、斷網(wǎng)存儲轉(zhuǎn)發(fā)等功能，在本項目中主要通過OPC的方式進行數(shù)據(jù)采集。
5. 系統(tǒng)功能簡介
本項目實現(xiàn)了完整、典型的風(fēng)電SCADA系統(tǒng)的功能，主要功能如下：
a) 系統(tǒng)登錄與用戶管理
實現(xiàn)用戶登錄及角色切換（通過用戶名和密碼組合）、在線多語言切換、系統(tǒng)退出等。
b) 集團風(fēng)場GIS瀏覽(總覽及局部瀏覽、搜索查詢)
主畫面為EarthWorX64集成界面，可以實時監(jiān)控整個風(fēng)電集團所有風(fēng)場的KPI信息，KPI信息的展現(xiàn)通過SmartPin技術(shù)以直觀的方式顯示；在GEO SCADA畫面上放大或點擊后可進入?yún)^(qū)域公司、單個風(fēng)場的信息總覽，還可進一步深入到單臺設(shè)備，如風(fēng)機，變電站及測風(fēng)塔等。
c) 區(qū)域電力公司風(fēng)場信息瀏覽
區(qū)域公司的多個風(fēng)電場實時統(tǒng)計信息可以通過如下的列表顯示，這些信息包括：有功功率、無功功率、可利用率、風(fēng)機總數(shù)、運行數(shù)、停機數(shù)、待機、故障運行、風(fēng)場平均風(fēng)速、上網(wǎng)電量等及測風(fēng)數(shù)據(jù)、變電站數(shù)據(jù)、風(fēng)電場故障狀態(tài)信息等。點擊單個風(fēng)場進入風(fēng)場信息主界面如下圖右所示。
d) 風(fēng)場信息-風(fēng)機及變電站(3D/2D)
單個風(fēng)場的信息既可以以2D方式展示，也可以以3D的方式展現(xiàn)。本項目對風(fēng)場場景、風(fēng)機、附屬設(shè)施和裝置進行了三維設(shè)計，考慮到Web應(yīng)用，根據(jù)需要建立了精度適當(dāng)、B/S架構(gòu)下性能出眾的風(fēng)機及附屬設(shè)施的三維模型，并在GraphWorX64中進行了渲染。該模型將用于軟件界面中直觀的資產(chǎn)3D查看、設(shè)備和生產(chǎn)信息的靜動態(tài)展現(xiàn)、報警信息的瀏覽與確認、故障定位等。
亦可以傳統(tǒng)的2D方式顯示風(fēng)機及變電站信息如下。2D和3D方式后臺對應(yīng)統(tǒng)一的實時和歷史數(shù)據(jù)源。比如，本項目監(jiān)視記錄所有風(fēng)電場的變電站運行信息，如線路接線、開關(guān)狀態(tài)、母線電壓、關(guān)口表上下網(wǎng)電量、功率因數(shù)等。能夠?qū)φ麄€風(fēng)電場上下網(wǎng)電量生產(chǎn)數(shù)據(jù)做出詳細的日、周、月、季、年報表。
