張思銳(19710-)，1994年畢業(yè)于重慶大學(xué)自動(dòng)化系，獲得學(xué)士學(xué)位，高級工程師，工程碩士，注冊自動(dòng)化系統工程師,主要從事工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化檢測和控制系統的研究和工程設計工作。
 
    摘要：GE iFIX是全球領(lǐng)先的HMI/SCADA自動(dòng)化監控組態(tài)軟件，對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數做記錄和調出趨勢圖和歷史數據是它的一項重要和實(shí)用的功能，文中對過(guò)程參數的采樣、記錄、歷史曲線(xiàn)的參數設置進(jìn)行分析，以實(shí)現歷史數據記錄的高效和優(yōu)化。

    關(guān)鍵詞：iFIX；HMI；參數設置；歷史數據記錄

Abstract：GE iFIX is one of the leading HMI/SCADA software in the world. It is used in industrial process control widely. One of the most important functions of iFIX is to record important parameters and display its historical trend chart. This article analyzed the set parameters for historical recording, to get a high efficiency and optimized historical data storage.

    Keywords：iFIX; HMI; set parameters; historical data storage

    iFIX是全球領(lǐng)先的HMI/SCADA自動(dòng)化監控組態(tài)軟件，已有超過(guò)300，000套以上的軟件在全球運行[1]。世界上許多制造商采用 GE Fanuc的iFIX軟件來(lái)全面監控和分布管理全廠(chǎng)范圍的生產(chǎn)數據，包括冶金、電力、石油化工、制藥、生物技術(shù)、包裝、食品飲料、石油天然氣等各種工業(yè)應用。iFIX 功能強大、安全、通用性好，成為各種生產(chǎn)環(huán)境下全面的HMI/SCADA解決方案。

    1 iFIX的C/S網(wǎng)絡(luò )結構

    iFIX是開(kāi)放性好、應用廣泛的SCADA軟件，可以和多種PLC控制器如SIEMENS、GE、Modicon 等連接，實(shí)現人機界面和數據庫功能，并組成完整的控制系統。iFIX提供真正的分布式、客戶(hù)/服務(wù)器結構，為系統提供最大的可擴展性。iFIX分布式、客戶(hù)/服務(wù)器結構包括了可靈活構造的服務(wù)器 (SCADA Server) 和客戶(hù)端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer)[2]。包括：

    1.1 HMI/SCADA服務(wù)器 (SCADA Server)

    iFIX server直接連接到物理I/O點(diǎn)，并維護過(guò)程數據庫。過(guò)程數據庫中有多種功能塊可供選擇，包括：模擬量、數字量輸入輸出塊、計算塊、報警塊、累計塊、計時(shí)器塊、連續控制塊、統計塊及SQL功能塊等。

    1.2 iClient客戶(hù)端

    iClient是GE Fanuc 標準的客戶(hù)端軟件，它作為傳統的客戶(hù)端安裝在iFIX客戶(hù)節點(diǎn)上。通過(guò)在View節點(diǎn)設置適當的客戶(hù)端權限，用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)到網(wǎng)絡(luò )中任意SCADA Server中的數據。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫(huà)面、趨勢顯示、報表等應用都運行在iClient上。而且在網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)View節點(diǎn)上都能進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作，包括開(kāi)發(fā)畫(huà)面、構造SCADA Server中的數據庫。

    iFIX是一個(gè)集成的系統，每臺計算機有自己的節點(diǎn)名，每個(gè)數據項都有自己的點(diǎn)名。iFIX網(wǎng)絡(luò )中數據的讀取通過(guò)標識SCADA Server節點(diǎn)名、數據點(diǎn)名及數據域來(lái)識別。 采用C/S結構，整個(gè)控制系統有完整和統一的數據庫，即歷史數據的調取只從服務(wù)器iFIX server中讀取。

    C/S結構網(wǎng)絡(luò )圖如圖1所示：
                           
                                    圖1 C/S結構網(wǎng)絡(luò )圖
Fig.1 C/S configuration chart

    2 iFIX的歷史數據記錄

    iFIX歷史趨勢記錄提供了生產(chǎn)過(guò)程數據的采集、存儲和顯示功能。數據從SCADA服務(wù)器（或者SCADA節點(diǎn)）采集到歷史數據文件中，用戶(hù)能使用面向對象的圖表在Proficy iFIX工作臺中查詢(xún)、顯示歷史數據,進(jìn)行過(guò)程趨勢分析、過(guò)程數據存檔、監視生產(chǎn)的效率、設備維護分析、歷史過(guò)程數據分析。

