iHistorian在電廠廠級實時監視系統中的解決方案

一、簡介　　　　 
　　1、背景與現狀　　　　 
　　隨著工業自動化技術的飛速發展，電力系統自動化程度的不斷提高，以及企業實時歷史數據庫的推出和應用的拓展，企業對分散控制系統及其自動化監控系統所產生的現場實時數據有了更多的要求。目前絕大多數電廠都保存了大量的數據，但這些數據往往分散在不同的計算機或控制系統上，不能統一的存儲、調用和管理，各個控制系統是互不相連的自動化孤島，許多問題因無法采集到足夠的數據進行綜合分析而難以得到合理快捷的解決方法。　　 
　　目前國內廠級生產管理及監視信息系統(SIS)正處于應用研制階段，而且整個系統投資較大。益陽電廠廠級實時監視系統在系統策劃時按整體規劃分步實施，充分利用原有MIS和DCS的原有資源，在MIS和DCS及輔控系統之間建立全廠專業級實時數據庫，完成全廠生產過程數據的采集和存儲?！　　　?nbsp;
　　2、目標　　　　 
　　本系統把生產過程中的實時數據作為企業智能應用數據利用，建立全廠專業級實時數據庫，同時建立實時和歷史數據查詢系統及數據庫維護系統，為實現經濟分析、事故分析功能提供真實可靠的數據依據；最后將生產現場帶至公司管理與決策者的面前。系統能利用先進、成熟的信息技術手段建立集全廠的生產過程自動化和管理信息現代化的信息網絡，為實現整個電廠的安全、可靠、經濟運行及提供高效、準確、及時的管理手段，提高企業自身的競爭力，以迎接電力系統廠網分開、竟價上網等一系列改革措施的實施，為適應電力市場逐步進入市場經濟時代奠定基礎?！　　　?nbsp;

　　二、方案設計　　　　 
　　1、設計前結構分析　　　　 
　　1.1、DCS：益陽電廠的DCS系統采用了ABB Bailey InFi90 DCS系統（見圖1）?！　?BR>  
每臺機組設控制環網一個，兩臺機組間設有公共環，并在2臺機組有網橋連接，在公共環上通過專業接口（ICI）引出通訊數據（約7000點）到MIS數據庫服務器。Bailey Infi90 DCS系統提供了計算機接口單元，使DCS系統能與其他計算機進行通信。這個計算機接口單元（INICI03）由三個模塊組成，分別是INICT03，INNIS01和IMMPI01模塊?！　?nbsp;
　　該DCS系統的歷史數據庫分散在DCS各操作站，時間分辨率低，存儲時間短，數據容量小，不能準確記錄事故情況下機組各參數的實際值，為事故分析帶來很大的不便，甚至無法進行事故分析。特別在機組運行中發生事故，不能立即查明事故原因，給機組的恢復帶來困難，延長恢復時間，對機組安全、經濟運行造成影響?！　　　?nbsp;
　　1.2、輔控：水、煤、灰網有部分數據（20%總量）通過操作員站串口引入DCS，在DCS上可實時監視輔控系統重要界面?！　　　?nbsp;

