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應用背景

    為打造自動化生產、集中式監控和信息化管理的新型卷煙生產線，蕪湖卷煙廠制絲線通過“十五”技改實施了功能較為完善的車間級生產信息管理系統，實現了對工藝質量參數的過程監視與遠程設定、對設備運行狀態的實時監視與遠程控制、自動故障報警與事件消息，設備、工藝、質量等生產相關信息的遠程集中管理，為生產決策提供數據支持。

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

     因此，數據采集系統特別強調了實時歷史數據庫平臺的選擇。

            
                                圖 1 制絲線生產信息管理系統網絡結構圖

系統需求

    實時歷史數據庫平臺以標簽點的形式實時分布采集、存儲底層控制帶有時間序列性質的過程數據、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時管理和應用能力。實時歷史數據庫平臺的結構設計、系統配置、軟件編制，必須保證生產過程數據采集過程的實時性、數據的完整性，同時也必須滿足軟件平臺、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，實時歷史數據庫平應具有開放性和擴展性，以滿足企業不斷發展對信息綜合應用的要求。

具體說必須滿足以下性能要求：

? 千位以上I/O 點采集能力；
    
      毫秒級的數據采集速度；

      嚴格的時間精度；
?
      強大的數據回溯能力；

?  開放的歸檔訪問接口；

     簡便的組態和嚴格的安全管理；
   
     良好的容錯結構；

      在保證性能的前提下，盡可能減少硬件開銷，做到經濟存儲。

              
                                        圖2 制絲線信息管理系統功能目錄樹

    解決方案

    實時數據庫與傳統數據庫的本質區別就在于其事務處理有定時限制。通常，普通的關系型數據庫例如Microsoft SQL Server系列數據庫產品由于傳統數據庫事務處理的串行化，限制了實時系統的事務執行的并發度，無法滿足數據采集大吞吐量的時間精度要求。

    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組態軟件并利用OPC 服務采集底層數據，再將這些數據傳給服務器上的Oracle 數據庫。

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

     為徹底解決上述問題，經過對諸多實時數據庫產品的比較，最終選擇了GE Proficy Histrian實時歷史數據庫。在兩臺WinCC 服務器上均安裝Historian OPC Collector，負責高速采集來自生產現場和中控系統的所以生產過程數據，一方面在實時歷史數據庫存儲以供歷史趨勢分析，另一方面完成對企業服務器中設置的生產事件模型進行觸發。

            

                               圖3 Historian OPC 采集器運行對話框

           

                              圖4 Proficy Historian 管理器運行狀態圖


     Histrian具有超效的數據壓縮能力，采集器可進行第一級數據壓縮(死區/例外更新)再加上歸檔采用斜率算法，實現高效數據壓縮。Historian將存儲的數據壓縮到只占磁盤極小空間，平均每個數據值只占3個字節。Historian每秒超過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通過時間標簽使所有的采集器自動與服務器保持時間同步，保證了精確的時間標簽分辨率。因此，既使各PC機時間不同，仍能非常方便快捷地創建基于事件時序的分析報告。采集器的存儲和轉發功能，可對已配置的采集點自動采集，同時通過自動重新連接的方式保證與服務器的連接，從而確保數據的完整。

    Historian 簡化了數據標簽的創建和組態，允許用戶瀏覽數據服務器，并在Historian中自動創建數據標簽。這樣無需輸入任何數據就可以組態大量的數據標簽，避免發生輸入錯誤，并可以在幾小時內完成從應用程序的安裝到成千上萬數據采集配置。Historian 支持豐富的數據類型，包括數字、字符串和二進制對象（例如文檔、圖像和其它文件）。Historian 為所有數據點建立索引，并可通過產品代碼和其它數據值實現數據檢索，大大簡化生產過程中或不同生產階段數據的比較和分析。同時，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 報警和事件服務器進行采集，采集的數據通過Microsoft SQL Server 加上過程數據標簽，無需進行任何配置。采集的報警和事件數據，存儲在單一的安全數據庫中，也可通過數據庫管理器同時對其進行管理。

     Historian 具有開放的應用接口，提供兩種標準接口，OLE DB 以及一個軟件開發套件(SDK)，并提供多種選配客戶端工具和應用程序。用戶可將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 指令查詢數據、報警、事件信息。

    受益之處

    GE Proficy Historian以卓越的吞吐量和實時性表現為信息決策系統提供了豐富、準確、可靠的數據，并通過計算工具，對工業現場的生產數據進行處理，實現了數據到信息的轉換。

    通過對生產過程的實時監控，收集、處理生產過程中的實時數據以支持生產計劃的優化分解，生成與生產調度相關的各類資源計劃，實現生產集中調度的管理模式。通過“實時”過程和生產信息與歷史值的比較，可快速改善企業整體生產過程。

    借助Historian，上位的應用開發都能夠得到數據支持。信息管理系統統對從Historian獲得的數據進行實時分析、統計，并以可定制圖文報表的形式展示發布，為提高產品質量及管理決策提供科學的數據依據，從而提高企業的生產管理水平。

     參考建議

     類似的系統可以考慮將Historian 企業級實時歷史數據服務器結合Proficy iFIX SCADA系統，利用高級數據分析產品如iFIX 或Historian Excel 加載宏分析數據，通過ProficyPortal 可視化數據，再配合Proficy Plant Application 等Proficy 運營管理工具，即充分利用Proficy 平臺化效能，盡可能將業務應變需求從技術瓶頸中解放出來，最大程度地實現業務的靈活性。

     關于GE 智能平臺

    GE 智能平臺是一個提供高新技術的企業，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制的軟件、硬件和技術服務以及嵌入式計算。我們為用戶提供一個獨特的，靈活的，超可靠的技術基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防御，以及通訊等產業領域獲得持續的優勢。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，是GE 企業解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪問：www.ge-ip.com。