    iFIX的歷史數據記錄的工作程序如下：
(1) 定義所需采集數據的標簽名（或者數據源）， 并定義采集組存放這些標簽；
(2）定義每個(gè)采集組的參數(節點(diǎn)、采集速度、相位、控制標簽、狀態(tài)和標簽）；
采集速度越快，則數據越準確，數據容量越大。iFIX規定的有效數據采集周期為：1s、2s、10s、20s、30s、1m、2m、10m、20m、30m(s:秒，m:分鐘)。iFIX推薦的最小采集周期為10秒，默認值是30秒[3]。
(3）定義每個(gè)歷史數據文件存儲的時(shí)間長(cháng)度（以小時(shí)為單位，如4小時(shí)、8小時(shí)、24 小時(shí)）。
(4）在SCU中啟動(dòng)歷史采集程序htc.exe,指定文件存放位置。運行iFIX,開(kāi)始采集數據，并把數據保存在歷史數據文件中。

    3 項目分析

    以某2×1000MW機組石灰石-石膏濕法脫硫工程為例，采用iFIX作為上位監控軟件進(jìn)行數據采集和歷史記錄。

    該項目控制范圍包括兩臺脫硫裝置及其制漿、脫水、廢水處理等公用系統，需要做歷史記錄的模擬量和重要設備的跳閘信號按1000點(diǎn)計算。

    最初軟件工程師設置的是1秒的采樣周期，這樣數據量非常大：

     計算歷史數據需要占用的磁盤(pán)空間容量的公式如下：

     文件占用字節數 = (3500×A) + ((8×B)×C) （1）[3]

    A – 采集組的個(gè)數；B – 每個(gè)采集組包含的平均采集點(diǎn)數；C – 所有采集組將數據寫(xiě)入文件的次數

      本項目歷史定義為20個(gè)采集組，采集速度為1秒分鐘，使用24小時(shí)的文件格式。 一個(gè)采集組有50個(gè)數據點(diǎn)。在這種情況下，A、B和C的值如表1所示: 
               
                                       表1 
            
    則24小時(shí)的歷史數據文件大小為：(3500 x 20) + ((8 x 50) x1728000 ) = 691270X103 bytes，此配置所生成的24小時(shí)歷史數據文件大約為659M。

    分析工藝工程發(fā)現，脫硫裝置實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)反應裝置，石灰石漿液吸收SO2生成石膏的過(guò)程，反應是連續的、變化過(guò)程相對來(lái)說(shuō)是緩慢的。因此，過(guò)程參數的變化較緩慢，可以延長(cháng)參數的采集時(shí)間：
1#機組的環(huán)保監測參數、2#機組的環(huán)保監測參數（CEMS參數、增壓風(fēng)機電流、循環(huán)泵電流、鍋爐負荷、旁路擋板開(kāi)度等）分別做成獨立的歷史采集組。這些參數的采集時(shí)間設置為1min，約80點(diǎn)，為1個(gè)采集組。
重要的電氣設備的跳閘狀態(tài)信號，由于變化快，設置其采樣時(shí)間為1s,這些參數約為60點(diǎn)(需轉化為浮點(diǎn)型數據域)，為1個(gè)采集組。

    其余的參數的采樣時(shí)間設置為2min，約860點(diǎn)，分為11個(gè)采集組。則24小時(shí)的歷史數據文件大小為：3500×13+80×60×24×8+60×3600×24×8+860×30×24×8=47392700bytes，此配置所生成的24小時(shí)歷史數據文件最大為約45M,約為全部采用1s的采樣時(shí)間的6.8%，提高了數據的有效性，節約了計算機的存儲空間，也能提高數據的調出速度。

    此外，在iFIX歷史采集組的節點(diǎn)定義界面中，有“限值”一項，需軟件設計人員填寫(xiě)。所填寫(xiě)的數據即為該參數的歷史記錄死區，當數據的變化范圍在死區內時(shí)不做記錄。建議非常重要的參數可設置死區為0，即每次采集都做記錄，對普通的參數可按量程的1~2%來(lái)設置。這樣也能進(jìn)一步的減少數據文件的容量。由于實(shí)際生產(chǎn)中，重要的電氣設備的跳閘狀態(tài)信號很少發(fā)生，所以對這60個(gè)采樣時(shí)間為1s 的點(diǎn)設置死區為0.5后，只有在設備跳閘時(shí)才會(huì )做數據記錄，這樣實(shí)際生成的歷史數據文件能減小到最初全部設置采樣時(shí)間為1s的歷史記錄文件的1%。

    4 調用歷史趨勢記錄曲線(xiàn)

    一般情況下，被組態(tài)軟件設置為歷史數據存儲的標簽點(diǎn)是監控系統中重要數據點(diǎn)，所以可以直接從iFIX歷史數據庫中提取保存的標簽點(diǎn)作為歷史和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)的標簽點(diǎn)[4]。

