應用背景

    為打造自動(dòng)化生產(chǎn)、集中式監控和信息化管理的新型卷煙生產(chǎn)線(xiàn)，蕪湖卷煙廠(chǎng)制絲線(xiàn)通過(guò)“十五”技改實(shí)施了功能較為完善的車(chē)間級生產(chǎn)信息管理系統，實(shí)現了對工藝質(zhì)量參數的過(guò)程監視與遠程設定、對設備運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監視與遠程控制、自動(dòng)故障報警與事件消息，設備、工藝、質(zhì)量等生產(chǎn)相關(guān)信息的遠程集中管理，為生產(chǎn)決策提供數據支持。

     信息的獲取、傳遞、處理、展示是生產(chǎn)信息管理系統的內在運行方式和主要任務(wù)，而數據作為信息的載體是系統的首要對象，生產(chǎn)信息管理系統從數據層面描述可以認為是以實(shí)時(shí)歷史數據庫為核心建立的一個(gè)數據中心。數據流通過(guò)特定的系統架構實(shí)現，系統設計采用了典型的“三層三網(wǎng)”架構，即最底層設備控制網(wǎng)、中間層集中監控網(wǎng)、最高層信息管理網(wǎng)。各種生產(chǎn)相關(guān)的過(guò)程數據作為生產(chǎn)信息的載體，由集中監控層的實(shí)時(shí)歷史數據庫系統通過(guò)采集器從底層上位采集，并傳送到信息管理層。實(shí)時(shí)歷史數據庫扮演著(zhù)關(guān)鍵的信息傳遞樞紐角色，必須保證底層數據獲取的實(shí)時(shí)性和可靠性，同時(shí)確保給信息管理層一個(gè)穩定的、便捷的數據接口。

     因此，數據采集系統特別強調了實(shí)時(shí)歷史數據庫平臺的選擇。

            
                                圖 1 制絲線(xiàn)生產(chǎn)信息管理系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

系統需求

    實(shí)時(shí)歷史數據庫平臺以標簽點(diǎn)的形式實(shí)時(shí)分布采集、存儲底層控制帶有時(shí)間序列性質(zhì)的過(guò)程數據、消息和報警或者其他外部應用數據，并針對這些數據提供實(shí)時(shí)管理和應用能力。實(shí)時(shí)歷史數據庫平臺的結構設計、系統配置、軟件編制，必須保證生產(chǎn)過(guò)程數據采集過(guò)程的實(shí)時(shí)性、數據的完整性，同時(shí)也必須滿(mǎn)足軟件平臺、硬件平臺的兼容要求，保證系統整體的可靠性，還需要保證系統及其數據的安全。此外，實(shí)時(shí)歷史數據庫平應具有開(kāi)放性和擴展性，以滿(mǎn)足企業(yè)不斷發(fā)展對信息綜合應用的要求。

具體說(shuō)必須滿(mǎn)足以下性能要求：

? 千位以上I/O 點(diǎn)采集能力；
    
      毫秒級的數據采集速度；

      嚴格的時(shí)間精度；
?
      強大的數據回溯能力；

?  開(kāi)放的歸檔訪(fǎng)問(wèn)接口；

     簡(jiǎn)便的組態(tài)和嚴格的安全管理；
   
     良好的容錯結構；

      在保證性能的前提下，盡可能減少硬件開(kāi)銷(xiāo)，做到經(jīng)濟存儲。

              
                                        圖2 制絲線(xiàn)信息管理系統功能目錄樹(shù)

    解決方案

    實(shí)時(shí)數據庫與傳統數據庫的本質(zhì)區別就在于其事務(wù)處理有定時(shí)限制。通常，普通的關(guān)系型數據庫例如Microsoft SQL Server系列數據庫產(chǎn)品由于傳統數據庫事務(wù)處理的串行化，限制了實(shí)時(shí)系統的事務(wù)執行的并發(fā)度，無(wú)法滿(mǎn)足數據采集大吞吐量的時(shí)間精度要求。

    起初的數據采集系統設計方案選擇使用與底層S7 系列PLC 同品牌的WinCC 作為HMI組態(tài)軟件并利用OPC 服務(wù)采集底層數據，再將這些數據傳給服務(wù)器上的Oracle 數據庫。

     這一方案在功能上基本可以滿(mǎn)足需要，但隨著(zhù)系統投入使用后，Microsoft SQL Server作為關(guān)系型數據庫，一個(gè)突出的缺陷暴露出來(lái)：數據壓縮能力不足。制絲線(xiàn)每天大批量連續生產(chǎn)導致數據歸檔大量增加，系統投入使用半年后，大量的數據記錄開(kāi)始導致磁盤(pán)空間不足并影響了整個(gè)系統的響應速度。為此，在增大磁盤(pán)空間的同時(shí)，需要定期對數據庫做維護，且維護間隔越來(lái)越短但花費時(shí)間卻越來(lái)越長(cháng)。為不影響生產(chǎn)，這類(lèi)維護往往又需要在停產(chǎn)期間進(jìn)行，這又與卷煙制造連續化生產(chǎn)的要求不適應。

