iHistorian在电厂厂级实时监视系统中的解决方案

一、简介　　　　 
　　1、背景与现状　　　　 
　　随着工业自动化技术的飞速发展，电力系统自动化程度的不断提高，以及企业实时历史数据库的推出和应用的拓展，企业对分散控制系统及其自动化监控系统所产生的现场实时数据有了更多的要求。目前绝大多数电厂都保存了大量的数据，但这些数据往往分散在不同的计算机或控制系统上，不能统一的存储、调用和管理，各个控制系统是互不相连的自动化孤岛，许多问题因无法采集到足够的数据进行综合分析而难以得到合理快捷的解决方法。　　 
　　目前国内厂级生产管理及监视信息系统(SIS)正处于应用研制阶段，而且整个系统投资较大。益阳电厂厂级实时监视系统在系统策划时按整体规划分步实施，充分利用原有MIS和DCS的原有资源，在MIS和DCS及辅控系统之间建立全厂专业级实时数据库，完成全厂生产过程数据的采集和存储。　　　　 
　　2、目标　　　　 
　　本系统把生产过程中的实时数据作为企业智能应用数据利用，建立全厂专业级实时数据库，同时建立实时和历史数据查询系统及数据库维护系统，为实现经济分析、事故分析功能提供真实可靠的数据依据；最后将生产现场带至公司管理与决策者的面前。系统能利用先进、成熟的信息技术手段建立集全厂的生产过程自动化和管理信息现代化的信息网络，为实现整个电厂的安全、可靠、经济运行及提供高效、准确、及时的管理手段，提高企业自身的竞争力，以迎接电力系统厂网分开、竟价上网等一系列改革措施的实施，为适应电力市场逐步进入市场经济时代奠定基础。　　　　 

　　二、方案设计　　　　 
　　1、设计前结构分析　　　　 
　　1.1、DCS：益阳电厂的DCS系统采用了ABB Bailey InFi90 DCS系统（见图1）。　　
 
每台机组设控制环网一个，两台机组间设有公共环，并在2台机组有网桥连接，在公共环上通过专业接口（ICI）引出通讯数据（约7000点）到MIS数据库服务器。Bailey Infi90 DCS系统提供了计算机接口单元，使DCS系统能与其他计算机进行通信。这个计算机接口单元（INICI03）由三个模块组成，分别是INICT03，INNIS01和IMMPI01模块。　　 
　　该DCS系统的历史数据库分散在DCS各操作站，时间分辨率低，存储时间短，数据容量小，不能准确记录事故情况下机组各参数的实际值，为事故分析带来很大的不便，甚至无法进行事故分析。特别在机组运行中发生事故，不能立即查明事故原因，给机组的恢复带来困难，延长恢复时间，对机组安全、经济运行造成影响。　　　　 
　　1.2、辅控：水、煤、灰网有部分数据（20%总量）通过操作员站串口引入DCS，在DCS上可实时监视辅控系统重要界面。　　　　 

