Proficy Historian在鋼鐵廠中的應用

概要：本文通過Proficy Historian、Proficy Realtime Information Portal（簡稱RTIP）軟件在鋼鐵廠過程管理系統中的應用，提出了企業在構建實時數據庫平臺和數據的可視化應用方面的方法。
　　關鍵詞：Proficy Historian、Proficy Realtime Information Portal、實時數據庫
　　1、概述
　　邯鋼是1958年建廠投產并逐步發展起來的特大型鋼鐵企業。現有職工2.5萬人。
　　“十五”期間，邯鋼以調整產品結構為主線，以“建設國際水平現代化邯鋼”為目標，以建設460萬噸精品板材生產線為核心，積極推進產業升級、管理創新、人才強企、文化推動四大支撐戰略，努力創建集約效益型、資源節約型、環境友好型企業，奠定百年基業，努力把邯鋼建設成為工藝現代化、裝備大型化、產品結構優化、經營多元化，具有較強競爭力的優質板材基地。基于上述考慮，為了加快企業生產管理的信息化和生產的自動化，集團在2005年投資1億多元建立企業生產管理信息化多級信息系統，采用企業級實時數據庫系統建立全公司統一的控制系統信息集成平臺。通過實時數據庫系統把全公司各生產廠的控制系統連接起來，把眾多分散的自成體系的監控系統以分區的方式進行集中管理，實現管理層與控制層的集成，并為上層應用，尤其是MES和ERP，提供統一的數據支撐平臺。
　　2、生產過程管理系統的實施意義
　　通過應用Proficy Historian和Proficy Real-time Information portal部署的邯鋼集團實時數據庫及WEB系統在很大程度上實現了如下的目標：
　　2.1、整合了企業過程控制系統數據資源，解決了企業中多種、多套過程控制系統的聯網、集成、管理問題；能夠滿足企業多工段、多車間、多過程集成需要。
　　2.2、從全廠生產過程中的各個方面收集生產信息，并按照全廠信息模型組織這些數據，最終提供給企業管理人員和其他應用軟件使用。
　　2.3、通過實時跟蹤企業各車間物料消耗、原料供應、操作人員、過程信息和設備信息，使企業生產經營管理人員對企業的生產條件有一個全面的了解。
　　2.4、收集、存儲并分析產品數據，為持續的生產過程優化、提高提供依據。集成生產過程有關的操作規程、技術文檔、設備文檔，并以方便的界面提供給企業管理和操作人員。
　　2.5、全面標準、開放的實時/歷史數據存儲和服務，并將這些數據以可追憶的形式提供給企業生產管理人員，計算和分析生產成本的；管理信息系統軟件、企業資源計劃管理軟件和供應鏈管理軟件可以按自己的需要訪問、組織、使用系統中的所有數據。
　　2.6、實時數據庫平臺的建立幫助企業增強了在IT建設上的回報，提高投資效益，使企業的管理系統運行在實時生產過程數據的基礎上，大大地從企業信息化建設中受益，從而提高產品質量、縮短制造周期；提高全面裝備效率；提高人工效率；提高企業信息化建設的滿意度。
　　3、鋼鐵廠對過程管理系統的功能需求
　　通過建立企業實時歷史數據庫平臺，為生產管理信息化建設提供現實基礎。通過建立通用的網絡客戶端平臺，把實時數據、歷史數據、質量數據和關系型數據轉換成豐富的個性化的信息顯示，利用網絡瀏覽器在企業任何地方訪問這些信息。
　　3.1、通過數據接口站實時采集各控制系統的生產實時數據；
　　3.2、建立實時數據庫，集成實時信息；
　　3.3、提供生產工況圖、歷史數據趨勢圖、報表分析工具；
　　3.4、提供與上層管理系統的數據交互、轉發等開發接口。
　　3.5、為企業決策層提供必要、及時、可靠的現場過程數據
　　3.6、提升生產制造的體系架構
　　3.7、將現場數據轉換成企業管理的智能應用
　　3.8、充分利用和保障ERP以及管理系統投資
　　4、Proficy Historian的解決方案與應用技巧
　　根據公司自動化系統的現狀，制定了生產線、班組、車間和管理部門的自下而上的分層系統解決方案。根據不同層次的要求，成功運用了GE系統軟件iHistorian、Realtime Information Portal、iFIX的強大功能。生產線的各個控制系統（DCS/PLC）是實時歷史數據庫iHistotian的數據來源。通過iHistorian的強大的數據采集接口，可以將大部分控制系統得數據采集到iHistotian的實時歷史數據庫中，包括OPC采集器、XML/文本采集器。對于較老的控制系統，通過增加GE Proficy iFIX接口站，再運用iFIX數據采集器，即可完成數據采集。另外，有一部分相關的試驗數據和手動測試數據，也成功的接入了 實時歷史數據庫中。
　　每個班組由不同的生產線控制系統組成。在班組內設置GE Proficy iHistorian 和Realtime Information Portal 服務器，完成生產線的數據采集和數據分析工作。并最終通過公司骨干網，將現場實時數據、監控畫面、趨勢曲線、報警、各種數據分析報表發布到車間和管理部門。
　　車間由不同的班組構成，車間和管理部門通過GE Proficy iHistorian和Realtime Information Portal的瘦客戶端應用完成對生產狀態的監控、管理、維護。

