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    張思銳(19710-)，1994年畢業(yè)于重慶大學(xué)自動化系，獲得學(xué)士學(xué)位，高級工程師，工程碩士，注冊自動化系統(tǒng)工程師,主要從事工業(yè)過程自動化檢測和控制系統(tǒng)的研究和工程設(shè)計(jì)工作。
 
    摘要：GE iFIX是全球領(lǐng)先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，對工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)做記錄和調(diào)出趨勢圖和歷史數(shù)據(jù)是它的一項(xiàng)重要和實(shí)用的功能，文中對過程參數(shù)的采樣、記錄、歷史曲線的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)記錄的高效和優(yōu)化。

    關(guān)鍵詞：iFIX；HMI；參數(shù)設(shè)置；歷史數(shù)據(jù)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自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過300，000套以上的軟件在全球運(yùn)行[1]。世界上許多制造商采用 GE Fanuc的iFIX軟件來全面監(jiān)控和分布管理全廠范圍的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，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(yīng)用。iFIX 功能強(qiáng)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(jié)構(gòu)

    iFIX是開放性好、應(yīng)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(xiàn)人機(jī)界面和數(shù)據(jù)庫功能，并組成完整的控制系統(tǒng)。iFIX提供真正的分布式、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)提供最大的可擴(kuò)展性。iFIX分布式、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)包括了可靈活構(gòu)造的服務(wù)器 (SCADA Server) 和客戶端 (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(hù)過程數(shù)據(jù)庫。過程數(shù)據(jù)庫中有多種功能塊可供選擇，包括：模擬量、數(shù)字量輸入輸出塊、計(jì)算塊、報(bào)警塊、累計(jì)塊、計(jì)時器塊、連續(xù)控制塊、統(tǒng)計(jì)塊及SQL功能塊等。

    1.2 iClient客戶端

    iClient是GE Fanuc 標(biāo)準(zhǔn)的客戶端軟件，它作為傳統(tǒng)的客戶端安裝在iFIX客戶節(jié)點(diǎn)上。通過在View節(jié)點(diǎn)設(shè)置適當(dāng)?shù)目蛻舳藱?quán)限，用戶可以訪問到網(wǎng)絡(luò)中任意SCADA Server中的數(shù)據(jù)。實(shí)時動態(tài)畫面、趨勢顯示、報(bào)表等應(yīng)用都運(yùn)行在iClient上。而且在網(wǎng)絡(luò)中各個View節(jié)點(diǎn)上都能進(jìn)行開發(fā)工作，包括開發(fā)畫面、構(gòu)造SCADA Server中的數(shù)據(jù)庫。

    iFIX是一個集成的系統(tǒng)，每臺計(jì)算機(jī)有自己的節(jié)點(diǎn)名，每個數(shù)據(jù)項(xiàng)都有自己的點(diǎn)名。iFIX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的讀取通過標(biāo)識SCADA Server節(jié)點(diǎn)名、數(shù)據(jù)點(diǎn)名及數(shù)據(jù)域來識別。 采用C/S結(jié)構(gòu)，整個控制系統(tǒng)有完整和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，即歷史數(shù)據(jù)的調(diào)取只從服務(wù)器iFIX server中讀取。

    C/S結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示：
                           
                                    圖1 C/S結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖
Fig.1 C/S configuration chart

    2 iFIX的歷史數(shù)據(jù)記錄

    iFIX歷史趨勢記錄提供了生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集、存儲和顯示功能。數(shù)據(jù)從SCADA服務(wù)器（或者SCADA節(jié)點(diǎn)）采集到歷史數(shù)據(jù)文件中，用戶能使用面向?qū)ο蟮膱D表在Proficy iFIX工作臺中查詢、顯示歷史數(shù)據(jù),進(jìn)行過程趨勢分析、過程數(shù)據(jù)存檔、監(jiān)視生產(chǎn)的效率、設(shè)備維護(hù)分析、歷史過程數(shù)據(jù)分析。

