采油厂生产实时信息系统建设专项方案.doc

采油厂生产实时信息系统建设方案v1.0 1 建设方案1.1 数据库应用规划 数据平台架构由4大模块构成：数据采集、数据中心、功能应用、对外接口。 数据平台 数据采集：从监控系统或生产元器件采集数据； 数据中心：包括实时数据库和关系型数据库； 功能应用：实时数据库系统提供功能应用； 对外接口：对外提供数据服务平台。1.1.1 功能规划设计 数据平台必要提供平台配备与管理、数据分析、报警告知、数据展示等工具。功能规划1.1.1.1 数据分析规划 数据平台重要数据分析工具包括：趋势分析、历史过程回溯、自定义报表功、图分析.1. 趋势分析通过对现场生产过程数据收集整顿，提供实时、历史数据变化趋势分析。趋势分析工具需实现： 纵向分析法：从纵向对比同一设备不同步期指标数据，分析设备运营状况； 横向分析法：从横向对比不同设备同一指标数据，分析数据异常点； 原则分析法：将设备数据与原则数据对比，分析数据异常点； 综合分析法：各种分析办法组合。软件功能涉及： 实时、历史趋势时间段查询； 数据量程自适应及自由设定； 快捷周期调节。可以便进行10分钟、30分钟、1小时、8小时、1天、7天、1月等周期迅速设定； 多条趋势对比分析功能； 趋势分析标注、导出、打印等功能； 自由设定趋势颜色、背景等个性化展示。2. 历史过程回溯通过图形与历史数据结合方式，以画面方式再现过去某一历史时段运营工况，便于分析时间段内运营状况进行，进行事故追忆。历史规程回溯包括功能： 与过程监视画面完全一致历史规程回溯； 回放历史时间设定； 多幅过程画面同步播放； 历史趋势同步分析。3. 自定义报表分析自定义报表分析工具可以用于对作业区中各类生产指标辅助分析。自定义报表分析工具应满足： B/S架构所有报表绘制及发布过程均采用B/S架构方式。 迅速绘制。报表分析工具应提供EXCEL模版导入功能，进行迅速样式绘制。 多源报表同一张报表中数据可以来自各种不同类型数据源，各种不同类型数据源可以是同一数据库各种不同表，或是各种不同数据库，或者各种文献类型数据源。 报表版本为了满足不同报表使用需求，报表需建立不同版本号，并把报表使用和修改记录保存至日记中。 计算列和汇总对数据进行条件过滤，公式计算并对数据自动进行求和，平均，个数记录，最大值，最小值等。 可见即可得报表报表为可见即可得式，保证最后报表效果和制作一致。 一键式发布通过简朴操作即可实现报表发布。 定期生成依照报表生成频率 如日、周、月、季、年等，自动记录成果并生成报表。 成果推送报表系统具备各种灵活推送方式，将定期生产报表以EXCEL、PDF等各种文献形式发送至指定位置或是邮箱中。 权限控制和安全管理通过角色和顾客名进行各种控制，角色和顾客数据可以作为系统参数。除角色管理报表本地/远程设计，浏览，填报，表单权限，平台管理权限等还可以通过系统参数来进行数据源筛选或者细化到单元格数据显示样式控制，保证数据安全性。4. 示功图示功图是以抽油机光杆位移为X轴，以光杆所承受负荷为Y轴，绘制平面曲线图形。软件功能涉及： 示功图显示； 与原则示功图对比； 与12种典型示功图对比； 示功图回放； 参数显示，包括上行负荷最大值、下行最小值、冲程等； 示功图面积、产量计算，提供“单次产液量”和“日产液量”。1.1.1.2 报警告知规划在生产现场中包括着成千上万个测点和参数，这些参数一起共同反映了生产设备运营状况。现场生产管理人员核心工作就是在各参数变化过程中发现机组运营中也许存在问题，并及时加以调节和检修。但要现场生产管理人员在这些浩如烟海数据及其变化趋势中及时发现某运营设备也许存在问题绝非易事。作业区数据平台中，需完毕各类设备测点数据监视分析，为生产管理人员提供协助支持。1. 业务功能涉及：A：常规超限： 基于固定限值报警； 基于变化条件动态限值报警。B：基于设备报警信号报警。C：瞬变报警：测点单位时间内变化过大时报警。D：劣变报警：设定期间段内，测点上下限差值过大时报警。2. 