3. 系統解決方案

　　3.1 系統設計原則

　　3.1.1 功能實用性

　　能源管理系統的目的就是建立一個安全可靠、技術先進、實用性強，能适應鋼鐵企業實際情況的能源信息管理系統。

　　京唐實時數據庫系統是基于冶金企業實時數據平台系統建設中積累了大量的冶金行業專業知識、基礎數據和項目實施經驗，融合了一系列國内外冶金企業管理思想和方法。系統的實用性将主要體現在以下幾個方面：

　　l改進管理方式、提高管理水平、提高工作效率、提高工作質量；

　　l用戶界面友好，操作簡單、方便；

　　l系統運行穩定、安全、可靠；

　　l軟件功能符合業務需求，采用了成熟的、具有發展前途的主流技術。

　　3.1.2 數據原始性

　　實時數據的采集從一級取原始的數據，即需要采集沒有經過修改過的，實時的數據作為原則，要保證數據的及時性和真實性。

　　3.1.3 統一規劃、分步實施

　　京唐實時數據庫系統在需求分析、功能設計和系統測試安裝階段采用統一規劃的方式，系統的操作平台和數據庫平台完全統一；但各個子系統的具體編碼實現可以根據工程進度和實際情況分步實施，使軟件系統可以順利實施。

　　3.4 系統功能描述

　　3.4.1 數據采集平台

　　由于能源計量網絡涉及到整個企業的不同生産環節，并且水電氣風等能量在管網中的流動具有實時性，因此數據量比較大，采用實時數據庫能夠很好地解決實時性與長期的曆史數據存儲問題。因此，對于數字化儀表或者已經進入PLC或者DCS的能源計量數據将通過實時數據庫系統進行自動采集，各能源使用節點通過系統提供的接口驅動，自動采集計量數據及生産數據通過網絡傳遞到應用服務器上。

　　另外，企業不可避免地具有一些不能自動采集的儀表，必須通過手工抄數或估算。對不能自動采集的數據，系統提供手工錄入界面。對于估算數據，系統提供根據過去走勢自動估算功能。

　　通過實時數據庫系統的設備接口層驅動，面向系統中的不同物理設備、PLC、DCS和不同控制總線上所挂接的設備，通過數據采集接口站将不同設備連入系統，接口驅動安裝在數據采集接口站，負責讀取物理設備信息和實時數據，并通過預定義的通信協議與實時數據庫服務器上的通信子系統進行連接和通信。實時數據庫平台通過接口站和底層設備進行通信，屏蔽了具體設備的連接細節。

　　設備驅動程序在控制系統上取數時，不會影響控制系統的正常運行，因為系統提供隻讀、隻寫和讀寫三種權限，通過适當的設置可保證系統運行的安全性。并且，系統具備自診斷和自恢複功能，當數據采集異常時，工作站提供警報和處理方法，當服務器和數據采集工作站出現通訊故障時，軟件會自動存儲從控制系統中采集的數據，當故障消除時，會自動将緩沖數據傳送到服務器，保證Agilor實時數據庫平台數據的完整和連續性。

　　根據首鋼京唐的實際情況，數據采集有以下三種情況：

　　l情況一：

　　通過以太網從上位機上采集數據，Siemens系列PLC及AB系列的上位軟件等提供OPC接口或DDE接口的均屬于這種情況。如圖3-3所示。

　　圖3-3 數據采集工作站連接上位機配置圖

　　l情況二：

　　通過屏蔽雙絞線連接智能儀表，各種未進機的智能儀表的數據采集均屬于這種情況。由于RS485通訊總線的最遠傳輸距離為1200米，而為了增加傳輸可靠性，減少誤碼率，必須采用較低的傳輸率如9600波特率。實際應用中如果距離超過600米則最好使用中繼器，而如果采用中繼器則需要解決中繼器的供電問題，中繼器一般采用直流24V供電，如需要多個中繼器，一般需要架設一根與信号線平行的電纜線。因此，最好将智能儀表連接到附近的數采工作站或者采集器。連接方式采用RS485集線器集将同一位置的智能儀表連接，通過屏蔽雙絞線将信号傳輸到數采工作站上（參見下圖）。這樣，一個數據采集工作站能夠采集一定區域内的若幹個智能儀表，從而減少投資，提高收益。

　　如圖3-4所示。

　　圖3-4 數據采集工作站連接智能儀表配置圖

　　l情況三：

　　無法采集的數據采用手工錄入的方式進行。京唐實時數據庫系統将提供手工錄入界面。

　　3.4.2 數據管理平台

　　3.4.2.1 實時數據庫系統

　　數據平台主要使用Agilor的服務器版本，用于管理企業底層的實時過程數據；作為一個大型分布式實時數據庫系統，主要用于實時采集、存儲并管理來自各種控制系統和現場總線的設備狀态與過程數據，為大型的實時應用提供統一和有效的數據支持。Agilor系統具有多項獨有的先進專利技術，包括實時事務調度算法、并發控制協議、自适應的曆史數據壓縮算法、多服務器動态冗餘技術以及主動規則推理技術等。單PC服務器Agilor系統支持超過二十萬點的數據采集與長達數年的曆史數據存儲。

