摘要： 本文介紹了利用工業生產實時歷史數據庫搭建發電廠生產數據監控系統的解決方案，并且以GE Fanuc公司的產品舉例說明其在實際生產中的應用。
關鍵詞：生產數據監控系統；Proficy HMI/SCADA - iFIX；Proficy Historian；Proficy Real-Time Information Portal；廠級生產管理及監視信息系統SIS
隨著電廠工業自動化以及信息化水平的提高，現代電廠也對生產現場的數據有了更高的要求，電廠企業管理決策層需要了解真實而重要的現場實時數據，了解生產現場的各臺機組以及設備的運行狀況；專業技術人員希望可以在廠內辦公室計算機查看系統的實時畫面，分析真實可靠的歷史數據，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據；同時又能高效、準確地保存電廠生產的大量珍貴的歷史數據；更好地實現了電廠安全、經濟運行，提升電廠的整體效益和競爭優勢。
為了實現上述目標，目前在電廠應用中主要使用了兩類方法，一類就是采用如Oracle等傳統的關系型數據庫保存來自生產現場接口計算機的實時數據，在客戶端的開發上采用JAVA Applet，ASP服務器端腳本等和關系型數據庫連接來實現應用的要求。這種方案由于沒有考慮到電廠生產底層數據和辦公等商業業務應用環境之間的區別，最明顯的區別在于生產操作是實時進行的，要求極快的數據采集速度，很高的數據讀寫性能，而商業上使用的關系型數據庫所擅長的是處理各種信息的關系。因此數據庫服務器中就必須通過創建計劃，存儲過程，觸發器和視圖等來優化，同時糟糕的壓縮算法使得對數據庫和服務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實時歷史數據庫的解決方案，如OSISoft公司的PI實時數據庫系統，GE Fanuc公司的Proficy Historian ,Wonderware公司的IndustrialSQL, ABB公司 PlantConnect以及國內的中科院軟件所Agilor，清華同方 DCOSE-PH，南京明維 RealTerm，上海新華 XRTDB，上海麥杰 OpenPlant等產品。由于這些產品本身就是面向生產過程的數據采集，因此較好地解決了海量數據的采集，數據的壓縮存儲等問題。它們同時提供了良好的應用開發平臺和接口，節省了長期維護和開發的成本，因而在電廠生產數據系統中得到了廣泛的應用。下面就以GE Fanuc公司的產品舉例說明在發電廠生產數據監控系統中的應用。
功能較為齊全的生產數據監控系統解決方案，我們可使用GE Fanuc公司的Proficy HMI/SCADA – iFIX（人機界面/ 數據采集與監控），Proficy Historian（廠級數據倉庫，原名iHistorian），Proficy Real-Time Information Portal（企業實時信息門戶，原名：infoAgent）這三個產品來組建。系統架構可以簡單地表示如下：
圖1：生產數據監控系統架構示意圖Proficy HMI/SCADA – iFIX
它是GE Fanuc公司的人機界面/ 數據采集與監控軟件，在工業控制SCADA軟件中獲得了廣泛的應用，它豐富的數據采集驅動接口可以采集分散在電廠各個不同的DCS系統或輔控可編程控制器PLC系統上的實時數據,實時數據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工具iFIX Workspace，其中包括許多生產現場的圖符，只要通過鼠標的拖放等簡單的動作就可以達到與現場DCS系統人機界面一致的流程圖效果，將現場采集的實時數據直觀地顯示在用戶面前,從而實現遠程工藝流程監控，系統的開發和維護非常簡單。其開放的實時數據編程接口EDA(Easy Data Access)，歷史數據編程接口HDA(Historical Data Access)以及SM2(模擬驅動)應用非常靈活，通過自己編寫接口程序就可將數據直接寫入iFIX的實時數據庫中，該產品在廠級生產數據監控系統中主要實現生產實時數據的采集以及生產流程圖畫面的顯示。圖2中的一部分就是我們在iFIX中模仿西門子公司DCS系統Teleperm XP的OM650操作員界面的生產流程圖畫面，效果是比較逼真的。
Proficy Historian