　　2、系统解决方案　　　　 
　　2.1、方案结构（见图2）

- 接口机利用OPsconOPC Server按照SCSI通信协议通过NIU对infi90 DCS系统进行实时通信；　　 
　　- 一方面OPscon OPC Server将采集到的实时数据送至本机的iFIX SCADA建立过程数据库，另一方面并利用iHistorian OPC采集器将当地OPscon OPC Server中的实时数据送至iHistorian建立历史数据库；　　 
　　- 安装在历史数据服务器上的infoAgent Server提供建立历史数据分析界面的Web服务；　　 
　　- 客户端(iClient)从iHistorian上调用历史数据并直接从两个接口机（iFIX SCADA）上调用过程控制数据，同时iClient通过内嵌IE实现对infoAgent Server的访问。　　　　 
　　2.2、系统软件说明　　 
　　2.2.1、接口软件　　 
　　OPscon对BAILEY DCS具有直接的OPC Server能力，同时对Intellution的iFIX产品提供了针对Bailey DCS的多种工具，组态方便、快速，可靠性高；而且提供了画面转换、数据库同步等多种工具。可以很方便的实现Bailey DCS画面和数据库与iFIX之间的转换，而无需重新开发界面和数据库。OPsCon OPC Server使用块导向和例外报告两种方式获得高速通讯，从DCS上采集实时数据。　　 
　　OPscon OPC Server提供了所有的通信功能，提供了三个接口：　　　　 
　　■Intellution HMI 接口：用于过程图形显示的数据。 　　　　 
　　■OLE（Object Link and Embed）自动控制接口：用于在OPsCon 上组态通讯通道，模件和标签。 　　　　 
　　■OPC接口：用于支持OpsCon的其它许多功能，也用于第三方OPC client 的应用。利用其OPC接口和与历史数据服务器的OPC 采集器连接，将数据送入历史数据库中。 　　　　 
　　2.2.2、实时数据服务器软件　　利用Intellution的实时历史数据库iHistorian作为全系统核心数据平台，并采集现有DCS控制系统的实时数据。iHistorian作为新一代的实时历史数据库平台，可以在极高的速度下采集，归档并发布大量实时的现场过程信息。 　　　　 
　　历史数据服务器主要完成两方面的功能:　　　　 
　　■建立和维护实时历史数据库，从接口机中的OPC采集器中获取数据，并以Server形式将数据提供给客户端。采集器采集的数据经过压缩存放在该服务器中，用户可以在任何工作站上对数据库进行管理维护。 　　　　 
　　■作为历史数据分析客户端的WEB服务器，利用Microsoft 的Internet 信息服务（IIS），将历史数据提供给瘦客户以IE的方式来分析和浏览历史数据。 　　　　 
　　 
　　iHistorian 性能特点　　 
　　全球自动化软件解决方案的领导者Intellution发布的iHistorian是一个全新的、企业级实时历史数据库平台。iHistorian作为企业级实时历史数据库平台，可以极高的速度采集、归档并发布海量实时的现场过程信息。iHistorian不论在性能、实用性及功能上都代表了企业级历史数据的采集和管理的最先进水平。由于每一台服务器可同时采集100,000数据点，iHistorian可以在不牺牲速度及性能前提下，即可采集、检索大量企业级历史数据。iHistorian可完全集成其它Intellution Dynamics的解决方案，包括iFIX（HMI/SCADA过程监视及控制软件）、 iDownTime（设备及生产线停机管理专家系统，iDownTime可直接采用iHistorian采集的历史数据）。通过iHistorian，可开发智能型企业应用，改善并集成现场操作、优化供应链管理。　　　　 
　　2.2.3、应用客户端软件　　 
　　利用iFIX iClient Readonly作为整个系统的远程客户端，系统所有应用功能都在客户端来实现。iClient可以实现画面组态，实现对生产过程的分析管理。iFIX Clinet端不仅可以实时察看DCS及辅控系统的实时现场数据，又可以方便的查询各数据点的历史数据并形成历史趋势曲线及列表，还可利用内嵌的IE访问infoAgent Server实现对iHistorian中的历史数据的分析处理。　　 
　　iClient主要完成两方面的功能：　　　　 
　　■作为客户端工具访问接口机上iFIX SCADA过程数据并在客户端以不同形式正确显示。 　　　　 
　　■作为客户端工具访问iHistorian 数据库中的历史数据并在客户端以不同形式查询显示。 　　　　 
　　iFIX是Intellution DynamicsTM 工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA解决方案。iFIX分布式、客户/服务器结构包括了可灵活构造的服务器（SCADA Server）和客户端（iClient 、iClientTS 和 iWebServer）。然而对用户来说，iFIX却是一个集成的完整系统，每台计算机有自己的节点名，每个数据项都有自己的点名。iFIX网络中数据的读取都通过标识SCADA Server节点名、数据点名及数据域来识别。 　　　　 
　　iFIX 提供真正的分布式、客户/服务器结构，为系统提供最大的可扩展性。无论Intellution客户端应用，还是第三方或用户自定义应用均可读取SCADA Server实时数据。Intellution客户端应用包括：实时动态画面、趋势、报表、批次控制、MES等。这些应用既可以与SCADA Server运行在同一台计算机；也可通过局域网、Intranet、Internet 分布在网络中不同的Server 或Client节点上运行。　　　　 
　　2.2.4、数据分析客户端软件　　　　 
　　本系统采用基于Web的infoAgent软件建立智能化的过程数据分析平台。为了在同一客户端实现历史数据分析，所以历史数据库服务器同时也作为数据分析的Web服务器。infoAgent 的数据取向如下图所示：　　 

