西門子Process Historian和Information Serve在船閘集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

王心沁 譚惠尹 王余旺 佘立子 何軍

摘 要：船閘運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的過(guò)程數(shù)據(jù)，這些過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)船閘長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性和運(yùn)行工藝合理性的分析具有重要作用，因此運(yùn)行數(shù)據(jù)完整便捷的存儲(chǔ)和查詢是船閘集中控制系統(tǒng)必須考慮的重要組成部分。三峽船閘采用西門子Process Historian存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合Information Server提供數(shù)據(jù)查詢及分析服務(wù)，本文根據(jù)三峽船閘集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用現(xiàn)狀，對(duì)該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的功能實(shí)現(xiàn)和存在的問(wèn)題進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：Process Historian;Information Server;數(shù)據(jù)存儲(chǔ);三峽船閘

SIMATIC Process Historian是用于存儲(chǔ)過(guò)程值和消息等過(guò)程數(shù)據(jù)的中央歸檔系統(tǒng)。Process Historian使用Microsoft SQL Server 2008 R2 SP1（64 位），并會(huì)歸檔來(lái)自PCS 7 操作員站（OS）和SIMATIC BATCH的歷史數(shù)據(jù)。歸檔數(shù)據(jù)可屬于不同的 PCS 7 項(xiàng)目，訪問(wèn)歷史數(shù)據(jù)對(duì)于 OS 客戶端是透明的。

SIMATIC Information Serve是使用Microsoft Reporting Services并可訪問(wèn)過(guò)程控制系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表系統(tǒng)。其數(shù)據(jù)源為Process Historian，信息服務(wù)器和Process Historian之間必須存在已組態(tài)連接才能創(chuàng)建報(bào)表，該報(bào)表系統(tǒng)訪問(wèn)Process Historian數(shù)據(jù)庫(kù)后，可通過(guò)報(bào)表評(píng)估和顯示收集的數(shù)據(jù)。

1 船閘集中監(jiān)控系統(tǒng)

三峽雙線五級(jí)船閘集中監(jiān)控系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通航信號(hào)及廣播指揮系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)組成。其中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由集中控制單元（集控PLC站）、操作員站1、操作員站2、工程師站、數(shù)據(jù)及通信服務(wù)器、培訓(xùn)管理站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)和其他外圍設(shè)備組成。集中監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)地控制系統(tǒng)之間采用雙100M光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。集中監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通航信號(hào)及廣播指揮系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)間采用百兆快速以太網(wǎng)，通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的交換共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)船閘系統(tǒng)的操作、控制功能。

集控系統(tǒng)原有的數(shù)據(jù)服務(wù)器硬件設(shè)備老化，軟件功能不能保證船閘運(yùn)行數(shù)據(jù)的完整存儲(chǔ)和便捷查詢，西門子Process Historian和Information Server在船閘數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)現(xiàn)的功能完整，現(xiàn)有集控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析查詢便捷。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 應(yīng)用軟件

Process Historian 和Information Server均為2013版，數(shù)據(jù)庫(kù)以SQL SERVER 2008 R2 為內(nèi)核，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于Wincc服務(wù)器。Process Historian 2013運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性高，且其對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器的CPU、內(nèi)存和IO負(fù)荷有著極強(qiáng)的優(yōu)化功能。信息服務(wù)器主要提供數(shù)據(jù)查詢分析以及數(shù)據(jù)報(bào)表制作等服務(wù)。Information Server可以向IE瀏覽器、Wincc和Excel等多種客戶端展現(xiàn)數(shù)據(jù)。其依托于微軟Repoort Bulider報(bào)表設(shè)計(jì)器，具有靈活的數(shù)據(jù)分析和展示功能。

2.2 Process Historian實(shí)現(xiàn)的功能

Process Historian 主要完成來(lái)自于兩臺(tái)互為冗余的操作員站數(shù)據(jù)歸檔和存儲(chǔ)。PH存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)主要包括船閘現(xiàn)場(chǎng)傳感設(shè)備采集的模擬量，集控及現(xiàn)地系統(tǒng)發(fā)出的命令、動(dòng)作及報(bào)警等數(shù)據(jù)信息。下圖為正常運(yùn)行條件下PH控制臺(tái)的運(yùn)行狀況，其顯示了PH所連接的數(shù)據(jù)源狀況、服務(wù)器CPU和磁盤(pán)IO等特性，同時(shí)可以觀察到實(shí)時(shí)推進(jìn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)。如圖1所示：