它是GE Fanuc公司的廠級數據倉庫軟件，其前身就是iHistorian,目前的最新版本是3.0。Proficy Historian提供了如：iFIX實時數據收集器，CSV/XML文件收集器，OPC收集器等種類豐富的歷史數據收集工具，iHistorian 具備百毫秒級的數據采集速度，毫秒級的過程數據時間分辨率，高達20000個數據/秒的數據存儲速度和每秒20000個數據/秒的數據回取速度以及單機10萬個過程數據點的采集能力，是目前世界上最快的實時數據庫，可以通過定義采集器的過程數據采集死區來優化采集數據量、通過定義過程數據的變化率可以優化數據存儲，還可以通過內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服務器：可以進行組態數據點、配置采集時間、數據文件管理。和關系型數據庫相比較，在數據庫管理和應用時無需編制任何程序，簡化了系統的維護工作量。此外它還提供了開放的SDK編程接口，極大地提高了產品的應用靈活性。該產品在廠級生產數據監控系統中主要用于生產歷史數據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據庫，并通過JDBC驅動來連接關系型數據庫。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畫面開發和配置，發布數據源中的數據。它還可直接將iFIX上的實時生產流程畫面以WEB的方式發布，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。該產品在廠級生產數據監控系統中主要是作為基于WEB解決方案的工廠范圍的高級數據分析工具。
采用上述解決方案可以滿足電廠對生產數據監控系統的要求，而且整個系統的配置和維護都非常方便，目前國內的廣東核電大亞灣、嶺澳核電站工業計算機數據采集CKD系統，曲靖電廠的廠級監控系統，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，利用上述產品開發的一些用戶界面和功能。
上述系統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據功能，可以利用iFIX的實時數據存取接口EDA和歷史數據存取接口HDA進行開發。該解決方案利用成熟穩定的SCADA軟件，并在其基礎上進行二次應用開發，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現場的情況，進行數據分析。該解決方案投資少，卻能滿足目前大部分電廠的應用要求，同時系統具有良好的可擴展性。華能國際電力股份有限公司實時監管系統中遍布全國35家電廠的廠站側系統就采用了該解決方案。
在這個方案中我們可以在WEB服務器上利用iFIX軟件提供的編程接口編寫一個服務器端運行的ASP組件，該組件負責讀取iFIX的實時和歷史數據（如圖3所示）；再開發一個iFIX歷史數據曲線顯示的ActiveX控件，嵌入在IE瀏覽器中，利用服務器端的ASP組件與ActiveX控件交互的方式讀取iFIX歷史數據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。
圖3：通過服務器端的ASP組件方式讀取并顯示歷史數據近幾年，國內提出了廠級監控信息系統（SIS－Supervisory Information System）的概念，并進行了推廣，其實質就是一套針對發電企業生產實時和歷史數據的數據倉庫系統，它負責收集各臺機組DCS（分布式計算機控制系統）的實時數據，進行存儲，使之成為整個發電企業生產數據的中心，可提供全廠生產過程的實時監視、管理和優化，以及負荷調度、發電機組性能計算和分析、主機和主要輔機故障診斷、設備壽命計算和分析、設備狀態監測和計算分析等功能。目前國內廠級生產管理及監視信息系統(SIS)正處于應用探索階段，原來在SIS系統投標時所要求的一些先進優化控制、設備維護、壽命管理等功能模塊還無法得到完全的開發和應用，系統往往采集存儲了大量的數據，但是卻無法對其進行進一步的數據挖掘處理，采購的昂貴的硬件設備由于沒有軟件功能而成為一種擺設, 其效益至今未能如設想的那樣發揮出來。因此發電廠組建一個較為成功的生產數據管理系統,必須主要解決以下三個技術環節：一、應根據自己的實際需求來搭建生產數據監控系統，分步實施，不應要求一步到位，同時應為系統的擴展預留接口；二、必須了解電廠的DCS系統以及相關的控制系統的數據通訊采集接口，以便于將符合要求的實時數據引入生產數據監控系統；三、必須熟悉用于組建生產數據監控系統的各個軟件的應用功能以及開發步驟，以便于開發出符合電廠需求的功能模塊。這樣我們才能充分利用應用軟件提供的強大功能，建立全廠專業級實時數據庫，在充分考慮和設置生產系統的網絡安全的前提下，采集和存儲全廠生產過程數據，在生產和管理之間的架起堅實的信息橋梁。
參考文獻：
1. GE Fanuc, iFIX Electronic Books
2. GE Fanuc, iHistorian Electronic Book
3. GE Fanuc, iHistorian SDK Help
4. GE Fanuc, Getting Started with infoAgent
5. Kevin Bernie，GE Fanuc Automation，歷史數據庫Vs.關系數據庫，Control Engineering China，2005
6. 劉勝，iHistorian在電廠廠級實時監視系統中的解決方案
7. （美）W.H.Inmon，《數據倉庫》，第3版，機械工業出版社，2006
8. （加）Jiawei Han，Micheline Kamber，數據挖掘概念與技術，第1版，機械工業出版社，2006