软件功能涉及： 报警判断周期为1秒； 支持顾客自定义报警设定； 支持逻辑判断进行报警； 报警总量可达到测点总量20%； 支持实时报警数据显示； 支持历史报警数据查询； 支持报警表达式中测点进行趋势分析； 支持报警声音告知； 支持实时或历史报警数据导出； 支持报警级别定义、报警分类，并提供点名、报警级别、报警类别等条件过滤功能； 支持触发短信告知； 支持对外数据接口；1.1.1.3 数据展示规划实时数据库必要提供丰富数据展示工具，例如数据浏览、图形监视、数据快照、点信息查询等。1. 数据浏览数据浏览是实时数据库另一种展示。它把具备相似系统数据统一到一起查询、对比。软件功能涉及 查询:点击查询按钮依照几项基本属性查出符合条件测点； 选取列:通过“配备列”显示需要在表格中显示供查阅或导出列； 排序:点击表头，对查询成果根据该列排序； 弹出:弹出趋势，点信息，数据快照程序辅助查看测点； 导出:查询到表格中显示测点，可导出为CSV格式数据。2. 图形监视：生产实时监视可实时展示抽油机井内部构造，工作原理图，并在相应部位标注参数。软件功能涉及： 放大缩小图形； 图型间转跳； 图型上测点特殊状态特殊显示；例如超时或者报警； 图型自身计算点； 图型间转跳； 图型中趋势，棒状图等。3. 数据快照数据快照程序用于展示和导出测点在实时，历史某时间，历史区间值，应许多点同步操作。软件功能涉及： 点组管理； 添加点组； 删除点组； 重命名点组； 为点组增删点； 导入、导出点组； 查阅数据； 实时快照：测点实时值呈现； 历史快照：历史某时间测点值呈现； 历史区间快照：历史某时间段内，以一定期间间隔为单位，依次显示测点在各个时间值； 历史区间记录：历史某段时间内，点组中测点最大、最小、平均、流量值； 导出：导出正在呈现数据为CSV；4. 点信息查询用来查阅测点全面信息和属性。例如，采集属性，报警属性，实时值，计算表达式，配备属性等。软件功能涉及 点信息程序用于展示测点各个字段以及当前值。 从其她程序点中弹出并呈现该测点字段和当前值 依照键盘输入测点名呈现该测点字段和当前值1.1.2 数据采集方式设计(OPC,MODBUS,其她。)OPC,MODBUS,其她。数据库应具备丰富、完善与现场各种控制系统及智能装置原则接口，至少应涉及通用生产系统和Siemens、Modicon 、AB等PLC系统以及其他通用或专用系统等。假设，现场提供数据采集接口，并提供相应文档阐明，则该数据应当有相应数据接口支持。数据采集基本构造如图：1. 数据采集构成： 数据源：各类生产系统和PLC。 数据采集程序：数据采集是一种规约转换过程，将不同厂家不同规约实时信息转换成统一原则格式进行通讯。 实时数据库：将数据送到实时数据服务器中进入后续解决。OPCModbusT3000数据源数据采集实时数据库I/O 驱动上位机实时数据库服务器2. 采集程序必要提供但不限于如下功能或规定： 数据接口安全，包括不影响正常生产、不影响数据平台正常运营； 采集接口支持TCP/UDP、RS232/RS485等各种网络接口合同； 支持本地数据缓存，可以在网络中断或者其他无法进行正常数据发送状况下，将过程数据暂存于本地，待故障排除后，再将数据送入实时/历史数据库。数据缓存区大小可按需配备。 采集频率：1秒； 提供统一接口程序，实现各种接口数据采集操作方式统一；3. OPC数据采集规定 支持中文字符标签 标签名字长度不限制；1.1.3 数据库规划设计依照作业区详细状况，数据库点数规划5万35万。 实时数据库规划须体现随着实时数据库点数增长，对服务器硬件和网络条件不同规定。1.1.3.1 数据库采集与解决规划重要阐明一台服务器负责采集多少点最优，压缩比，采集频率、硬件配备状况数据库压缩率每采集点可配备。在采集频率1秒，压缩率为采集点量程0.5%条件下，35万点数据规模硬件配备。设备类型设备名称参数数据库服务器IBM 38504CPU，2.13GHz主频，32GB内存，300GB硬盘。