船閘單線集控系統(tǒng)有兩臺(tái)裝有WINCC互為冗余的操作員站，因此正常情況下PH數(shù)據(jù)源為2個(gè)，且顯示互為冗余。當(dāng)主機(jī)掉線時(shí)，輔機(jī)會(huì)自動(dòng)上線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔的銜接。若兩臺(tái)操作員站同時(shí)掉線，數(shù)據(jù)源個(gè)數(shù)顯示為0，此時(shí)需要排查系統(tǒng)故障。船閘現(xiàn)地監(jiān)控點(diǎn)數(shù)約為3000個(gè)，上圖可見(jiàn)正常運(yùn)行情況下，每秒存入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)約400-500個(gè)左右。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的服務(wù)器內(nèi)存一般會(huì)達(dá)到90%以上，而CPU的占用率通常都比較低。

為了保證數(shù)據(jù)服務(wù)器在長(zhǎng)期運(yùn)行后的穩(wěn)定以及磁盤(pán)空間的充裕，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必須具備一定的自我清理功能。PH為實(shí)現(xiàn)這一功能提供了數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能模塊。如圖2所示。

存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件分為在線和歸檔兩種狀態(tài)。在線數(shù)據(jù)是可通過(guò)信息服務(wù)器直接查詢的，而歸檔的數(shù)據(jù)文件已經(jīng)轉(zhuǎn)移至其他存儲(chǔ)介質(zhì)，如果需要查詢，PH提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)策略?；謴?fù)為在線狀態(tài)后即可正常查詢。

2.3 Information Server實(shí)現(xiàn)的功能

Information Server作為數(shù)據(jù)查詢工具，可以查詢故障報(bào)警信息、運(yùn)行命令和動(dòng)作指令以及傳感設(shè)備采集的現(xiàn)場(chǎng)水位、閘閥門行程、液壓系統(tǒng)油壓油位等數(shù)據(jù)信息，作為對(duì)船閘運(yùn)行過(guò)程的規(guī)律及運(yùn)行異常情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的參考依據(jù)。

數(shù)據(jù)查詢有三種展現(xiàn)方式，即IE瀏覽器、Excel、Wincc客戶端。正常運(yùn)行狀態(tài)下，打開(kāi)IE瀏覽器，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器IP訪問(wèn)，便可進(jìn)入數(shù)據(jù)查詢界面，可選擇關(guān)鍵字及查詢時(shí)段對(duì)所查詢數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，查詢結(jié)果界面如圖3。

從Information Server Web應(yīng)用程序的主頁(yè)下載Office加載項(xiàng)的安裝文件，在Office加載項(xiàng)與Information Server之間建立關(guān)聯(lián)，利用Excel創(chuàng)建和導(dǎo)出一系列以IS為基礎(chǔ)的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表查詢，查詢結(jié)果界面如圖4所示。

Process Historian完成對(duì)船閘運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)的歸檔存儲(chǔ)和備份恢復(fù)功能，Information Server實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢篩選分析等功能，當(dāng)前集控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)報(bào)表主要以上述兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。

3 小結(jié)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，能夠保證其運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完整，數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)友好便捷。但由于該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域并未有過(guò)長(zhǎng)期使用的案例，因此實(shí)際使用過(guò)程中也暴露出一些問(wèn)題。由于對(duì)軟硬件版本匹配的要求較嚴(yán)格，一旦數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)升級(jí)后，其運(yùn)行存在偶發(fā)性停止和歸檔數(shù)據(jù)延遲等情況，同時(shí)由于操作員站的冗余配置，Process Historian的冗余環(huán)境要求較高，一旦操作員站冗余狀態(tài)發(fā)生異常，PH就會(huì)運(yùn)行異常，且IS的數(shù)據(jù)查詢也會(huì)出現(xiàn)異常。針對(duì)船閘集控系統(tǒng)的運(yùn)行需求及現(xiàn)場(chǎng)需要，查詢報(bào)表的開(kāi)發(fā)還有待進(jìn)一步豐富。

參考文獻(xiàn)：

[1] Wincc V7.2 Help Contents

[2] SIMATIC Process Historian管理系統(tǒng)手冊(cè)

[3] SIMATIC Information Server信息服務(wù)器管理系統(tǒng)手冊(cè)