Proficy Historian在钢铁厂中的应用

概要：本文通过Proficy Historian、Proficy Realtime Information Portal（简称RTIP）软件在钢铁厂过程管理系统中的应用，提出了企业在构建实时数据库平台和数据的可视化应用方面的方法。
　　关键词：Proficy Historian、Proficy Realtime Information Portal、实时数据库
　　1、概述
　　邯钢是1958年建厂投产并逐步发展起来的特大型钢铁企业。现有职工2.5万人。
　　“十五”期间，邯钢以调整产品结构为主线，以“建设国际水平现代化邯钢”为目标，以建设460万吨精品板材生产线为核心，积极推进产业升级、管理创新、人才强企、文化推动四大支撑战略，努力创建集约效益型、资源节约型、环境友好型企业，奠定百年基业，努力把邯钢建设成为工艺现代化、装备大型化、产品结构优化、经营多元化，具有较强竞争力的优质板材基地。基于上述考虑，为了加快企业生产管理的信息化和生产的自动化，集团在2005年投资1亿多元建立企业生产管理信息化多级信息系统，采用企业级实时数据库系统建立全公司统一的控制系统信息集成平台。通过实时数据库系统把全公司各生产厂的控制系统连接起来，把众多分散的自成体系的监控系统以分区的方式进行集中管理，实现管理层与控制层的集成，并为上层应用，尤其是MES和ERP，提供统一的数据支撑平台。
　　2、生产过程管理系统的实施意义
　　通过应用Proficy Historian和Proficy Real-time Information portal部署的邯钢集团实时数据库及WEB系统在很大程度上实现了如下的目标：
　　2.1、整合了企业过程控制系统数据资源，解决了企业中多种、多套过程控制系统的联网、集成、管理问题；能够满足企业多工段、多车间、多过程集成需要。
　　2.2、从全厂生产过程中的各个方面收集生产信息，并按照全厂信息模型组织这些数据，最终提供给企业管理人员和其他应用软件使用。
　　2.3、通过实时跟踪企业各车间物料消耗、原料供应、操作人员、过程信息和设备信息，使企业生产经营管理人员对企业的生产条件有一个全面的了解。
　　2.4、收集、存储并分析产品数据，为持续的生产过程优化、提高提供依据。集成生产过程有关的操作规程、技术文档、设备文档，并以方便的界面提供给企业管理和操作人员。
　　2.5、全面标准、开放的实时/历史数据存储和服务，并将这些数据以可追忆的形式提供给企业生产管理人员，计算和分析生产成本的；管理信息系统软件、企业资源计划管理软件和供应链管理软件可以按自己的需要访问、组织、使用系统中的所有数据。
　　2.6、实时数据库平台的建立帮助企业增强了在IT建设上的回报，提高投资效益，使企业的管理系统运行在实时生产过程数据的基础上，大大地从企业信息化建设中受益，从而提高产品质量、缩短制造周期；提高全面装备效率；提高人工效率；提高企业信息化建设的满意度。
　　3、钢铁厂对过程管理系统的功能需求
　　通过建立企业实时历史数据库平台，为生产管理信息化建设提供现实基础。通过建立通用的网络客户端平台，把实时数据、历史数据、质量数据和关系型数据转换成丰富的个性化的信息显示，利用网络浏览器在企业任何地方访问这些信息。
　　3.1、通过数据接口站实时采集各控制系统的生产实时数据；
　　3.2、建立实时数据库，集成实时信息；
　　3.3、提供生产工况图、历史数据趋势图、报表分析工具；
　　3.4、提供与上层管理系统的数据交互、转发等开发接口。
　　3.5、为企业决策层提供必要、及时、可靠的现场过程数据
　　3.6、提升生产制造的体系架构
　　3.7、将现场数据转换成企业管理的智能应用
　　3.8、充分利用和保障ERP以及管理系统投资
　　4、Proficy Historian的解决方案与应用技巧
　　根据公司自动化系统的现状，制定了生产线、班组、车间和管理部门的自下而上的分层系统解决方案。根据不同层次的要求，成功运用了GE系统软件iHistorian、Realtime Information Portal、iFIX的强大功能。生产线的各个控制系统（DCS/PLC）是实时历史数据库iHistotian的数据来源。通过iHistorian的强大的数据采集接口，可以将大部分控制系统得数据采集到iHistotian的实时历史数据库中，包括OPC采集器、XML/文本采集器。对于较老的控制系统，通过增加GE Proficy iFIX接口站，再运用iFIX数据采集器，即可完成数据采集。另外，有一部分相关的试验数据和手动测试数据，也成功的接入了 实时历史数据库中。
　　每个班组由不同的生产线控制系统组成。在班组内设置GE Proficy iHistorian 和Realtime Information Portal 服务器，完成生产线的数据采集和数据分析工作。并最终通过公司骨干网，将现场实时数据、监控画面、趋势曲线、报警、各种数据分析报表发布到车间和管理部门。
　　车间由不同的班组构成，车间和管理部门通过GE Proficy iHistorian和Realtime Information Portal的瘦客户端应用完成对生产状态的监控、管理、维护。

