GE Proficy Histrian 在烟厂制丝线生产信息管理系统中的应用

　　作者：郑衡 安徽中烟工业公司芜湖卷烟厂技改办

应用背景

为打造自动化生产、集中式监控和信息化管理的新型卷烟生产线，芜湖卷烟厂制丝线通过“十五”技改实施了功能较为完善的车间级生产信息管理系统，实现了对工艺质量参数的过程监视与远程设定、对设备运行状态的实时监视与远程控制、自动故障报警与事件消息，设备、工艺、质量等生产相关信息的远程集中管理，为生产决策提供数据支持。

　　信息的获取、传递、处理、展示是生产信息管理系统的内在运行方式和主要任务，而数据作为信息的载体是系统的首要对象，生产信息管理系统从数据层面描述可以认为是以实时历史数据库为核心建立的一个数据中心。数据流通过特定的系统架构实现，系统设计采用了典型的“三层三网”架构，即最底层设备控制网、中间层集中监控网、最高层信息管理网。各种生产相关的过程数据作为生产信息的载体，由集中监控层的实时历史数据库系统通过采集器从底层上位采集，并传送到信息管理层。实时历史数据库扮演着关键的信息传递枢纽角色，必须保证底层数据获取的实时性和可靠性，同时确保给信息管理层一个稳定的、便捷的数据接口。因此，数据采集系统特别强调了实时历史数据库平台的选择。

　　系统需求

　　实时历史数据库平台以标签点的形式实时分布采集、存储底层控制带有时间序列性质的过程数据、消息和报警或者其他外部应用数据，并针对这些数据提供实时管理和应用能力。实时历史数据库平台的结构设计、系统配置、软件编制，必须保证生产过程数据采集过程的实时性、数据的完整性，同时也必须满足软件平台、硬件平台的兼容要求，保证系统整体的可靠性，还需要保证系统及其数据的安全。此外，实时历史数据库平应具有开放性和扩展性，以满足企业不断发展对信息综合应用的要求。

　　具体说必须满足以下性能要求：

　　千位以上I/O 点采集能力；

　　毫秒级的数据采集速度；

　　严格的时间精度；

　　强大的数据回溯能力；

　　 开放的归档访问接口；

　　简便的组态和严格的安全管理；

　　良好的容错结构；

　　在保证性能的前提下，尽可能减少硬件开销，做到经济存储。

　　解决方案

　　实时数据库与传统数据库的本质区别就在于其事务处理有定时限制。通常，普通的关系型数据库例如Microsoft SQL Server系列数据库产品由于传统数据库事务处理的串行化，限制了实时系统的事务执行的并发度，无法满足数据采集大吞吐量的时间精度要求。起初的数据采集系统设计方案选择使用与底层S7 系列PLC 同品牌的WinCC 作为HMI组态软件并利用OPC 服务采集底层数据，再将这些数据传给服务器上的Oracle 数据库。

　　这一方案在功能上基本可以满足需要，但随着系统投入使用后，Microsoft SQL Server作为关系型数据库，一个突出的缺陷暴露出来：数据压缩能力不足。制丝线每天大批量连续生产导致数据归档大量增加，系统投入使用半年后，大量的数据记录开始导致磁盘空间不足并影响了整个系统的响应速度。为此，在增大磁盘空间的同时，需要定期对数据库做维护，且维护间隔越来越短但花费时间却越来越长。为不影响生产，这类维护往往又需要在停产期间进行，这又与卷烟制造连续化生产的要求不适应。

　　为彻底解决上述问题，经过对诸多实时数据库产品的比较，最终选择了GE Proficy Histrian实时历史数据库。在两台WinCC 服务器上均安装Historian OPC Collector，负责高速采集来自生产现场和中控系统的所以生产过程数据，一方面在实时历史数据库存储以供历史趋势分析，另一方面完成对企业服务器中设置的生产事件模型进行触发。

