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GEFanuc在发电厂生产数据监控系统中的解决方案

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2020年5月29日
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GE Fanuc产品在发电厂生产数据监控系统中的解决方案

　　随着电厂工业自动化以及信息化水平的提高,现代电厂也对生产现场的数据有了更高的要求,电厂企业管理决策层需要了解真实而重要的现场实时数据,了解生产现场的各台机组以及设备的运行状况;专业技术人员希望能够在厂内办公室计算机查看系统的实时画面,分析真实可靠的历史数据,为机组跳机事故分析及其它事故分析提供真实可靠的历史数据;同时又能高效、准确地保存电厂生产的大量珍贵的历史数据;更好地实现了电厂安全、经济运行,提升电厂的整体效益和竞争优势。

　　为了实现上述目标,当前在电厂应用中主要使用了两类方法,一类就是采用如Oracle等传统的关系型数据库保存来自生产现场接口计算机的实时数据,在客户端的开发上采用JAVA Applet,ASP服务器端脚本等和关系型数据库连接来实现应用的要求。这种方案由于没有考虑到电厂生产底层数据和办公等商业业务应用环境之间的区别,最明显的区别在于生产操作是实时进行的,要求极快的数据采集速度,很高的数据读写性能,而商业上使用的关系型数据库所擅长的是处理各种信息的关系。因此数据库服务器中就必须经过创立计划,存储过程,触发器和视图等来优化,同时糟糕的压缩算法使得对数据库和服务器的磁盘空间维护必须投入大量的精力。基于这些考虑,另外一类的解决方案采用了专用的生产实时历史数据库的解决方案,如OSISoft公司的PI实时数据库系统,GE Fanuc公司的Proficy Historian ,Wonderware公司的IndustrialSQL, ABB公司 PlantConnect以及国内的中科院软件所Agilor,清华同方 DCOSE-PH,南京明维 RealTerm,上海新华 XRTDB,上海麦杰 OpenPlant等产品。由于这些产品本身就是面向生产过程的数据采集,因此较好地解决了海量数据的采集,数据的压缩存储等问题。它们同时提供了良好的应用开发平台和接口,节省了长期维护和开发的成本,因而在电厂生产数据系统中得到了广泛的应用。下面就以GE Fanuc公司的产品举例说明在发电厂生产数据监控系统中的应用。
　　功能较为齐全的生产数据监控系统解决方案,我们可使用GE Fanuc公司的Proficy HMI/SCADA – iFIX(人机界面/ 数据采集与监控),Proficy Historian(厂级数据仓库,原名iHistorian),Proficy Real-Time Information Portal(企业实时信息门户,原名:infoAgent)这三个产品来组建。系统架构能够简单地表示如下:

　　图1:生产数据监控系统架构示意图

　　Proficy HMI/SCADA – iFIX
　　它是GE Fanuc公司的人机界面/ 数据采集与监控软件,在工业控制SCADA软件中获得了广泛的应用,它丰富的数据采集驱动接口能够采集分散在电厂各个不同的DCS系统或辅控可编程控制器PLC系统上的实时数据,实时数据库的配置和管理采用类似于Excel表格方式的管理,同时它还提供一套人机界面的开发工具iFIX Workspace,其中包括许多生产现场的图符,只要经过鼠标的拖放等简单的动作就能够达到与现场DCS系统人机界面一致的流程图效果,将现场采集的实时数据直观地显示在用户面前,从而实现远程工艺流程监控,系统的开发和维护非常简单。其开放的实时数据编程接口EDA(Easy Data Access),历史数据编程接口HDA(Historical Data Access)以及SM2(模拟驱动)应用非常灵活,经过自己编写接口程序就可将数据直接写入iFIX的实时数据库中,该产品在厂级生产数据监控系统中主要实现生产实时数据的采集以及生产流程图画面的显示。图2中的一部分就是我们在iFIX中模仿西门子公司DCS系统Teleperm XP的OM650操作员界面的生产流程图画面,效果是比较逼真的。
　　Proficy Historian
　　它是GE Fanuc公司的厂级数据仓库软件,其前身就是iHistorian,当前的最新版本是3.0。Proficy Historian提供了如:iFIX实时数据收集器,CSV/XML文件收集器,OPC收集器等种类丰富的历史数据收集工具,iHistorian 具备百毫秒级的数据采集速度,毫秒级的过程数据时间分辨率,高达 0个数据/秒的数据存储速度和每秒 0个数据/秒的数据回取速度以及单机10万个过程数据点的采集能力,是当前世界上最快的实时数据库,能够经过定义采集器的过程数据采集死区来优化采集数据量、经过定义过程数据的变化率能够优化数据存储,还能够经过内置的管理配置程序或者浏览器在任何地方管理任何一台iHistorian服务器:能够进行组态数据点、配置采集时间、数据文件管理。和关系型数据库相比较,在数据库管理和应用时无需编制任何程序,简化了系统的维护工作量。另外它还提供了开放的SDK编程接口,极大地提高了产品的应用灵活性。该产品在厂级生产数据监控系统中主要用于生产历史数据的高速采集和高效存储。