　　实时数据库软件采用GE FANUC自动化公司的Proficy Historian3.0实时数据库系统和Proficy Realtime Information Portal 2.1C 数据可视化分析及WEB发布系统实现邯钢的企业实时数据库平台和生产信息WEB发布系统的功能。
　　下图是邯钢整个信息自动化系统分层、多级别结构示意图，虚线框内为实时数据库及WEB发布部分结构示意。

　　4．1 系统的网络架构
　　系统架构是以邯钢集团的光纤骨干网络平台位基础，采用控制系统层和管理系统层分开的双层网络结构，控制系统层连接各班组下各生产线的控制网络，管理系统层则连接邯钢骨干网；生产现场的实时数据通过控制系统层通讯传送到实时生产数据库，并根据需要保存为历史数据，实时历史生产数据库则通过管理系统层通讯向骨干网发布信息，异地用户通过挂在骨干网上的客户机实现远程监控、远程维护。此外，为了确保网络安全，采用了必要的网络安全措施以保证生产现场各自动化系统的稳定运行。
　　控制系统层和管理系统层通过GE Proficy Historian 实时历史数据库平台和GE Proficy Realtime Information Portal 实时数据分析和web发布平台进行网络连接。控制系统层通过标准的OPC、iFIX/FIX、文件接口将实时生产信息数据采集到iHistorian数据库中。
　　为了保证管理网络、现场控制、信息传输各部分的安全独立机制，邯钢集团自动化部进行了三层网络结构设计，采用安全可靠的隔离技术，在底层过程控制系统（PLC、DCS等）实时网络与实时数据库之间建立数据传输通道，同时实时数据库与上层制造执行系统（MES）网络之间基于信息网应用实时数据库SDK开发工具包或OLE DB提供的开放数据库访问接口建立数据传输通道。MES系统基于管理网应用开发系统通信中间件与ERP系统进行数据交换，这样形成了控制网、信息网、管理网的三层网络安全机制。具体的网络架构模式如图2所示。

网络架构模式
　　4．2实时数据库部分(Proficy Historian)
　　考虑到邯钢车间设备类型多样、数据分布点广泛、数据源形式多样化的特点，我们充分利用Proficy Historian提供的多种模式的数据采集器以及灵活的SDK编程工具包对数据源进行了分类，针对不同的数据源采用相应的采集器进行合理采集，保证数据能及时、准确的进入生产实时数据库服务器。具体数据分类及流向如图3所示。