　　實時數據庫軟件采用GE FANUC自動化公司的Proficy Historian3.0實時數據庫系統和Proficy Realtime Information Portal 2.1C 數據可視化分析及WEB發布系統實現邯鋼的企業實時數據庫平臺和生產信息WEB發布系統的功能。
　　下圖是邯鋼整個信息自動化系統分層、多級別結構示意圖，虛線框內為實時數據庫及WEB發布部分結構示意。

　　4．1 系統的網絡架構
　　系統架構是以邯鋼集團的光纖骨干網絡平臺位基礎，采用控制系統層和管理系統層分開的雙層網絡結構，控制系統層連接各班組下各生產線的控制網絡，管理系統層則連接邯鋼骨干網；生產現場的實時數據通過控制系統層通訊傳送到實時生產數據庫，并根據需要保存為歷史數據，實時歷史生產數據庫則通過管理系統層通訊向骨干網發布信息，異地用戶通過掛在骨干網上的客戶機實現遠程監控、遠程維護。此外，為了確保網絡安全，采用了必要的網絡安全措施以保證生產現場各自動化系統的穩定運行。
　　控制系統層和管理系統層通過GE Proficy Historian 實時歷史數據庫平臺和GE Proficy Realtime Information Portal 實時數據分析和web發布平臺進行網絡連接。控制系統層通過標準的OPC、iFIX/FIX、文件接口將實時生產信息數據采集到iHistorian數據庫中。
　　為了保證管理網絡、現場控制、信息傳輸各部分的安全獨立機制，邯鋼集團自動化部進行了三層網絡結構設計，采用安全可靠的隔離技術，在底層過程控制系統（PLC、DCS等）實時網絡與實時數據庫之間建立數據傳輸通道，同時實時數據庫與上層制造執行系統（MES）網絡之間基于信息網應用實時數據庫SDK開發工具包或OLE DB提供的開放數據庫訪問接口建立數據傳輸通道。MES系統基于管理網應用開發系統通信中間件與ERP系統進行數據交換，這樣形成了控制網、信息網、管理網的三層網絡安全機制。具體的網絡架構模式如圖2所示。

網絡架構模式
　　4．2實時數據庫部分(Proficy Historian)
　　考慮到邯鋼車間設備類型多樣、數據分布點廣泛、數據源形式多樣化的特點，我們充分利用Proficy Historian提供的多種模式的數據采集器以及靈活的SDK編程工具包對數據源進行了分類，針對不同的數據源采用相應的采集器進行合理采集，保證數據能及時、準確的進入生產實時數據庫服務器。具體數據分類及流向如圖3所示。