磁盘阵列IBM DS3512/35242.5TB1.1.3.2 历史数据存储规划历史数据存储方式、变化采集还是定期采集，历史数据存储时长、以及历史数据备份办法 数据存储于磁盘阵列，数据备份介质可以选取磁盘、磁带、关盘刻录等。 实时数据库推荐数据采集为每秒定期采集，数据库必要具备高效数据压缩算法。 历史数据存储时间长度不低于，访问不同步间段数据访问速度基本一致。即，访问昨天历史数据与访问5年前历史数据具备基本一致访问速度。 历史数据备份支持每天增量备份。实时/历史数据存储于磁盘阵列，2.5TB可以保存3年以上数据，数据备份于其她磁盘或磁带，普通采用每天定期增量存储。openPlant历史文献是每天产生一种存储文献，因此历史数据备份使用各种操作系统自带定期任务，把每天生产历史文献拷贝出来就可以。1.1.4 数据库点规划设计1.1.4.1 数据点命名实时数据库解决重要对象为从现场各控制系统采集来各测点实时数据，为了统一管理这些数据，保证数据唯一性，openPlant实时数据库采用了“数据库名.实例名.节点名.点名”多维构造，对进入系统所有采集点、手工输入点、计算点进行统一规划和属性定义，保存控制系统原有点名，使采集数据在全厂范畴内得到统一管理并易于查询，为公司数据集成应用提供便利；openPlant实时数据库系统采用分布式架构，轻松应对集团级实时/历史数据管理规定。其中：RTDB：为数据库名称；惯用以表达二/三级单位Instance：为一种实时数据库实例。惯用以表达采油单位。Node：可以表达一种实时数据库实例中某个节点，如集输站，区域控制中心等。Point：表达某个采集节点中点。结合中石油特点命名规划可以做如下规划:1.1.5 对外接口规划设计数据库必要提供良好对外接口，包括支持原则通信规约数据交付、高性能编程接口SDK/API、稳定高效转关系数据库工具。1.1.5.1 数据交付规划数据交付重要用在将 数据库数据提交到油田公司级数据库中，规定 数据库提供但不限如下数据交付接口。1. OPC Server OPC (OLE for Process Control用于过程控制OLE)是一种应用广泛工业原则。 OPC Server必要提供完整安装包，安装过程必要包括本机DCOM组件安装，本机远程OPC配备； OPC Server向操作系统注册成服务，不需要界面，但必要提供实时采集点配备办法，当由客户端连接时可以自动启动服务。 提供OPC客户机远程DCOM自动化配备程序。 提供顾客访问权限控制。2. WebService项目实时系统数据量庞大，系统复杂多样。为有效整合数据，提高数据公共访问水平，规定数据库支持定制Web Service接口，并通过向公司服务总线注册服务方式对外提供数据服务功能。重要有如下功能： 支持取多点实时数据； 支持取多点同一时间点历史数据； 支持取多点同步一段历史时间数据； 支持取多点一段时间记录数据（记录数据包括平均值、最大值、最小值、合计值、方差值）。1.1.5.2 SDK/API使用方案数据库提供C/C+和JAVA两套API。其中C/C+API以动态库形式提供，任何能使用动态库编程语言（如：C/C+、.net、Python等）都能支持，包括Windows/Unix/Linux等各种操作系统支持。JAVAAPI则更能符合JAVA开发人员使用习惯，更不用以使用本地化组件方式来调用C/C+API。API必要提供但不限于如下功能： 实时数据库连接初始化：包括实时数据库IP，端口，超时等； 与实时数据库连接状态监测； 实时数据库库操作API本地缓存，数据库连接断开后再连接需要把本地缓存数据写到数据库； 支持取多点实时数据； 支持取多点同一时间点历史数据； 支持取多点同步一段历史时间数据； 支持取多点一段时间记录数据（记录数据包括平均值、最大值、最小值、合计值、方差值）。1.1.5.3 转关系数据库方案随着实时数据库应用不断进一步，顾客但愿可以有工具对实时数据库进行更多样、更自由、更复杂操作。通过实时数据库数据与各业务系统数据集成，来提高数据运用率，挖掘数据中蕴含价值。