    iFIX的歷史數(shù)據(jù)記錄的工作程序如下：
(1) 定義所需采集數(shù)據(jù)的標(biāo)簽名（或者數(shù)據(jù)源）， 并定義采集組存放這些標(biāo)簽；
(2）定義每個采集組的參數(shù)(節(jié)點(diǎn)、采集速度、相位、控制標(biāo)簽、狀態(tài)和標(biāo)簽）；
采集速度越快，則數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)容量越大。iFIX規(guī)定的有效數(shù)據(jù)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(rèn)值是30秒[3]。
(3）定義每個歷史數(shù)據(jù)文件存儲的時間長度（以小時為單位，如4小時、8小時、24 小時）。
(4）在SCU中啟動歷史采集程序htc.exe,指定文件存放位置。運(yùn)行iFIX,開始采集數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)保存在歷史數(shù)據(jù)文件中。

    3 項(xiàng)目分析

    以某2×1000MW機(jī)組石灰石-石膏濕法脫硫工程為例，采用iFIX作為上位監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和歷史記錄。

    該項(xiàng)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(tǒng)，需要做歷史記錄的模擬量和重要設(shè)備的跳閘信號按1000點(diǎn)計(jì)算。

    最初軟件工程師設(shè)置的是1秒的采樣周期，這樣數(shù)據(jù)量非常大：

     計(jì)算歷史數(shù)據(jù)需要占用的磁盤空間容量的公式如下：

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

    A – 采集組的個數(shù)；B – 每個采集組包含的平均采集點(diǎn)數(shù)；C – 所有采集組將數(shù)據(jù)寫入文件的次數(shù)

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

    分析工藝工程發(fā)現(xiàn)，脫硫裝置實(shí)際上是一個化學(xué)反應(yīng)裝置，石灰石漿液吸收SO2生成石膏的過程，反應(yīng)是連續(xù)的、變化過程相對來說是緩慢的。因此，過程參數(shù)的變化較緩慢，可以延長參數(shù)的采集時間：
1#機(jī)組的環(huán)保監(jiān)測參數(shù)、2#機(jī)組的環(huán)保監(jiān)測參數(shù)（CEMS參數(shù)、增壓風(fēng)機(jī)電流、循環(huán)泵電流、鍋爐負(fù)荷、旁路擋板開度等）分別做成獨(dú)立的歷史采集組。這些參數(shù)的采集時間設(shè)置為1min，約80點(diǎn)，為1個采集組。
重要的電氣設(shè)備的跳閘狀態(tài)信號，由于變化快，設(shè)置其采樣時間為1s,這些參數(shù)約為60點(diǎn)(需轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)域)，為1個采集組。

    其余的參數(shù)的采樣時間設(shè)置為2min，約860點(diǎn)，分為11個采集組。則24小時的歷史數(shù)據(jù)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小時歷史數(shù)據(jù)文件最大為約45M,約為全部采用1s的采樣時間的6.8%，提高了數(shù)據(jù)的有效性，節(jié)約了計(jì)算機(jī)的存儲空間，也能提高數(shù)據(jù)的調(diào)出速度。

    此外，在iFIX歷史采集組的節(jié)點(diǎn)定義界面中，有“限值”一項(xiàng)，需軟件設(shè)計(jì)人員填寫。所填寫的數(shù)據(jù)即為該參數(shù)的歷史記錄死區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)的變化范圍在死區(qū)內(nèi)時不做記錄。建議非常重要的參數(shù)可設(shè)置死區(qū)為0，即每次采集都做記錄，對普通的參數(shù)可按量程的1~2%來設(shè)置。這樣也能進(jìn)一步的減少數(shù)據(jù)文件的容量。由于實(shí)際生產(chǎn)中，重要的電氣設(shè)備的跳閘狀態(tài)信號很少發(fā)生，所以對這60個采樣時間為1s 的點(diǎn)設(shè)置死區(qū)為0.5后，只有在設(shè)備跳閘時才會做數(shù)據(jù)記錄，這樣實(shí)際生成的歷史數(shù)據(jù)文件能減小到最初全部設(shè)置采樣時間為1s的歷史記錄文件的1%。

    4 調(diào)用歷史趨勢記錄曲線

    一般情況下，被組態(tài)軟件設(shè)置為歷史數(shù)據(jù)存儲的標(biāo)簽點(diǎn)是監(jiān)控系統(tǒng)中重要數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以可以直接從iFIX歷史數(shù)據(jù)庫中提取保存的標(biāo)簽點(diǎn)作為歷史和實(shí)時曲線的標(biāo)簽點(diǎn)[4]。