　　
　　邯钢集团实时数据库系统数据源种类广泛，按设备分包括： SIEMENS系列PLC S5/S7-300/S7-400/WINAC、AB系列PLC LOGIX5000/SLC500/PLC5、OVATION DCS系统、横河CS1000DCS系统、GE90-30PLC、MODICON QUANTUM系列PLC、智能电量仪表等等，按提供数据源的软件分有： WINCC、WINAC、RSVIEW32、RSLINX、SIMANTIC NET、力控软件FRAMEVIEW、FIX、iFIX、智能专家系统、SQL SERVER2000、ORACLE数据库、文档型(CSV/XML/TXT)采集（包括手动输入型）等。按数据采集的方式分：OPC1.0/2.0A采集器、FIX/iFIX采集器、XML/CSV/TXT文件采集器、计算采集器、借助SDK/OLE DB利用VB编程工具开发程序从关系数据库（SQL SERVER2000、ORACLE9i等）中进行数据采集，其中焦化MIS数据为SQL SERVER2000、能源系统为SQL SERVER2000、智能专家系统为 ORACLE9i。
　　4．3数据可视化分析及WEB信息发布部分（RTIP）：
　　在邯钢的信息发布系统中，应用了RTIP软件的几大功能模块，实现了在企业局域网内利用IE浏览器进行数据可视化分析的WEB信息发布功能。
　　4．3．1基础业务平台 完成系统的初始化设置，包括画面的分类组织、用户的管理、
权限的设置以及数据源的维护等功能，为其它业务系统提供基础平台框架。
　　4．3．2广泛的数据源 在项目中我们应用了RTIP提供的多种数据源结构，包括实时数据源（含OPC、iFIX等）、历史数据源（Proficy Historian）、关系型数据库接口（JDBC数据库驱动）等。
　　4．3．3生产实时监控 基本风格以DCS/PLC原有画面风格为准，所有的实时参数都以只读的方式从DCS/PLC上采集上来，不进行操作。它可集成多套DCS/PLC的数据。　
　　4．3．4 历史趋势分析 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。提供的趋势曲线控件功能强大，所有操作都以Web方式进行，在客户端上有适当的权限可自行修改显示环境设置。
　　4．3．5 实时、历史数据查询 充分应用RTIP系统提供的JDBC强大的数据库引擎驱动，并且通过Proficy Historian易操作的关系型数据库接口，建立灵活的SQL语句查询系统，根据不同的查询条件对实时、历史数据进行分类检索，达到快速提取数据和历史数据再现的WEB式用户数据交互功能。例如可以按车间和介质参数等分类条件，查询用户急需的某一类数据。再结合时间段条件及其他给定的查询条件，就可查询目的数据点在某一段时间内的所有历史数据。系统还支持查询参数的用户交互，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在数据网格中。