　　
　　邯鋼集團實時數據庫系統數據源種類廣泛，按設備分包括： SIEMENS系列PLC S5/S7-300/S7-400/WINAC、AB系列PLC LOGIX5000/SLC500/PLC5、OVATION DCS系統、橫河CS1000DCS系統、GE90-30PLC、MODICON QUANTUM系列PLC、智能電量儀表等等，按提供數據源的軟件分有： WINCC、WINAC、RSVIEW32、RSLINX、SIMANTIC NET、力控軟件FRAMEVIEW、FIX、iFIX、智能專家系統、SQL SERVER2000、ORACLE數據庫、文檔型(CSV/XML/TXT)采集（包括手動輸入型）等。按數據采集的方式分：OPC1.0/2.0A采集器、FIX/iFIX采集器、XML/CSV/TXT文件采集器、計算采集器、借助SDK/OLE DB利用VB編程工具開發程序從關系數據庫（SQL SERVER2000、ORACLE9i等）中進行數據采集，其中焦化MIS數據為SQL SERVER2000、能源系統為SQL SERVER2000、智能專家系統為 ORACLE9i。
　　4．3數據可視化分析及WEB信息發布部分（RTIP）：
　　在邯鋼的信息發布系統中，應用了RTIP軟件的幾大功能模塊，實現了在企業局域網內利用IE瀏覽器進行數據可視化分析的WEB信息發布功能。
　　4．3．1基礎業務平臺 完成系統的初始化設置，包括畫面的分類組織、用戶的管理、
權限的設置以及數據源的維護等功能，為其它業務系統提供基礎平臺框架。
　　4．3．2廣泛的數據源 在項目中我們應用了RTIP提供的多種數據源結構，包括實時數據源（含OPC、iFIX等）、歷史數據源（Proficy Historian）、關系型數據庫接口（JDBC數據庫驅動）等。
　　4．3．3生產實時監控 基本風格以DCS/PLC原有畫面風格為準，所有的實時參數都以只讀的方式從DCS/PLC上采集上來，不進行操作。它可集成多套DCS/PLC的數據。　
　　4．3．4 歷史趨勢分析 對歷史數據庫中所記錄的所有數據都可以用曲線的形式顯示出來，以供參考和分析。提供的趨勢曲線控件功能強大，所有操作都以Web方式進行，在客戶端上有適當的權限可自行修改顯示環境設置。
　　4．3．5 實時、歷史數據查詢 充分應用RTIP系統提供的JDBC強大的數據庫引擎驅動，并且通過Proficy Historian易操作的關系型數據庫接口，建立靈活的SQL語句查詢系統，根據不同的查詢條件對實時、歷史數據進行分類檢索，達到快速提取數據和歷史數據再現的WEB式用戶數據交互功能。例如可以按車間和介質參數等分類條件，查詢用戶急需的某一類數據。再結合時間段條件及其他給定的查詢條件，就可查詢目的數據點在某一段時間內的所有歷史數據。系統還支持查詢參數的用戶交互，組合條件查詢，即給予一個或多個查詢條件，就可根據所給予的條件將所有符合條件的數據顯示在數據網格中。