　　2、系統解決方案　　　　 
　　2.1、方案結構（見圖2）

- 接口機利用OPsconOPC Server按照SCSI通信協議通過NIU對infi90 DCS系統進行實時通信；　　 
　　- 一方面OPscon OPC Server將采集到的實時數據送至本機的iFIX SCADA建立過程數據庫，另一方面并利用iHistorian OPC采集器將當地OPscon OPC Server中的實時數據送至iHistorian建立歷史數據庫；　　 
　　- 安裝在歷史數據服務器上的infoAgent Server提供建立歷史數據分析界面的Web服務；　　 
　　- 客戶端(iClient)從iHistorian上調用歷史數據并直接從兩個接口機（iFIX SCADA）上調用過程控制數據，同時iClient通過內嵌IE實現對infoAgent Server的訪問?！　　　?nbsp;
　　2.2、系統軟件說明　　 
　　2.2.1、接口軟件　　 
　　OPscon對BAILEY DCS具有直接的OPC Server能力，同時對Intellution的iFIX產品提供了針對Bailey DCS的多種工具，組態方便、快速，可靠性高；而且提供了畫面轉換、數據庫同步等多種工具。可以很方便的實現Bailey DCS畫面和數據庫與iFIX之間的轉換，而無需重新開發界面和數據庫。OPsCon OPC Server使用塊導向和例外報告兩種方式獲得高速通訊，從DCS上采集實時數據。　　 
　　OPscon OPC Server提供了所有的通信功能，提供了三個接口：　　　　 
　　■Intellution HMI 接口：用于過程圖形顯示的數據。 　　　　 
　　■OLE（Object Link and Embed）自動控制接口：用于在OPsCon 上組態通訊通道，模件和標簽。 　　　　 
　　■OPC接口：用于支持OpsCon的其它許多功能，也用于第三方OPC client 的應用。利用其OPC接口和與歷史數據服務器的OPC 采集器連接，將數據送入歷史數據庫中。 　　　　 
　　2.2.2、實時數據服務器軟件　　利用Intellution的實時歷史數據庫iHistorian作為全系統核心數據平臺，并采集現有DCS控制系統的實時數據。iHistorian作為新一代的實時歷史數據庫平臺，可以在極高的速度下采集，歸檔并發布大量實時的現場過程信息。 　　　　 
　　歷史數據服務器主要完成兩方面的功能:　　　　 
　　■建立和維護實時歷史數據庫，從接口機中的OPC采集器中獲取數據，并以Server形式將數據提供給客戶端。采集器采集的數據經過壓縮存放在該服務器中，用戶可以在任何工作站上對數據庫進行管理維護。 　　　　 
　　■作為歷史數據分析客戶端的WEB服務器，利用Microsoft 的Internet 信息服務（IIS），將歷史數據提供給瘦客戶以IE的方式來分析和瀏覽歷史數據。 　　　　 
　　 
　　iHistorian 性能特點　　 
　　全球自動化軟件解決方案的領導者Intellution發布的iHistorian是一個全新的、企業級實時歷史數據庫平臺。iHistorian作為企業級實時歷史數據庫平臺，可以極高的速度采集、歸檔并發布海量實時的現場過程信息。iHistorian不論在性能、實用性及功能上都代表了企業級歷史數據的采集和管理的最先進水平。由于每一臺服務器可同時采集100,000數據點，iHistorian可以在不犧牲速度及性能前提下，即可采集、檢索大量企業級歷史數據。iHistorian可完全集成其它Intellution Dynamics的解決方案，包括iFIX（HMI/SCADA過程監視及控制軟件）、 iDownTime（設備及生產線停機管理專家系統，iDownTime可直接采用iHistorian采集的歷史數據）。通過iHistorian，可開發智能型企業應用，改善并集成現場操作、優化供應鏈管理?！　　　?nbsp;
　　2.2.3、應用客戶端軟件　　 
　　利用iFIX iClient Readonly作為整個系統的遠程客戶端，系統所有應用功能都在客戶端來實現。iClient可以實現畫面組態，實現對生產過程的分析管理。iFIX Clinet端不僅可以實時察看DCS及輔控系統的實時現場數據，又可以方便的查詢各數據點的歷史數據并形成歷史趨勢曲線及列表，還可利用內嵌的IE訪問infoAgent Server實現對iHistorian中的歷史數據的分析處理?！　?nbsp;
　　iClient主要完成兩方面的功能：　　　　 
　　■作為客戶端工具訪問接口機上iFIX SCADA過程數據并在客戶端以不同形式正確顯示。 　　　　 
　　■作為客戶端工具訪問iHistorian 數據庫中的歷史數據并在客戶端以不同形式查詢顯示。 　　　　 
　　iFIX是Intellution DynamicsTM 工業自動化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA解決方案。iFIX分布式、客戶/服務器結構包括了可靈活構造的服務器（SCADA Server）和客戶端（iClient 、iClientTS 和 iWebServer）。然而對用戶來說，iFIX卻是一個集成的完整系統，每臺計算機有自己的節點名，每個數據項都有自己的點名。iFIX網絡中數據的讀取都通過標識SCADA Server節點名、數據點名及數據域來識別。 　　　　 
　　iFIX 提供真正的分布式、客戶/服務器結構，為系統提供最大的可擴展性。無論Intellution客戶端應用，還是第三方或用戶自定義應用均可讀取SCADA Server實時數據。Intellution客戶端應用包括：實時動態畫面、趨勢、報表、批次控制、MES等。這些應用既可以與SCADA Server運行在同一臺計算機；也可通過局域網、Intranet、Internet 分布在網絡中不同的Server 或Client節點上運行?！　　　?nbsp;
　　2.2.4、數據分析客戶端軟件　　　　 
　　本系統采用基于Web的infoAgent軟件建立智能化的過程數據分析平臺。為了在同一客戶端實現歷史數據分析，所以歷史數據庫服務器同時也作為數據分析的Web服務器。infoAgent 的數據取向如下圖所示：　　 