     為徹底解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對諸多實(shí)時(shí)數據庫產(chǎn)品的比較，最終選擇了GE Proficy Histrian實(shí)時(shí)歷史數據庫。在兩臺WinCC 服務(wù)器上均安裝Historian OPC Collector，負責高速采集來(lái)自生產(chǎn)現場(chǎng)和中控系統的所以生產(chǎn)過(guò)程數據，一方面在實(shí)時(shí)歷史數據庫存儲以供歷史趨勢分析，另一方面完成對企業(yè)服務(wù)器中設置的生產(chǎn)事件模型進(jìn)行觸發(fā)。

            

                               圖3 Historian OPC 采集器運行對話(huà)框

           

                              圖4 Proficy Historian 管理器運行狀態(tài)圖


     Histrian具有超效的數據壓縮能力，采集器可進(jìn)行第一級數據壓縮(死區/例外更新)再加上歸檔采用斜率算法，實(shí)現高效數據壓縮。Historian將存儲的數據壓縮到只占磁盤(pán)極小空間，平均每個(gè)數據值只占3個(gè)字節。Historian每秒超過(guò)20000事件的高速持續存儲和檢索，Historian能夠為信息采集、存儲和檢索提供強大性能。Historian通過(guò)時(shí)間標簽使所有的采集器自動(dòng)與服務(wù)器保持時(shí)間同步，保證了精確的時(shí)間標簽分辨率。因此，既使各PC機時(shí)間不同，仍能非常方便快捷地創(chuàng )建基于事件時(shí)序的分析報告。采集器的存儲和轉發(fā)功能，可對已配置的采集點(diǎn)自動(dòng)采集，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)重新連接的方式保證與服務(wù)器的連接，從而確保數據的完整。

    Historian 簡(jiǎn)化了數據標簽的創(chuàng )建和組態(tài)，允許用戶(hù)瀏覽數據服務(wù)器，并在Historian中自動(dòng)創(chuàng )建數據標簽。這樣無(wú)需輸入任何數據就可以組態(tài)大量的數據標簽，避免發(fā)生輸入錯誤，并可以在幾小時(shí)內完成從應用程序的安裝到成千上萬(wàn)數據采集配置。Historian 支持豐富的數據類(lèi)型，包括數字、字符串和二進(jìn)制對象（例如文檔、圖像和其它文件）。Historian 為所有數據點(diǎn)建立索引，并可通過(guò)產(chǎn)品代碼和其它數據值實(shí)現數據檢索，大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程中或不同生產(chǎn)階段數據的比較和分析。同時(shí)，可以存儲和檢索包括插入值、平均值、最大值、最小值和標準偏差在內的計算值。Historian 還能夠對任何OPC 報警和事件服務(wù)器進(jìn)行采集，采集的數據通過(guò)Microsoft SQL Server 加上過(guò)程數據標簽，無(wú)需進(jìn)行任何配置。采集的報警和事件數據，存儲在單一的安全數據庫中，也可通過(guò)數據庫管理器同時(shí)對其進(jìn)行管理。

     Historian 具有開(kāi)放的應用接口，提供兩種標準接口，OLE DB 以及一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)套件(SDK)，并提供多種選配客戶(hù)端工具和應用程序。用戶(hù)可將Historian 集成到OLE DB 兼容的應用程序中，如 Microsoft Excel、Microsoft SQL Server，可嵌入Excel 報表，也可以用標準SQL 指令查詢(xún)數據、報警、事件信息。

    受益之處

    GE Proficy Historian以卓越的吞吐量和實(shí)時(shí)性表現為信息決策系統提供了豐富、準確、可靠的數據，并通過(guò)計算工具，對工業(yè)現場(chǎng)的生產(chǎn)數據進(jìn)行處理，實(shí)現了數據到信息的轉換。

    通過(guò)對生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監控，收集、處理生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數據以支持生產(chǎn)計劃的優(yōu)化分解，生成與生產(chǎn)調度相關(guān)的各類(lèi)資源計劃，實(shí)現生產(chǎn)集中調度的管理模式。通過(guò)“實(shí)時(shí)”過(guò)程和生產(chǎn)信息與歷史值的比較，可快速改善企業(yè)整體生產(chǎn)過(guò)程。

    借助Historian，上位的應用開(kāi)發(fā)都能夠得到數據支持。信息管理系統統對從Historian獲得的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、統計，并以可定制圖文報表的形式展示發(fā)布，為提高產(chǎn)品質(zhì)量及管理決策提供科學(xué)的數據依據，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平。

     參考建議

     類(lèi)似的系統可以考慮將Historian 企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據服務(wù)器結合Proficy iFIX SCADA系統，利用高級數據分析產(chǎn)品如iFIX 或Historian Excel 加載宏分析數據，通過(guò)ProficyPortal 可視化數據，再配合Proficy Plant Application 等Proficy 運營(yíng)管理工具，即充分利用Proficy 平臺化效能，盡可能將業(yè)務(wù)應變需求從技術(shù)瓶頸中解放出來(lái)，最大程度地實(shí)現業(yè)務(wù)的靈活性。

     關(guān)于GE 智能平臺

    GE 智能平臺是一個(gè)提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶(hù)提供用于自動(dòng)化控制的軟件、硬件和技術(shù)服務(wù)以及嵌入式計算。我們?yōu)橛脩?hù)提供一個(gè)獨特的，靈活的，超可靠的技術(shù)基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續的優(yōu)勢。GE 智能平臺是一家總部設在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業(yè)，是GE 企業(yè)解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)：www.ge-ip.com。