　　Histrian具有超效的数据压缩能力，采集器可进行第一级数据压缩(死区/例外更新)再加上归档采用斜率算法，实现高效数据压缩。Historian将存储的数据压缩到只占磁盘极小空间，平均每个数据值只占3个字节。

　　Historian每秒超过20000事件的高速持续存储和检索，Historian能够为信息采集、存储和检索提供强大性能。

　　Historian通过时间标签使所有的采集器自动与服务器保持时间同步，保证了精确的时间标签分辨率。因此，既使各PC机时间不同，仍能非常方便快捷地创建基于事件时序的分析报告。采集器的存储和转发功能，可对已配置的采集点自动采集，同时通过自动重新连接的方式保证与服务器的连接，从而确保数据的完整。

　　Historian 简化了数据标签的创建和组态，允许用户浏览数据服务器，并在Historian中自动创建数据标签。这样无需输入任何数据就可以组态大量的数据标签，避免发生输入错误，并可以在几小时内完成从应用程序的安装到成千上万数据采集配置。

　　Historian 支持丰富的数据类型，包括数字、字符串和二进制对象（例如文档、图像和其它文件）。Historian 为所有数据点建立索引，并可通过产品代码和其它数据值实现数据检索，大大简化生产过程中或不同生产阶段数据的比较和分析。同时，可以存储和检索包括插入值、平均值、最大值、最小值和标准偏差在内的计算值。Historian 还能够对任何OPC 报警和事件服务器进行采集，采集的数据通过Microsoft SQL Server 加上过程数据标签，无需进行任何配置。采集的报警和事件数据，存储在单一的安全数据库中，也可通过数据库管理器同时对其进行管理。

　　Historian 具有开放的应用接口，提供两种标准接口，OLE DB 以及一个软件开发套件(SDK)，并提供多种选配客户端工具和应用程序。用户可将Historian 集成到OLE DB 兼容的应用程序中，如 Microsoft Excel、Microsoft SQL Server，可嵌入Excel 报表，也可以用标准SQL 指令查询数据、报警、事件信息。

　　受益之处

　　GE Proficy Historian以卓越的吞吐量和实时性表现为信息决策系统提供了丰富、准确、可靠的数据，并通过计算工具，对工业现场的生产数据进行处理，实现了数据到信息的转换。通过对生产过程的实时监控，收集、处理生产过程中的实时数据以支持生产计划的优化分解，生成与生产调度相关的各类资源计划，实现生产集中调度的管理模式。通过“实时”过程和生产信息与历史值的比较，可快速改善企业整体生产过程。借助Historian，上位的应用开发都能够得到数据支持。信息管理系统统对从Historian获得的数据进行实时分析、统计，并以可定制图文报表的形式展示发布，为提高产品质量及管理决策提供科学的数据依据，从而提高企业的生产管理水平。

　　参考建议

　　类似的系统可以考虑将Historian 企业级实时历史数据服务器结合Proficy iFIX SCADA系统，利用高级数据分析产品如iFIX 或Historian Excel 加载宏分析数据，通过ProficyPortal 可视化数据，再配合Proficy Plant Application 等Proficy 运营管理工具，即充分利用Proficy 平台化效能，尽可能将业务应变需求从技术瓶颈中解放出来，最大程度地实现业务的灵活性。

　　关于GE 智能平台

　　GE 智能平台是一个提供高新技术的企业，它为世界各地的用户提供用于自动化控制的软件、硬件和技术服务以及嵌入式计算。我们为用户提供一个独特的，灵活的，超可靠的技术基础，使得他们在包括能源、水处理、消费品、国防和防御，以及通讯等产业领域获得持续的优势。GE 智能平台是一家总部设在美国弗吉尼亚州的夏洛茨维尔的全球性企业，是GE 企业解决方案集团公司的一员。想获取更多信息，请访问：www.ge-ip.com。