在典型数据报表及BI智能数据分析模块中，需要使用大量实时数据库中数据。实时数据库提供除提供API、数据交付等对外数据接口外，还必要提供与关系数据库进行交互方案，包括如下功能 关系数据库到实时数据库数据采集通过配备和布置服务即可实现关系数据库数据到实时数据库数据采集。 实时数据库到关系数据库数据记录服务在各类系统业务中，需要使用大量实时数据库中数据。依照数据挖掘基本原理，需要在实时数据库和业务展示层之间建立数据库仓库，将频繁使用指标按不同粒度进行抽取，以提高业务数据查询效率、减少实时数据库压力等。记录服务特点如下:1. 支持从实时数据库到关系数据库(Oracle、MySQL、SQL Server等)数据抽取转换。2. 自动触发数据记录任务，顾客无需关注。3. 支持顾客自定义数据记录周期、数据回补。4. 高精度数据记录。记录服务记录数据基于每秒原始数据记录，实现高精度数据分析。5. 支持自定义条件分析功能。顾客可依照系统分析规定，设定不同数据条件进行过滤分析。6. 支持大量数据记录设立。记录服务支持超过5000点，各类记录类型设立。数据记录类型涉及：1. 条件时间段分析。2. 指定期间点时刻数据。3. 时间段记录聚合数据（最大值、最小值、平均值、合计值）。4. 指定期间段满足条件聚合数据（最大值、最小值、平均值、合计值）。5. 支持数据超限记录，并提供次数、时长合计等功能。6. 支持链式条件分析。数据记录时间周期支持小时、日、月、年、班值、周、旬、季度等 自定义数据抽取实时数据库必要提供自定义数据抽取方案，可以胜任各种复杂数据抽取任务。数据源方面：支持所有主流数据源，如：MySQL、SQL Server、Oracle、Text、Excel、XML等，同步提供实时数据库访问接口，把实时数据库当成关系型数据库进行操作。数据转换方面：提供丰富数据转换组件，通过各组件自由排列组合，可以解决各种复杂业务，转换组件需涉及： (行转列、排序、分组、聚合、格式转换、数据过滤、数据关联等）。管理和调度方面：数据抽取任务也许会涉及各种抽取过程。抽取软件需提供对过程之间依赖关系、出错控制以及恢复解决流程管理办法。自定义数据抽取工具需按照多线程、分布式、负载均衡多层体系架构设计，支持时间及事件触发，提供统一任务管理平台。1.2 布置方案描述如何布置，软硬件准备，网络通讯等需求如下是针对单个作业区布置方案。1. 硬件环境序号设备名称设备型号布置位置单位数量1数据库服务器IBM 3850集团/采集单位台22磁盘阵列IBM DS3512/3524集团/采集单位台13WEB应用发布服务器IBM 3850集团/采集单位台14接口机研华工控机 610集输站台15隔离器/防火墙CISCO ASA5510集输站台16核心互换机CISCO C3750集团/采集单位台27数据二级互换机CISCO C2960集团/采集单位台212机柜集团/采集单位台113显示套件集团/采集单位台114光纤米15光纤收发器对16收发器机架台17屏蔽双绞线箱2. 软件环境序号类别名称布置位置单位数量1操作系统RHEL（Red Hat Enterprise Linux） 5.6 （64位）实时数据库服务器套22Windows Server （64位）WEB应用发布服务器套13Windows XP接口机套14实时数据库openPlant实时数据库 V3实时数据库服务器套15关系数据库Mysql5.5WEB应用发布服务器套16双机热备Linux-HA Hearbeat 3.0实时数据库服务器套17数据采集OPCDAS接口机套N12应用功能图形监视WEB应用发布服务器套113趋势分析WEB应用发布服务器套114点信息WEB应用发布服务器套115数据一览WEB应用发布服务器套116数据快照WEB应用发布服务器套117图形组态工具WEB应用发布服务器套118管理控制台WEB应用发布服务器套119数据接口API（C/C+ 和Java）、OPC Server等。