infoAgent的客戶端都是瘦客戶端，無須安裝任何Intellution軟件，只需要IE瀏覽器即可。它通過歷史數據服務器所提供的infoAgent Web授權，直接在IE瀏覽器上運行infoAgent軟件，完成對iHistorian數據的界面開發及監控分析?！　?nbsp;
　　infoAgent強大的趨勢功能使得歷史數據得以利用和分析，它與iFIX中的趨勢功能有以下不同點：　　　　 
　　第一：它基于WEB的解決方案；　　 
　　第二：它對歷史數據的利用更充分，例如可以將數據導出到本地PC上的EXCEL或者其它應用，可以為每個趨勢圖定制個性化的界面，可以對趨勢圖進行分離顯示，提供了毫秒級的趨勢顯示等；　　 
　　第三：它提供了與不同應用的連接集成，如它可以嵌入到iFIX中。
    2.3、系統配置　　　　 
　　2.3.1、軟硬件配置　　　　 
　　歷史數據服務器：DELL 4600 Intel至強1.8G CPU/1024MB/2X72G SCSI　　 
　　接口機：P4 1.7G/512M/20G　　 
　　數據交換機：3COM 3300SM 1Gigabit/24RJ　　 
　　實時數據庫軟件：iHistorian server 30000 points　　 
　　數據分析軟件: infoAgent client Pack 5user　　 
　　實時監視SCADA軟件：2 iFIX Plus Scada Pack Unlimited　　 
　　過程監控客戶端軟件: iFIX iClient Read Only 15PK Keyed　　 
　　接口軟件：OPSCON Server 　　 
　　操作系統：Windows 2000 Server、Windows 2000 Professional　　 
　　應用軟件：Office XP　　　　 

　　三、系統功能設計　　　　 
　　1、系統體系結構　　 
　　益陽電廠廠級實時監視系統是建立在iFIX 2.6開發平臺上并結合iHistorian歷史數據庫及infoAgent歷史數據分析軟件而開發的一個實時歷史數據庫系統，系統結構如圖4所示：　　　　 
　　2、功能設計　　 
　　以下列舉一些主要功能：　　　　 
　　2.1、考核指標查詢　　　　 
　　主要顯示對電廠運行的安全性、經濟性具有特殊意義的現場實時參數。常用的考核指標列表根據用戶需求對各種相關的參數進行比較（如圖5）。
　　2.3、系統配置　　　　 
　　2.3.1、軟硬件配置　　　　 
　　歷史數據服務器：DELL 4600 Intel至強1.8G CPU/1024MB/2X72G SCSI　　 
　　接口機：P4 1.7G/512M/20G　　 
　　數據交換機：3COM 3300SM 1Gigabit/24RJ　　 
　　實時數據庫軟件：iHistorian server 30000 points　　 
　　數據分析軟件: infoAgent client Pack 5user　　 
　　實時監視SCADA軟件：2 iFIX Plus Scada Pack Unlimited　　 
　　過程監控客戶端軟件: iFIX iClient Read Only 15PK Keyed　　 
　　接口軟件：OPSCON Server 　　 
　　操作系統：Windows 2000 Server、Windows 2000 Professional　　 
　　應用軟件：Office XP　　　　 

　　三、系統功能設計　　　　 
　　1、系統體系結構　　 
　　益陽電廠廠級實時監視系統是建立在iFIX 2.6開發平臺上并結合iHistorian歷史數據庫及infoAgent歷史數據分析軟件而開發的一個實時歷史數據庫系統，系統結構如圖4所示：　　　　 
　　2、功能設計　　 
　　以下列舉一些主要功能：　　　　 
　　2.1、考核指標查詢　　　　 
　　主要顯示對電廠運行的安全性、經濟性具有特殊意義的現場實時參數。常用的考核指標列表根據用戶需求對各種相關的參數進行比較（如圖5）。

    2.2、DCS流程圖　　 
　　主要對DCS上的數據以各種不同的方式顯示，基本風格以DCS原有畫面風格為準，適當添加了一些新的功能。所有的實時參數都以只讀的方式從DCS上采集上來，不進行操作。流程圖可上直觀的顯示設備流程圖、各設備的狀態及各節點的數據。用戶可在流程圖中對各子系統的運行狀態進行最直觀的監視。DCS流程圖由四個部分組成：鍋爐、汽機、電氣、輔機（如圖6）。　