　　图2:部分用户界面和功能

　　Proficy Real-Time Information Portal
　　它是GE Fanuc公司的企业实时信息门户软件,是基于WEB的解决方案。当前的版本为2.0。它采用本地或者远程的API来连接上面的实时和历史数据库,并经过JDBC驱动来连接关系型数据库。由于它提供了丰富的图形对象库,如:饼图棒型图,图表,表格,曲线等组件,因此能够方便地进行WEB画面开发和配置,发布数据源中的数据。它还可直接将iFIX上的实时生产流程画面以WEB的方式发布,甚至能够将它理解为是在浏览器(如:Internet Explorer)上运行的iFIX软件。而这些只是它所能够提供的功能的一部分。该产品在厂级生产数据监控系统中主要是作为基于WEB解决方案的工厂范围的高级数据分析工具。
　　采用上述解决方案能够满足电厂对生产数据监控系统的要求,而且整个系统的配置和维护都非常方便,当前国内的广东核电大亚湾、岭澳核电站工业计算机数据采集CKD系统,曲靖电厂的厂级监控系统,益阳电厂均使用了该解决方案。图2就是我们在试验平台上,利用上述产品开发的一些用户界面和功能。
　　上述系统在软件的投资上较为庞大,我们提出了一种简化的解决方案,该方案只采用GE Fanuc公司的iFIX软件以及iWebServer软件,由于iFIX自带的实时和历史数据功能,能够利用iFIX的实时数据存取接口EDA和历史数据存取接口HDA进行开发。该解决方案利用成熟稳定的SCADA软件,并在其基础上进行二次应用开发,使得任何人员都能够在办公室的计算机上经过浏览器了解生产现场的情况,进行数据分析。该解决方案投资少,却能满足当前大部分电厂的应用要求,同时系统具有良好的可扩展性。华能国际电力股份有限公司实时监管系统中遍布全国35家电厂的厂站侧系统就采用了该解决方案。
　　在这个方案中我们能够在WEB服务器上利用iFIX软件提供的编程接口编写一个服务器端运行的ASP组件,该组件负责读取iFIX的实时和历史数据(如图3所示);再开发一个iFIX历史数据曲线显示的ActiveX控件,嵌入在IE浏览器中,利用服务器端的ASP组件与ActiveX控件交互的方式读取iFIX历史数据并以曲线的方式显示出来(如图4所示)。而实时流程画面以及实时曲线的功能则由iWebServer来实现。

　　图3:经过服务器端的ASP组件方式读取并显示历史数据

　　近几年,国内提出了厂级监控信息系统(SIS－Supervisory Information System)的概念,并进行了推广,其实质就是一套针对发电企业生产实时和历史数据的数据仓库系统,它负责收集各台机组DCS(分布式计算机控制系统)的实时数据,进行存储,使之成为整个发电企业生产数据的中心,可提供全厂生产过程的实时监视、管理和优化,以及负荷调度、发电机组性能计算和分析、主机和主要辅机故障诊断、设备寿命计算和分析、设备状态监测和计算分析等功能。当前国内厂级生产管理及监视信息系统(SIS)正处于应用探索阶段,原来在SIS系统投标时所要求的一些先进优化控制、设备维护、寿命管理等功能模块还无法得到完全的开发和应用,系统往往采集存储了大量的数据,可是却无法对其进行进一步的数据挖掘处理,采购的昂贵的硬件设备由于没有软件功能而成为一种摆设, 其效益至今未能如设想的那样发挥出来。因此发电厂组建一个较为成功的生产数据管理系统,必须主要解决以下三个技术环节:一、应根据自己的实际需求来搭建生产数据监控系统,分步实施,不应要求一步到位,同时应为系统的扩展预留接口;二、必须了解电厂的DCS系统以及相关的控制系统的数据通讯采集接口,以便于将符合要求的实时数据引入生产数据监控系统;三、必须熟悉用于组建生产数据监控系统的各个软件的应用功能以及开发步骤,以便于开发出符合电厂需求的功能模块。这样我们才能充分利用应用软件提供的强大功能,建立全厂专业级实时数据库,在充分考虑和设置生产系统的网络安全的前提下,采集和存储全厂生产过程数据,在生产和管理之间的架起坚实的信息桥梁。