WEB应用发布服务器套N3. 网络架构 布置网络架构图：4. 软件系统安装： 安装Redhat Enterprise Linux操作系统1. 插入Redhat Enterprise Linux第一张光盘，从光盘重新引导。2. 安装提示设立主机名，IP地址，网关，DNS等。3. 磁盘分区请注意：让Linux使用硬盘空闲空间，不要删除既有分区。4. 安装软件时选取“定制”，保证选上如下软件包： 图形化互联网 FTP 服务器 SQL 数据库 打开“细节”，选上mysql-server 遗留网络服务器 打开“细节”，选上telnet-server 开发工具 系统工具5. 按提示安装完毕。配备文献共享6. 重新启动后以root顾客登录。7. 添加sis顾客点击系统任务条应用程序系统设立顾客和组群添加顾客8. 设立Windows文献共享（Samba）点击系统任务条应用程序系统设立服务器设立Samba在Samba服务器设立首选项服务器设立工作组：mygroup 改为 workgroup首选项Samba顾客添加顾客添加sis顾客及其访问密码。9. 启动Samba服务应用程序系统设立服务器设立服务在服务设立左边一栏，选上smb，点击菜单下“开始”， 然后点击“保存”。 安装openPlant软件包1. 从网络或光盘拷贝openPlant系统软件到暂时文献夹，安装包：openplant-2.0.tar.gz2. 打开一种终端窗口，进入超级顾客 # su输入密码: 3. 执行安装 # gunzip openplant-2.0.tar.gz | tar xvf -# cd openplant-2.0# ./installer 4. 安装完毕，查看openPlant数据库、Tomcat Web 服务器等服务启动与否正常。 功能应用安装功能应用提成两某些，一某些是数据分析、数据展示发布于Web应用服务器，另一某些是数据库管理维护工具，发布于openPlant-client-3.2.0-win32.zip。Web 应用服务器安装：双击openPlant-web-server-3.2-win.exe，按提示安装。数据库管理工具安装：openPlant-client-3.2.0-win32.zip。解压，基本上就是选取目录和点击下一步，没有特别重要操作阐明。本安装包包括四某些工具：l CommandLine 命令行工具 l Console 控制台 l GBuilder 图型组态工具 l Simu 数据模仿工具 采集程序安装、配备openPlant采集程序没有做安装包，只要把相应文献拷贝到采集接口机上做相应配备就可以。采集程序包括文献：l OPCDAS.exe - OPC数据采集客户端程序l opcdas.xml - 数据采集配备文献l fkxt.txt - 采集点清单配备文献内容：opcdas.xml1000128 版本号：2.0 配备文献参数阐明：1. 数据库服务器Name -openPlant数据库服务器地址，按逗号分隔，支持2个冗余地址Port -openPlant数据库服务器端口max_plen -数据包最大长度，超过最大长度分次发送2. 采集数据源Name - OPC 服务器应用程序名或其她合同合同名称。Machine - 服务器网络地址，如果是本机设为空Retry -与否在发生故障后重新连接服务器Interval -数据包分次发送到数据库服务器中间停留间隔（毫秒）3. 采集节点Caption - 采集组显示名称Name - 采集组名称，可为空Subfix - 采集测点后缀File - 采集测点列表文献Node - 采集节点在数据库服务器中节点号。accessPath - 采集组访问途径，缺省为空varitype-OPC采集测点数据类型，缺省为空（采用服务端类型）update_rate-OPC采集组数据更新频率（毫秒）deadband-OPC采集组数据更新死区OPC采集项全名为：TopicName+“.” + 测点列表中点名 + Subfix测点列表文献测点列表文献给出了要发送点号、点名、点类型等信息。