    2.3、實時趨勢曲線圖　　 
　　實時趨勢曲線功能主要提供用戶瀏覽數據趨勢的功能。本監視數據庫系統在趨勢圖中為用戶提供了方便快捷的實時趨勢曲線查詢顯示功能。可通過下拉菜單選擇選擇不同的數據點，可在曲線圖中以多種方式顯示出在該時間段中該點的所有狀態，曲線圖可多級顯示以供不同的曲線相互比較，數據點的實時時間可隨意調節更改并不斷更新，在趨勢圖中可滑動時間光標以顯示不同時刻該數據點的數據，通過移動時間光標可在每一支筆上出現一個工具條提示，用以顯示數據值、時間、日期（如圖7）?！?BR>
    2.4、歷史數據查詢　　 
　　通過選擇適當的數據點及給予其相關的查詢條件，就可查詢該數據點在某一段時間內的所有歷史數據。系統還支持組合條件查詢，即給予一個或多個查詢條件，就可根據所給予的條件將所有符合條件的數據顯示出來，如根據時間、分區、時間間隔等來查詢各點的歷史數據（如圖8）。　　 

    2.5、歷史趨勢查詢　　對歷史數據庫中所記錄的所有數據都可以用曲線的形式顯示出來，以供參考和分析。（如圖9）。

    2.6、infoAgent歷史數據分析　　 
　　通過在iFIX中嵌入Web控件，可將infoAgent畫面嵌入到iFIX中。對infoAgent的所有操作都以Web方式進行。infoAgent比iFIX提供的趨勢曲線控件功能更為強大，在客戶端上有適當的權限可自行修改顯示環境設置，如增加或修改顯示畫面，infoAgent服務器自動保存并維護這些設置，以后用戶無論在哪里登錄服務器只需提供正確的帳戶服務器即會根據用戶的個性化設置顯示（如圖10）。　

    四、系統性能及運行狀況分析　　 
　　益陽電廠廠級實時監視系統共從DCS上采集的數據為18006，其中一號接口機采集的數據為8856個，二號接口機采集的數據為9150個。所有采集上來的數據在iHistorian中采取默認設置。iHistorian存儲量平均為66Mb/Days,每月存儲的歷史數據大小約為2G，每年約為24G，據iHistorian服務器120G硬盤空間來算，至少可以保存4年的歷史數據。　　　　 
　　■OPSCON通過SCSI從DCS上采集平均速度為4000－5000TAG/S,平均數據刷新周期<2S 　　 
　　■iFIX SCADA Server從OPSCON采集數據刷新時間<1S 　　 
　　■iFIX Client從iFIX SCADA Server采集實時數據的平均系統相應時間<1S 　　 
　　■iHistorian從OPSCON采集實時數據的采集速率為1S 　　 
　　■iFIX Client從iHistorian查詢歷史數據的平均系統相應時間<2S 　　■infoAgent Client從infoAgent Server查詢歷史數據的平均系統相應時間<2S 　　 
　　■iHistorian服務器CPU負荷平均為8％，iHistorian事件處理平均為1772Event/s　　　　 
　　益陽電廠廠級實時監視系統2002年12月投入運行，系統運行半年多未出現過數據丟失、通訊中斷等現象，并且隨著系統的運行時間增加，iHistorian數據庫文件壓縮的處理能力也越來越高，文件壓縮率也越來越高。 　　　　 
　　 
　　五、結束語　　　　 
　　益陽電廠廠級實時監視系統經過了長時間的穩定運行，在實際應用中對電廠企業管理決策層提供了更真實、可靠的生產實時和歷史數據，為電廠提供了科學、準確的生產經濟性指標；為電廠的安全穩發、成本控制、高效滿發提供了真實而重要的現場實時數據；實現了生產現場網絡和電廠管理信息網絡MIS的連接，使得任何人都可在授權的情況下在廠內辦公室計算機查看系統的實時畫面、分析iHistorain所采集的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，配合先進、科學、有效數據發掘工具，精確、專業的計算分析模型，保存和管理歷史數據使之成為電廠安全、經濟的運行的寶貴資源；更好地實現了電廠安全、經濟運行，提升電廠的整體效益和在未來競價上網中的競爭優勢。