　　Agilor系統提供基本的數據采集、存儲與管理功能之外，還提供一系列的輔助工具滿足用戶的不同管理需求，主要包括：數據備份與恢複工具、數據增量備份工具、實時數據同步工具等。

　　lAgilor數據備份與恢複工具

　　Agilor數據備份與恢複工具提供數據庫配置與曆史數據的定期備份、故障後或者遷移中的數據導入導出、數據備份的管理等功能。

　　lAgilor數據增量備份工具

　　Agilor增量備份工具提供自動的增量數據備份，支持FTP遠程備份功能。

　　lAgilor實時數據同步工具

　　Agilor實時數據同步工具提供兩個實時數據庫之間的數據同步，尤其适合分級的實時數據管理與具有不同安全級别的場合；工具基于UDP協議實現，能穿過網閘等單向通信設備。

　　lAgilor系統二次開發包

　　Agilor提供實時數據采集開發接口、标準API接口、COM接口，方便用戶與集成商進行二次開發。

　　3.4.2.2 實時數據整合工具

　　Agilor DI是基于ECA規則推理引擎，面向企業實時數據整合與發布、智能報警、二次計算等應用需求的開發與運行工具。系統支持ECA規則的并行推理，提供自定義腳本、VBScript定義業務邏輯。系統功能特點如下：

　　l數據整合與發布：支持常用的函數與實時數據庫、關系數據庫操作，能夠把實時數據庫中的數據基于事件自動處理後寫入關系數據庫或者回寫到實時數據庫中；

　　l智能報警：通過訂閱相關的數據點并實時監測這些數據的變化，結合應用中的業務邏輯與經驗，能夠實現組合報警與智能報警；

　　l二次計算：支持數據的單位轉換、數據進制轉換、按系數運算、數據分拆或者合并等功能；

　　l主動控制：根據實時數據庫中的數據狀态，定期或者基于事件對物理設備進行控制操作，包括對單一對象運行狀态的控制或者一系列控制指令的組合。

　　此外，提供面向Oracle與SQL Server數據庫的實時數據發布工具，

　　能夠把實時數據庫中的數據經過簡單運算之後輸出到關系數據庫中，包括最大值、最小值、累積值、平均值等各種運算，從而更加容易實現與管理數據庫的集成，為企業信息系統提供可靠的數據基礎。

　　3.4.2.3 統一數據訪問接口

　　面向企業異構的數據源，提供統一的數據訪問接口，支持常見的實時數據庫、關系數據庫。目前，提供實時數據庫的統一數據訪問接口，支持數據的訂閱/發布機制，實現對Agilor、PI、Infoplus.21的統一數據訪問（Agilor DI中使用此接口從實時數據庫中獲取數據）；統一的關系數據庫訪問接口封裝對關系數據庫的訪問，支持Oracle、SQL Server、Access等數據源，能夠通過配置生成XML文件實現訪問接口的定制。

　　3.4.3 數據集成平台

　　3.4.3.1 實時監測

　　在首鋼京唐廠區平面圖上繪制各種能源管網圖，來展示全廠各種能源量的當前壓力、溫度、實時流量和累計流量等四個關鍵性數據。管網平面圖相對于首鋼京唐現有能源系統中的邏輯管網圖來說，更具有直觀性、更方便問題定位。