    在iFIX中，選擇“圖表配置”—“圖表”—“時間”，可定義一幅歷史記錄曲線的時間軸的長度，最大為99天。為了顯示數(shù)據(jù)的精確，可定義合適時間長度的歷史曲線，通過時間軸按鈕，可前后翻頁。

    5 歷史數(shù)據(jù)格式

    iFIX存放歷史數(shù)據(jù)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（這個例子是24小時文件）[3]。這個數(shù)據(jù)文件內(nèi)的數(shù)據(jù)不能做編輯和修改，確保了數(shù)據(jù)的安全和可靠。

    以某2×1000MW機(jī)組石灰石-石膏濕法脫硫工程為例，在現(xiàn)場調(diào)試中最初軟件工程師設(shè)置的采樣時間全為1s，死區(qū)為0，這樣文件很大。環(huán)保檢查時要求調(diào)出一個月的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，在歷史站調(diào)出1個月的趨勢圖的時間很長，甚至長達(dá)幾個小時，讓核查人員無法忍受。經(jīng)過優(yōu)化以后，采用本文前面的辦法，歷史數(shù)據(jù)文件容量減小為原來的1%以下，調(diào)出同樣時間段的數(shù)據(jù)的時間減少到1~2分鐘，這個時間應(yīng)能接受。

    在調(diào)試現(xiàn)場要檢驗(yàn)參數(shù)設(shè)置優(yōu)化后的效果，是否只有等待1個月的時間，等一個月的歷史數(shù)據(jù)形成后才能驗(yàn)證調(diào)出時間？答案是否定的，采用好的辦法，可以在半個小時內(nèi)檢驗(yàn)調(diào)出1個月歷史趨勢記錄的時間：
(1) iFix的歷史記錄參數(shù)優(yōu)化后，重新啟動軟件，24小時后得到1天的數(shù)據(jù)文件
(2) 拷貝并復(fù)制30個這樣的文件
(3) 逐個修改文件名，即修改文件的生成時間

    這樣快速地得到了1個月歷史記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是重復(fù)的，每天相同。用于來測試參數(shù)優(yōu)化后歷史數(shù)據(jù)的調(diào)出時間是合適和可行的，可以調(diào)出重復(fù)的30天或更多天的數(shù)據(jù)。我們在做文件復(fù)制前，應(yīng)將已經(jīng)生成的歷史數(shù)據(jù)做好備份，以便事后恢復(fù)。這個方法只能用于試驗(yàn)，生產(chǎn)運(yùn)行中不能對歷史數(shù)據(jù)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(shè)施，如果數(shù)據(jù)作假，查實(shí)后將會受到環(huán)保部門的嚴(yán)厲懲罰。

    6 結(jié)束語

    GE iFIX作為優(yōu)秀的SCADA軟件，適合于多數(shù)的工業(yè)自動化生產(chǎn)過程控制。對項(xiàng)目中具體參數(shù)的歷史記錄應(yīng)按工藝過程的條件和要求，設(shè)置采取合理的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)歷史記錄數(shù)據(jù)的有效和優(yōu)化。如果企業(yè)對歷史數(shù)據(jù)記錄的要求更高，如毫秒級采樣，數(shù)據(jù)量大（全廠級，幾萬點(diǎn)），則應(yīng)采用Proficy Historian（iHistorian作為企業(yè)級實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫平臺，可以極高的速度采集、歸檔并發(fā)布海量實(shí)時的現(xiàn)場過程信息[5]）或其它的專用數(shù)據(jù)庫軟件。

參考文獻(xiàn):

[1]基于ADO技術(shù)的iFix歷史報(bào)表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 自動化信息, 2010.8.

[2]iFIX監(jiān)控軟件在煙草制絲線的集成應(yīng)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.

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

  [5]iHistorian在電廠廠級實(shí)時監(jiān)視系統(tǒng)中的解決方案[EB/OL]. http://sbgl.jdzj.com/Article/200809/20080924172940_12514.html,2008-09-24.   

 摘自《自動化博覽》2010年第十二期