應(yīng)用背景
鋼鐵企業(yè)的能耗占全國(guó)能源總產(chǎn)量的很大部分1。為了提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為了加快企業(yè)生產(chǎn)管理的信息化和生產(chǎn)的自動(dòng)化，鋼鐵企業(yè)目前迫切需要采用企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)建立全公司統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)息集成平臺(tái)。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)把全公司各分廠的控制系統(tǒng)連接起來(lái)，把各分廠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，并為上層能源管理系統(tǒng)應(yīng)用，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)。
解決方案
應(yīng)用概要
根據(jù)能源管理生產(chǎn)工藝的銜接與管理需要，本應(yīng)用內(nèi)容包括：
1) 通過(guò)數(shù)據(jù)接口站實(shí)時(shí)采集各控制系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
2) 建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，集成實(shí)時(shí)信息；
3) 提供生產(chǎn)工況圖、歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖、報(bào)表分析工具；
4) 提供與上層管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互、轉(zhuǎn)發(fā)等開(kāi)發(fā)接口。
系統(tǒng)架構(gòu)
實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)具有海量存儲(chǔ)、高效壓縮、方便恢復(fù)等特點(diǎn)，非常適合EMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集量大，來(lái)源多、種類雜、采集數(shù)據(jù)變化頻繁的特點(diǎn)?，F(xiàn)在在鋼鐵工業(yè)使用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品都由國(guó)外專業(yè)廠商提供。。本項(xiàng)目實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用GE 智能平臺(tái)的Proficy Historian3.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和Proficy Realtime Information Portal 3.0 數(shù)據(jù)可視化分析及WEB發(fā)布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和生產(chǎn)信息WEB發(fā)布系統(tǒng)的功能。圖1是整個(gè)信息自動(dòng)化系統(tǒng)分層、多級(jí)別結(jié)構(gòu)示意圖，虛線框內(nèi)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及WEB發(fā)布部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1 EMS系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
為了保證能源管理管理網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)控制、信息傳輸各部分的安全獨(dú)立機(jī)制，集團(tuán)自動(dòng)化部進(jìn)行了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2，采用安全可靠的隔離技術(shù)（例如網(wǎng)閘技術(shù)），在底層過(guò)程控制系統(tǒng)（PLC、DCS等）實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立數(shù)據(jù)傳輸通道，同時(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與上層能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間基于信息網(wǎng)應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)SDK開(kāi)發(fā)工具包或OLE DB提供的開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口建立數(shù)據(jù)傳輸通道。能源管理系統(tǒng)基于管理網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)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。
圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)部分
考慮到車間設(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)，我們充分利用實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了分類，針對(duì)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(shí)、準(zhǔn)確的進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。具體數(shù)據(jù)分類及流向如圖3所示。
圖3數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)流
通過(guò)建立企業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，為生產(chǎn)管理信息化建設(shè)提供現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。通過(guò)建立通用的網(wǎng)絡(luò)客戶端平臺(tái)，把實(shí)時(shí)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(gè)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(wèn)這些信息。系統(tǒng)解決方案目標(biāo)如下：
為企業(yè)決策層提供必要、及時(shí)、可靠的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程數(shù)據(jù)
提升生產(chǎn)制造的體系架構(gòu)
將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成企業(yè)管理的智能應(yīng)用
充分利用和保障ERP以及管理系統(tǒng)投資
集團(tuán)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源種類廣泛，按設(shè)備分包括： SIEMENS系列PLC S5/S7300/S7400/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?jī)x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(kù)、文檔型(CSV/XML/TXT)采集（包括手動(dòng)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(kāi)發(fā)程序從關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（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。
數(shù)據(jù)可視化分析及WEB信息發(fā)布部分：
在的信息發(fā)布系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)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。
基礎(chǔ)業(yè)務(wù)平臺(tái)
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(tái)框架。
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(shí)數(shù)據(jù)源（含OPC、iFIX等）、歷史數(shù)據(jù)源、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)接口（JDBC數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)）等。
能源生產(chǎn)實(shí)時(shí)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(shí)參數(shù)都以只讀的方式從DCS/PLC上采集上來(lái)，不進(jìn)行操作。它可集成多套DCS/PLC的數(shù)據(jù)。
歷史趨勢(shì)分析
對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中所記錄的所有數(shù)據(jù)都可以用曲線的形式顯示出來(lái)，以供參考和分析。提供的趨勢(shì)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。
實(shí)時(shí)、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(kù)引擎驅(qū)動(dòng)，并且通過(guò)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)易操作的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)接口，建立靈活的SQL語(yǔ)句查詢系統(tǒng)，根據(jù)不同的查詢條件對(duì)實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類檢索，達(dá)到快速提取數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)再現(xiàn)的WEB式用戶數(shù)據(jù)交互功能。例如可以按車間和介質(zhì)參數(shù)等分類條件，查詢用戶急需的某一類數(shù)據(jù)。再結(jié)合時(shí)間段條件及其他給定的查詢條件，就可查詢目的數(shù)據(jù)點(diǎn)在某一段時(shí)間內(nèi)的所有歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)還支持查詢參數(shù)的用戶交互，組合條件查詢，即給予一個(gè)或多個(gè)查詢條件，就可根據(jù)所給予的條件將所有符合條件的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)據(jù)網(wǎng)格中。
能源理生產(chǎn)報(bào)表
根據(jù)相關(guān)生產(chǎn)信息利用SQL語(yǔ)句連接其他信息系統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)生成各類生產(chǎn)調(diào)度圖表以及生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等綜合報(bào)表。
圖4 能源管理系統(tǒng)報(bào)表系統(tǒng)人機(jī)界面
實(shí)施結(jié)果
通過(guò)應(yīng)用實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)部署的集團(tuán)能源管理系統(tǒng)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了如下的目標(biāo)：
• 整合了企業(yè)過(guò)程控制能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，解決了企業(yè)中多種、多套過(guò)程控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)、集成、管理問(wèn)題；能夠滿足企業(yè)多工段、多車間、多過(guò)程集成需要。
• 從全廠生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)方面收集能源信息，并按照全廠信息模型組織這些數(shù)據(jù)，為能源利用優(yōu)化和能源平衡打下良好基礎(chǔ)。
• 通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤企業(yè)各車間能源消耗、操作人員、過(guò)程信息和設(shè)備信息，使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理人員對(duì)企業(yè)的能源使用有全面、細(xì)致的把握。
• 全面標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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，有利于使用各種模型進(jìn)行成本核算和能源使用預(yù)測(cè)分析。
• 實(shí)現(xiàn)可視化的能源管控中心，相應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的仿真，使鋼鐵企業(yè)發(fā)展成能源友好型綠色企業(yè)。