　　實時監測系統利用gis技術和web發布技術，将首鋼京唐管網圖發布到浏覽器上，并在管網儀表的相應位置實時顯示關鍵計量指标。

　　實時監測系統具有以下功能：

　　l有一張全公司能源動态圖（包括所有廠際、廠内能源網絡點），由面到點，可分畫面顯示。

　　l顯示内容包括：

　　n顯示各壓力計量點的實時數值及單位；

　　n顯示各溫度計量點的實時數值及單位；

　　n顯示各流量計量點的實時數值及單位；

　　n顯示各流量計量點的累計數值及單位；

　　n對于氣體補正的數據，顯示補正前的原始數據。

　　如圖3-5所示。

　　3.4.3.2 趨勢分析

　　使用趨勢曲線來直觀地展示當前及過去8小時内的單種類能源量的産出和消耗，并可以在趨勢圖上進行趨勢放大、趨勢縮小、關鍵值标定、曆史數據查詢等多種操作。如下圖所示。

　　趨勢曲線具有如下功能：

　　l曆史數據查詢：用戶能夠通過浏覽器查詢過去某段時間内的計量數據，并且支持用戶對這些數據進行統計運算，包括最大值、最小值、平均值、累積值等；

　　l數據對比分析：系統支持用戶對不同階段的查詢結果進行對比分析，以便确定産量提升與能源消耗的原因。

　　l趨勢分析：支持用戶對實時數據、曆史數據以及統計數據以曲線的形式表現出來，比較生産的趨勢、不同階段的産量，以便更加直觀地了解生産狀況：

　　l可以查詢任一時間段内任一測點的數值趨勢圖；

　　l曆史查詢時間跨度支持小到幾分鐘，長到幾小時。

　　如圖3-6所示。

　　3.4.3.3 報警監測

　　報警監測系統包括實時報警監測和報警信息管理兩大部分功能。

　　實時報警監測是在實時監測系統的平面圖上顯示相應能源介質實時采集測點報警信息。報警信息分為以下2種：

　　l越限報警：

　　對于每個實時采集測點可以設置4個報警線：高報警線、高高報警線、低報警線、低低報警線。

　　該測點值≤低低報警線，觸發低低報警；低低報警線＜該測點值≤低報警線，觸發低報警；高報警線≤該測點值＜高高報警線，觸發高報警；高高報警線≤該測點值，觸發高高報警。如圖3-7所示。

　　當觸發報警動作時，在界面上表現為該測點的值發生閃爍，以不同顔色區分不同報警。如圖3-8所示。

　　圖3-8 報警監測系統越限報警

　　l平衡報警：

　　如果管道入口和出口表的流量值之差超過閥值，将觸發平衡報警。發生平衡報警時，管線将閃爍，提示管線可能出現跑冒滴漏。如圖3-9所示。

　　報警信息管理的作用是将報警監測系統中實時顯示的報警信息，以及相關信息（如報警發生時間、報警處理人員、報警處理結束時間等）記錄下來，方便事故追憶和管理分析。

　　l報警分為重故障、輕故障、一般信息三種。

　　n重故障報警是指嚴重的報警，會影響主設備的運行，需要馬上做處理。如上上限報警，過流速斷保護動作、煤氣櫃漏洩、泵故障等。

　　n輕故障報警是指一般性的故障，或需要對操作人員提醒的報警，如上限報警、下限報警、壓力不平衡報警等。

　　n一般信息指不屬于故障，但要讓操作人員知道的信息，如開關的信号。為便于對事件的記錄和查詢，将設備的狀态信号和操作信号也列入報警系統，作為一般信息處理。

　　l報警的通知方式分以下幾類：

　　n實時報警：在實時報警監測圖上，通過閃爍和聲音的方式提醒。

　　n事故追憶：用戶可以通過查詢報警日志的方式來查看曆史報警記錄。

　　l報警日志将記錄以下内容：

　　n報警時間

　　n報警内容

　　n報警處理人員信息

　　3.4.3.4 日志管理

　　京唐實時數據庫系統中，日志管理系統是一個非常重要的功能組成部分。它可以記錄下系統所産生的所有行為，并按照範式表達出來。系統管理人員可以查看日志管理系統所記錄的信息，以獲取某一時間段内哪些人員對哪部分系統進行了哪些操作。日志管理系統主要應用于事故追憶。

　　日志管理系統提供了一整套行之有效的日志查詢功能，支持任意字段的關鍵字精确查詢、組合查詢、模糊查詢、關聯查詢等，并自動建立索引機制，大大提高了查詢的準确性和查詢速度。

　　3.4.3.5 用戶管理

　　用戶管理是整個京唐實時數據庫系統的安全基礎與安全保障。用戶管理具有以下功能與特點：

　　l一站式登錄：每次使用能源系統時僅需登錄一次，而不需要在訪問不同功能模塊的時候重複登錄。

　　l多權限管理：針對任何一個系統功能模塊，均有以下權限可以設定：

　　n不可訪問：用戶不能訪問該功能模塊，在用戶界面上也不會出現該功能模塊的鍊接。

　　n隻讀：用戶隻能使用該功能模塊浏覽數據。

　　n管理：用戶可以修改該功能模塊統計後的結果。

　　l組策略：将權限一緻的用戶歸結為一個組，方便進行統一管理。

　　l個性化界面：用戶登錄後，系統菜單中隻顯示該用戶有權訪問的功能模塊鍊接，而不顯示其無權訪問的功能模塊鍊接。

　　l密碼安全保護：使用MD5或SHA1加密算法，對用戶密碼進行保護。

　　3.4.3.6 動态報表工具

　　以微軟Excel為載體，提供了一個可視化的報表生成工具，支持各種複雜表格的繪制，實現靜态制表與動态生成功能。利用該構件能夠方便地生成班報、日報、月報及其它各種統計報表，提供報表模闆管理功能，支持常用的算術與統計函數；能夠同時訪問實時數據庫與關系數據庫中的數據，組态後的報表能夠發布到Web服務器并在浏覽器中遠程浏覽。Web服務器的報表能夠按照目錄組織，在客戶端能夠按照樹狀結構顯示這些報表，并按照用戶權限控制訪問。

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