点号是测点在openPlant数据库中系统标记号；点号、点名、点类型均不容许为空；# 点号，点名，点类型(AX为模仿量，DX为开关量，I2 为短整型，I4为长整型)1， TE0001， AX2， PT0001， AX3， DX0001，DX4， DX0002，DX129 版本号：2.0 从不同数据源采集数据只需要配备“采集数据源”，从不同数据源采集数据配备举例：OPC数据采集从力控OPC Server中采集数据，配备文献如下：Modbus 数据采集T300数据采集 对外接口安装OPCServer安装1. 安装语言选取2. 选取安装途径3. 创立快捷方式4. 安装选项一览5. 完毕安装openPlant OPCServer配备配备文献：安装目录下server.xml。OPServer属性配备：Name：openPlant名称。Host：openPlantIP或是机器名称Port：openPlant端口Allow：配备使用点表。（注意：若没有配备则表达容许访问所有点。）远程opc配备1. 操作系统顾客 a) 在OPC服务器上用Administrator顾客建立一种拥有管理员权限顾客并设立密码，一定要设立密码，不能为空，如：顾客名：opcuser 密码：123 b) 在OPC客户机上用Administrator顾客建立一种相似拥有管理员权限顾客并设立相似密码，一定要设立密码，不能为空，如：顾客名：opcuser 密码：123，并用opcuser顾客登入。 2. 防火墙设立注：OPC服务器和OPC客户机上都要进行设立a) 关闭window自带防火墙。b) 如果不关闭windows自带防火墙，则需要在window防火墙管理界面上配备容许客户端程序访问权限和开放OPC通讯135端口。环节如下： 1） 防火墙设立2） 监控添加3） 端口设定4） 端口设定DCOM配备注：OPC服务器和OPC客户机都要进行设立 1） 开始运营输入：dcomcnfg 2） 打开属性切换到“安全”属性页，分别编辑如下4个选项。 3） 以上4个选项分别添加everyone顾客，并勾选上远程访问选项。 4） 在OPC服务器上，还要回到“组件服务”界面，打开DCOM配备，找到注册OPC服务器名称选项，打开它属性。 5） 启用交互式顾客（保证由客户机积极启动OPCServer时，数据也能正常刷新）（注：有时做好dcom配备后，需要重新启动电脑才起作用。所觉得了安全起见，建议最佳重新启动一下电脑，再做下一步）。 本地安全方略配备 注：OPC服务器和OPC客户机都要设立1） 打开“控制面版” - “管理工具” - 打开“本地安全方略” 2） - 安全选项”网络访问：本地帐户共享和安全模式”-属性 3） 选取“典型本地顾客以自己身份验证” 注意一点不能忘了这一步，否则会在连接OPC服务器时报“回绝访问”错误！5. 网络带宽计算据麦杰现场数据记录，10000个IO测点每秒传送数据平均需要带宽为：50kb。50万点需要带宽是：2500kb，即 2.5Mkb上传带宽。优化办法：对数据进行判断，变化数据才发送；修改上传频率，如果2s一次，带宽减半；数据进行压缩后来传播，整体上会导致集团侧与现场侧有1s延迟；1.3 材料清单在不同层级和功能模块，大概要采购软件数量、版本。openPlant实时数据库系统原则版本包括如下组件：序号软件名称布置位置单位软件版本数量/作业区1openPlant实时数据库集团/作业区单位套V312图形监视集团/作业区单位套V313趋势分析集团/作业区单位套V314点信息集团/作业区单位套V315数据一览集团/作业区单位套V316数据快照集团/作业区单位套V317图形组态工具集团/作业区单位套V318管理控制台集团/作业区单位套V319API（C/C+ 和Java）不限套V3不限10I/O驱动集输站套V3不限如果没有特别需求，购买原则版本实时数据库就基本能满足数据采集、存储和呈现需求。