　　4．3．6生產報表 根據相關生產信息利用SQL語句連接其他信息系統關系型數據庫數據及Proficy Historian實時數據庫數據生成各類生產調度圖表以及生產日報、月報、年報等綜合報表。
　　4.4應用技巧
　　4.4.1、通過OPC方式對PLC實現數據采集（以SIEMENS的PLC為例）
通過SIMATIC NET/OPC SERVER方式獲得數據的實現方法：
　　1、安裝完畢SIMATIC.NET后，在開始菜單出現Station Configurator,打開后在第一行，ADD ：OPC SERVER在第二行以外的其他行ADD :IE General,點擊Station Name,以后需要。
　　2、控制面板：Set PG/PC Interface---選PC internal OK
　　3、開始－－－SIMATIC--SIMATIC.NET--SETTING---configuration console
--modules:選中網卡－－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：建新項目－－插入Simatic PC station (此處名字修改為必須同1、在Station Configurator中命名一致） －－configuration--與1、同樣，第一槽選OPC SERVER（sw v6.1.....)
　　第三槽選IE General，均在右側PC station下找。工具欄－－configure network---選OPC SERVER：insert net connection，local ID:隨意寫。partner：以太網地址，為PLC以太網模板的IP地址，ADD Details－－rack/slot=0/2
　　5、開始－－SIMATIC.NET--INdustial Ethernet---CP1613---OPC scount--opc simatic net---建group name進行同 A-B軟件一樣的測試。
　　4.4.2、通過OPC方式對DCS實現數據采集（以橫河的DCS CS-1000為例）
　　1、安裝完CS1000工程師站后，就具備了可以使用的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進行測試，看TAG能否采集到。
　　3、在管理員登錄下，安裝IH采集器（只需安裝OPC COLLECTER),IA的瀏覽發布RIF客戶端軟件。
　　4、啟動采集機上的服務為自動運行。重新啟動機器。
　　5、修改CS1000 ERP網卡IP地址和子網掩碼。
　　6、用筆記本模擬IH服務器，修改IP地址和子網掩碼使之與CS1000處于相同的網段。
　　7、修改采集器注冊表，HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Intellution, Inc.\iHistorian\Services\OPCCollector\ComputerName_OPC1_CollectorName項下增加一個DWORD數值，注意ComputerName_OPC1_CollectorName會因安裝不同的采集器而產生不同的名字，這里是用ComputerName_OPC1_CollectorName來示例，然后單擊這個項，在右邊的顯示區內通過單擊鼠標右鍵來新建一個DWORD（雙字節）的鍵值，并命名為"MachineUpTimeDelay"，然后雙擊該鍵值并選十進制輸入120（即延時120秒啟動），退出注冊表編輯器。如果還有上述情況發生，可以打開注冊表修改120到其他合適的時間數值。增加延時時間為120秒。
　　8、將IH服務器上的服務中Historian Data Archiver改為自動運行。重新啟動機器。
　　9、在IH中采集CS1000數據。
　　10、在RIF中輸入CS1000機器的名稱及端口號。
　　11、在采集器中hosts文件加入IH服務器IP地址和名稱。
　　4.4.3、通過OPC方式對上位系統實現數據采集（以羅克韋爾的RSview為例）
　　1、建立一個RSVIEW工程項目，選擇“系統”---“啟動”---“啟動”---“OPC/DDE服務器”。
　　2、在該項目“標記數據庫”中建立幾個內存標簽。
　　3、在“標記監視器”中監視上述標簽。
　　4、運行該項目。
　　5、在“服務”中啟動Historian OPC Collector-RSI_RSView32OPCTagServer
　　6、打開Matrikon OPC Explorer，選擇RSI.RSView32OPCTagServer,connect to server,建立group,item進行測試.建item時，需要在Item ID處輸入在Rsview中已經建立的內存標簽，按向右箭頭加入。
　　7、關閉，可以看到剛輸入的標簽，數值、狀態等參數。OK
　　8、運行IH，選擇Tags,Add Tag Manually.
　　9、Collector Name:TEST01_OPC_RSI_RSView32OPCTagServer,這里TEST01為采集機名。
　　10、Source Address:輸入在Rsview中建立的內存標簽。Tag Name:任意。Data Type:保持與內存標簽的數據類型一致。OK
　　11、右鍵該標簽，觀察最后10個值。
　　4.4.4、計算采集器的應用

　　6、Proficy Historian成功應用的效益分析
　　實時數據庫系統投入實際運行一年多來，運行穩定可靠，為生產管理人員提供了綜合的實時數據信息、分析結果和分析報告。以GE 的 Proficy Historian 為核心的實時生產信息管理系統，可方便的實現對各生產線自控系統的異地監控與維護，更合理地利用車間、班組的技術資源，實現各班組技術資源的共享，對于迅速提高整體維護水平，降低故障率，保障生產線的順行具有極為重要的戰略意義和極高的實際應用價值，同時也為ERP、MES的建立創造了良好的基礎平臺。