　　4．3．6生产报表 根据相关生产信息利用SQL语句连接其他信息系统关系型数据库数据及Proficy Historian实时数据库数据生成各类生产调度图表以及生产日报、月报、年报等综合报表。
　　4.4应用技巧
　　4.4.1、通过OPC方式对PLC实现数据采集（以SIEMENS的PLC为例）
通过SIMATIC NET/OPC SERVER方式获得数据的实现方法：
　　1、安装完毕SIMATIC.NET后，在开始菜单出现Station Configurator,打开后在第一行，ADD ：OPC SERVER在第二行以外的其他行ADD :IE General,点击Station Name,以后需要。
　　2、控制面板：Set PG/PC Interface---选PC internal OK
　　3、开始－－－SIMATIC--SIMATIC.NET--SETTING---configuration console
--modules:选中网卡－－General--mode of the module=configured mode
--access points:cp_h1_1:ISO ind Ethernet--3com...
cp_PN_1:ISO ind Ethernet--3com...
S7ONLINE
　　4、step7中：建新项目－－插入Simatic PC station (此处名字修改为必须同1、在Station Configurator中命名一致） －－configuration--与1、同样，第一槽选OPC SERVER（sw v6.1.....)
　　第三槽选IE General，均在右侧PC station下找。工具栏－－configure network---选OPC SERVER：insert net connection，local ID:随意写。partner：以太网地址，为PLC以太网模板的IP地址，ADD Details－－rack/slot=0/2
　　5、开始－－SIMATIC.NET--INdustial Ethernet---CP1613---OPC scount--opc simatic net---建group name进行同 A-B软件一样的测试。
　　4.4.2、通过OPC方式对DCS实现数据采集（以横河的DCS CS-1000为例）
　　1、安装完CS1000工程师站后，就具备了可以使用的OPC SERVER功能，操作站的OPC SERVER功能不能使用。
　　2、使用Matrikon OPC EXPLORER或A-B的OPC test client进行测试，看TAG能否采集到。
　　3、在管理员登录下，安装IH采集器（只需安装OPC COLLECTER),IA的浏览发布RIF客户端软件。
　　4、启动采集机上的服务为自动运行。重新启动机器。
　　5、修改CS1000 ERP网卡IP地址和子网掩码。
　　6、用笔记本模拟IH服务器，修改IP地址和子网掩码使之与CS1000处于相同的网段。
　　7、修改采集器注册表，HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Intellution, Inc.\iHistorian\Services\OPCCollector\ComputerName_OPC1_CollectorName项下增加一个DWORD数值，注意ComputerName_OPC1_CollectorName会因安装不同的采集器而产生不同的名字，这里是用ComputerName_OPC1_CollectorName来示例，然后单击这个项，在右边的显示区内通过单击鼠标右键来新建一个DWORD（双字节）的键值，并命名为"MachineUpTimeDelay"，然后双击该键值并选十进制输入120（即延时120秒启动），退出注册表编辑器。如果还有上述情况发生，可以打开注册表修改120到其他合适的时间数值。增加延时时间为120秒。
　　8、将IH服务器上的服务中Historian Data Archiver改为自动运行。重新启动机器。
　　9、在IH中采集CS1000数据。
　　10、在RIF中输入CS1000机器的名称及端口号。
　　11、在采集器中hosts文件加入IH服务器IP地址和名称。
　　4.4.3、通过OPC方式对上位系统实现数据采集（以罗克韦尔的RSview为例）
　　1、建立一个RSVIEW工程项目，选择“系统”---“启动”---“启动”---“OPC/DDE服务器”。
　　2、在该项目“标记数据库”中建立几个内存标签。
　　3、在“标记监视器”中监视上述标签。
　　4、运行该项目。
　　5、在“服务”中启动Historian OPC Collector-RSI_RSView32OPCTagServer
　　6、打开Matrikon OPC Explorer，选择RSI.RSView32OPCTagServer,connect to server,建立group,item进行测试.建item时，需要在Item ID处输入在Rsview中已经建立的内存标签，按向右箭头加入。
　　7、关闭，可以看到刚输入的标签，数值、状态等参数。OK
　　8、运行IH，选择Tags,Add Tag Manually.
　　9、Collector Name:TEST01_OPC_RSI_RSView32OPCTagServer,这里TEST01为采集机名。
　　10、Source Address:输入在Rsview中建立的内存标签。Tag Name:任意。Data Type:保持与内存标签的数据类型一致。OK
　　11、右键该标签，观察最后10个值。
　　4.4.4、计算采集器的应用

　　6、Proficy Historian成功应用的效益分析
　　实时数据库系统投入实际运行一年多来，运行稳定可靠，为生产管理人员提供了综合的实时数据信息、分析结果和分析报告。以GE 的 Proficy Historian 为核心的实时生产信息管理系统，可方便的实现对各生产线自控系统的异地监控与维护，更合理地利用车间、班组的技术资源，实现各班组技术资源的共享，对于迅速提高整体维护水平，降低故障率，保障生产线的顺行具有极为重要的战略意义和极高的实际应用价值，同时也为ERP、MES的建立创造了良好的基础平台。