infoAgent的客户端都是瘦客户端，无须安装任何Intellution软件，只需要IE浏览器即可。它通过历史数据服务器所提供的infoAgent Web授权，直接在IE浏览器上运行infoAgent软件，完成对iHistorian数据的界面开发及监控分析。　　 
　　infoAgent强大的趋势功能使得历史数据得以利用和分析，它与iFIX中的趋势功能有以下不同点：　　　　 
　　第一：它基于WEB的解决方案；　　 
　　第二：它对历史数据的利用更充分，例如可以将数据导出到本地PC上的EXCEL或者其它应用，可以为每个趋势图定制个性化的界面，可以对趋势图进行分离显示，提供了毫秒级的趋势显示等；　　 
　　第三：它提供了与不同应用的连接集成，如它可以嵌入到iFIX中。
    2.3、系统配置　　　　 
　　2.3.1、软硬件配置　　　　 
　　历史数据服务器：DELL 4600 Intel至强1.8G CPU/1024MB/2X72G SCSI　　 
　　接口机：P4 1.7G/512M/20G　　 
　　数据交换机：3COM 3300SM 1Gigabit/24RJ　　 
　　实时数据库软件：iHistorian server 30000 points　　 
　　数据分析软件: infoAgent client Pack 5user　　 
　　实时监视SCADA软件：2 iFIX Plus Scada Pack Unlimited　　 
　　过程监控客户端软件: iFIX iClient Read Only 15PK Keyed　　 
　　接口软件：OPSCON Server 　　 
　　操作系统：Windows 2000 Server、Windows 2000 Professional　　 
　　应用软件：Office XP　　　　 

　　三、系统功能设计　　　　 
　　1、系统体系结构　　 
　　益阳电厂厂级实时监视系统是建立在iFIX 2.6开发平台上并结合iHistorian历史数据库及infoAgent历史数据分析软件而开发的一个实时历史数据库系统，系统结构如图4所示：　　　　 
　　2、功能设计　　 
　　以下列举一些主要功能：　　　　 
　　2.1、考核指标查询　　　　 
　　主要显示对电厂运行的安全性、经济性具有特殊意义的现场实时参数。常用的考核指标列表根据用户需求对各种相关的参数进行比较（如图5）。
　　2.3、系统配置　　　　 
　　2.3.1、软硬件配置　　　　 
　　历史数据服务器：DELL 4600 Intel至强1.8G CPU/1024MB/2X72G SCSI　　 
　　接口机：P4 1.7G/512M/20G　　 
　　数据交换机：3COM 3300SM 1Gigabit/24RJ　　 
　　实时数据库软件：iHistorian server 30000 points　　 
　　数据分析软件: infoAgent client Pack 5user　　 
　　实时监视SCADA软件：2 iFIX Plus Scada Pack Unlimited　　 
　　过程监控客户端软件: iFIX iClient Read Only 15PK Keyed　　 
　　接口软件：OPSCON Server 　　 
　　操作系统：Windows 2000 Server、Windows 2000 Professional　　 
　　应用软件：Office XP　　　　 

　　三、系统功能设计　　　　 
　　1、系统体系结构　　 
　　益阳电厂厂级实时监视系统是建立在iFIX 2.6开发平台上并结合iHistorian历史数据库及infoAgent历史数据分析软件而开发的一个实时历史数据库系统，系统结构如图4所示：　　　　 
　　2、功能设计　　 
　　以下列举一些主要功能：　　　　 
　　2.1、考核指标查询　　　　 
　　主要显示对电厂运行的安全性、经济性具有特殊意义的现场实时参数。常用的考核指标列表根据用户需求对各种相关的参数进行比较（如图5）。

    2.2、DCS流程图　　 
　　主要对DCS上的数据以各种不同的方式显示，基本风格以DCS原有画面风格为准，适当添加了一些新的功能。所有的实时参数都以只读的方式从DCS上采集上来，不进行操作。流程图可上直观的显示设备流程图、各设备的状态及各节点的数据。用户可在流程图中对各子系统的运行状态进行最直观的监视。DCS流程图由四个部分组成：锅炉、汽机、电气、辅机（如图6）。　