    在iFIX中，選擇“圖表配置”—“圖表”—“時(shí)間”，可定義一幅歷史記錄曲線(xiàn)的時(shí)間軸的長(cháng)度，最大為99天。為了顯示數據的精確，可定義合適時(shí)間長(cháng)度的歷史曲線(xiàn)，通過(guò)時(shí)間軸按鈕，可前后翻頁(yè)。

    5 歷史數據格式

    iFIX存放歷史數據文件的缺省路徑為：C:\Program Files\GE Fanuc\Proficy iFIX\HTRDATA\nodename\YYMMDDHH.H24，可在配置文件中更改。YY表示年，MM表示月，DD表示天，HH表示小時(shí)（這個(gè)例子是24小時(shí)文件）[3]。這個(gè)數據文件內的數據不能做編輯和修改，確保了數據的安全和可靠。

    以某2×1000MW機組石灰石-石膏濕法脫硫工程為例，在現場(chǎng)調試中最初軟件工程師設置的采樣時(shí)間全為1s，死區為0，這樣文件很大。環(huán)保檢查時(shí)要求調出一個(gè)月的相關(guān)歷史數據，在歷史站調出1個(gè)月的趨勢圖的時(shí)間很長(cháng)，甚至長(cháng)達幾個(gè)小時(shí)，讓核查人員無(wú)法忍受。經(jīng)過(guò)優(yōu)化以后，采用本文前面的辦法，歷史數據文件容量減小為原來(lái)的1%以下，調出同樣時(shí)間段的數據的時(shí)間減少到1~2分鐘，這個(gè)時(shí)間應能接受。

    在調試現場(chǎng)要檢驗參數設置優(yōu)化后的效果，是否只有等待1個(gè)月的時(shí)間，等一個(gè)月的歷史數據形成后才能驗證調出時(shí)間？答案是否定的，采用好的辦法，可以在半個(gè)小時(shí)內檢驗調出1個(gè)月歷史趨勢記錄的時(shí)間：
(1) iFix的歷史記錄參數優(yōu)化后，重新啟動(dòng)軟件，24小時(shí)后得到1天的數據文件
(2) 拷貝并復制30個(gè)這樣的文件
(3) 逐個(gè)修改文件名，即修改文件的生成時(shí)間

    這樣快速地得到了1個(gè)月歷史記錄數據，數據是重復的，每天相同。用于來(lái)測試參數優(yōu)化后歷史數據的調出時(shí)間是合適和可行的，可以調出重復的30天或更多天的數據。我們在做文件復制前，應將已經(jīng)生成的歷史數據做好備份，以便事后恢復。這個(gè)方法只能用于試驗，生產(chǎn)運行中不能對歷史數據做修改和拷貝，如果有操作也將被記錄。對脫硫裝置這樣的環(huán)保設施，如果數據作假，查實(shí)后將會(huì )受到環(huán)保部門(mén)的嚴厲懲罰。

    6 結束語(yǔ)

    GE iFIX作為優(yōu)秀的SCADA軟件，適合于多數的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程控制。對項目中具體參數的歷史記錄應按工藝過(guò)程的條件和要求，設置采取合理的參數，實(shí)現歷史記錄數據的有效和優(yōu)化。如果企業(yè)對歷史數據記錄的要求更高，如毫秒級采樣，數據量大（全廠(chǎng)級，幾萬(wàn)點(diǎn)），則應采用Proficy Historian（iHistorian作為企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫平臺，可以極高的速度采集、歸檔并發(fā)布海量實(shí)時(shí)的現場(chǎng)過(guò)程信息[5]）或其它的專(zhuān)用數據庫軟件。

參考文獻:

[1]基于A(yíng)DO技術(shù)的iFix歷史報表的設計與實(shí)現[J]. 自動(dòng)化信息, 2010.8.

[2]iFIX監控軟件在煙草制絲線(xiàn)的集成應用(二)[EB/OL]. http://www.zgznh.com/article_show.asp?articleid=580810 ,2010-06-09 .

[3]Proficy HMI SCADA-iFix4.0 電子書(shū).

[4]曲曉俊,馬彩. iFIX組態(tài)軟件中通用趨勢曲線(xiàn)的設計與實(shí)現[J]. 工業(yè)控制計算機,2009(22) 3.

  [5]iHistorian在電廠(chǎng)廠(chǎng)級實(shí)時(shí)監視系統中的解決方案[EB/OL]. http://sbgl.jdzj.com/Article/200809/20080924172940_12514.html,2008-09-24.   

 摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十二期