    2.3、实时趋势曲线图　　 
　　实时趋势曲线功能主要提供用户浏览数据趋势的功能。本监视数据库系统在趋势图中为用户提供了方便快捷的实时趋势曲线查询显示功能。可通过下拉菜单选择选择不同的数据点，可在曲线图中以多种方式显示出在该时间段中该点的所有状态，曲线图可多级显示以供不同的曲线相互比较，数据点的实时时间可随意调节更改并不断更新，在趋势图中可滑动时间光标以显示不同时刻该数据点的数据，通过移动时间光标可在每一支笔上出现一个工具条提示，用以显示数据值、时间、日期（如图7）。　

    2.4、历史数据查询　　 
　　通过选择适当的数据点及给予其相关的查询条件，就可查询该数据点在某一段时间内的所有历史数据。系统还支持组合条件查询，即给予一个或多个查询条件，就可根据所给予的条件将所有符合条件的数据显示出来，如根据时间、分区、时间间隔等来查询各点的历史数据（如图8）。　　 

    2.5、历史趋势查询　　对历史数据库中所记录的所有数据都可以用曲线的形式显示出来，以供参考和分析。（如图9）。

    2.6、infoAgent历史数据分析　　 
　　通过在iFIX中嵌入Web控件，可将infoAgent画面嵌入到iFIX中。对infoAgent的所有操作都以Web方式进行。infoAgent比iFIX提供的趋势曲线控件功能更为强大，在客户端上有适当的权限可自行修改显示环境设置，如增加或修改显示画面，infoAgent服务器自动保存并维护这些设置，以后用户无论在哪里登录服务器只需提供正确的帐户服务器即会根据用户的个性化设置显示（如图10）。　

    四、系统性能及运行状况分析　　 
　　益阳电厂厂级实时监视系统共从DCS上采集的数据为18006，其中一号接口机采集的数据为8856个，二号接口机采集的数据为9150个。所有采集上来的数据在iHistorian中采取默认设置。iHistorian存储量平均为66Mb/Days,每月存储的历史数据大小约为2G，每年约为24G，据iHistorian服务器120G硬盘空间来算，至少可以保存4年的历史数据。　　　　 
　　■OPSCON通过SCSI从DCS上采集平均速度为4000－5000TAG/S,平均数据刷新周期<2S 　　 
　　■iFIX SCADA Server从OPSCON采集数据刷新时间<1S 　　 
　　■iFIX Client从iFIX SCADA Server采集实时数据的平均系统相应时间<1S 　　 
　　■iHistorian从OPSCON采集实时数据的采集速率为1S 　　 
　　■iFIX Client从iHistorian查询历史数据的平均系统相应时间<2S 　　■infoAgent Client从infoAgent Server查询历史数据的平均系统相应时间<2S 　　 
　　■iHistorian服务器CPU负荷平均为8％，iHistorian事件处理平均为1772Event/s　　　　 
　　益阳电厂厂级实时监视系统2002年12月投入运行，系统运行半年多未出现过数据丢失、通讯中断等现象，并且随着系统的运行时间增加，iHistorian数据库文件压缩的处理能力也越来越高，文件压缩率也越来越高。 　　　　 
　　 
　　五、结束语　　　　 
　　益阳电厂厂级实时监视系统经过了长时间的稳定运行，在实际应用中对电厂企业管理决策层提供了更真实、可靠的生产实时和历史数据，为电厂提供了科学、准确的生产经济性指标；为电厂的安全稳发、成本控制、高效满发提供了真实而重要的现场实时数据；实现了生产现场网络和电厂管理信息网络MIS的连接，使得任何人都可在授权的情况下在厂内办公室计算机查看系统的实时画面、分析iHistorain所采集的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，配合先进、科学、有效数据发掘工具，精确、专业的计算分析模型，保存和管理历史数据使之成为电厂安全、经济的运行的宝贵资源；更好地实现了电厂安全、经济运行，提升电厂的整体效益和在未来竞价上网中的竞争优势。