基于紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫構(gòu)建某化工集團(tuán)能源管理信息系統(tǒng)（集中式）
我國煤炭保有資源量10345億噸，剩余探明可采儲量約占世界的13％，列世界第三位，但人均擁有量只相當(dāng)于世界平均水平的50％。；石油、天然氣人均資源量僅為世界平均水平的1/15左右。
中國能源消費的快速增長將能源需求推上了一個更高的臺階。在這一基數(shù)上，即使能保持較低的能源需求增長，能源需求的絕對增量也將是巨大的，我國目前年能源需求量達(dá)到24.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤(大約占世界能源總消耗的15%)。如果將能源需求增長降低到5%，年增加量也達(dá)到1.23億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。事實上，如果GDP增長為9%，以目前的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和增長方式，很難將能源需求增長降低到5%。
因此，節(jié)能是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的一項長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項極為緊迫的任務(wù)。能源緊缺已成為當(dāng)今全球制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，開源與節(jié)流是解決能源危機(jī)的兩大途徑，開源的過程是艱辛和漫長的，相比之下，節(jié)約的途徑是最佳的，一方面需要的投資額不是很大，另一方面隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，各項節(jié)約能源的技術(shù)、工藝、產(chǎn)品及設(shè)備也層出不窮，為我們提供了巨大的選擇空間，再者國家政策的支持與資金的扶持，從經(jīng)濟(jì)手段上為能源的節(jié)約提供了有利條件。
化工集團(tuán)雖屬國有大型企業(yè)，十分關(guān)心重視節(jié)能工作，但由于我國能源管理主要依靠報表的歷史原因，企業(yè)多年來的節(jié)能工作也停留在大型設(shè)備的節(jié)能和技術(shù)改造方面，缺少現(xiàn)代化的管理平臺和管理手段，缺乏能源調(diào)度的能力和水平，存在能源管理體系配套不完善，能源消費的分析與管控能力較差等問題，現(xiàn)已出現(xiàn)能源管理方面的瓶頸，但其能源管理仍具有很大的管理節(jié)能的潛力。因此，對化工能源管控系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級改造，將進(jìn)一步提高企業(yè)的能源利用水平，降低企業(yè)成本，給企業(yè)帶來生機(jī)，使企業(yè)成為國內(nèi)一流的節(jié)能減排的先進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)。
根據(jù)需求分析，本次項目以智能儀表、流量計、PLC等數(shù)據(jù)源為主，DCS系統(tǒng)等控制系統(tǒng)為輔，以安全經(jīng)濟(jì)運行和提高企業(yè)整體節(jié)能效益為目的，選用業(yè)界先進(jìn)、性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、安全可靠、操作方便、用途廣泛的紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，采用先進(jìn)、適用、有效的專業(yè)計算方法，實現(xiàn)整個集團(tuán)范圍內(nèi)的生產(chǎn)能耗信息共享，廠級生產(chǎn)能耗的實時信息監(jiān)控和調(diào)度，為公司管理層提供真實、可靠的實時運行數(shù)據(jù)，為市場運作下的企業(yè)提供科學(xué)、準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。從管理角度來看，它為控制企業(yè)成本、為提高生產(chǎn)力提供重要而真實的運行數(shù)據(jù)；同時，通過數(shù)據(jù)的分析和比較，能提出科學(xué)的、合理的節(jié)能決策方案，使企業(yè)管理層的經(jīng)營決策更具科學(xué)性。
系統(tǒng)整體架構(gòu)圖
系統(tǒng)整體采用集中式數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，整體分為兩個部分，分別是下屬各化工企業(yè)和集團(tuán)本部。
（1） 下屬生產(chǎn)企業(yè)
架構(gòu)底層為下屬生產(chǎn)企業(yè)層，包括6家分公司。在各個分公司分別放置一臺接口機(jī)，接口機(jī)可根據(jù)集團(tuán)需要監(jiān)視的指標(biāo)和采集頻率從DCS等控制系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)。接口機(jī)上運行采集DCS等系統(tǒng)的接口程序和過單向物理隔離網(wǎng)閘的接口程序。在接口機(jī)與DCS等系統(tǒng)之間加裝防火墻，保障生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。為保證系統(tǒng)安全性，在下屬企業(yè)接口機(jī)與集團(tuán)接口機(jī)之間通過單向物理隔離網(wǎng)閘進(jìn)行隔離，只允許下屬企業(yè)接口機(jī)單向向集團(tuán)接口機(jī)傳遞數(shù)據(jù)，不允許數(shù)據(jù)的回傳。
（2） 公司本部
架構(gòu)上層為公司本部層。該層用千兆交換機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，連接的設(shè)備有紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、EMS（能源管理）應(yīng)用服務(wù)器、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集接口機(jī)。
系統(tǒng)采用集中式數(shù)據(jù)采集方式，在公司本部部署一臺數(shù)據(jù)采集接口機(jī)，通過運行過單向物理隔離網(wǎng)閘的接口程序?qū)⑾聦俑髌髽I(yè)接口機(jī)的實時數(shù)據(jù)采集到公司本部紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。采用集中式數(shù)據(jù)采集可以保證數(shù)據(jù)的安全性和保密性，減少系統(tǒng)的故障點，使系統(tǒng)易于管理和維護(hù)；可以節(jié)約成本；
紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于接收、處理、存儲來自各生產(chǎn)企業(yè)DCS等系統(tǒng)的實時生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)；實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可兼職數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)的發(fā)布，管理員可以通過IE訪問數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器，可以配置、管理和發(fā)布網(wǎng)頁，普通用戶經(jīng)授權(quán)后在任何位置都可以通過IE瀏覽器來訪問網(wǎng)頁，查看網(wǎng)頁發(fā)布信息。
EMS（能源管理）應(yīng)用服務(wù)器提供系統(tǒng)需要的能源管理信息統(tǒng)計，指標(biāo)計算等業(yè)務(wù)應(yīng)用；
關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為接收來自實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的實時能耗數(shù)據(jù)信息，可生成歷史數(shù)據(jù)庫，更重要的是作為能源管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的后臺數(shù)據(jù)支撐。
1. 采集方式
目前下屬6家生產(chǎn)企業(yè)數(shù)據(jù)源以DCS、PLC系統(tǒng)為主，數(shù)據(jù)采集有兩種情況：
1) 對于提供標(biāo)準(zhǔn)OPC方式的DCS等系統(tǒng)，可采用紫金橋 OPC接口軟件進(jìn)行采集。紫金橋OPC接口軟件是紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)軟件，目前在大部分的工程項目中均采用該方式，軟件成熟，運行穩(wěn)定、可靠，是實施紫金橋系統(tǒng)項目的首選。
2) 對于不提供標(biāo)準(zhǔn)OPC方式的DCS等系統(tǒng)，可直接選用紫金橋公司開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)接口，紫金橋系統(tǒng)有國內(nèi)外知名自動化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口軟件包，支持1000多種標(biāo)準(zhǔn)接口。如ABB，AB、Siemens ，Yokogawa Plus/CS等；或采用基于接口開發(fā)包SDK自主開發(fā)的接口軟件，根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)訪問方式和數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約進(jìn)行開發(fā)。
下屬生產(chǎn)企業(yè)將DCS等控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集到各自的接口機(jī)后將數(shù)據(jù)直接上傳至公司本部，在公司側(cè)和下屬企業(yè)側(cè)接口機(jī)中運行過單向隔離網(wǎng)閘的接口程序，程序為紫金橋軟件公司開發(fā)的成熟的接口，保證數(shù)據(jù)的完整傳輸。
2. 采集頻率
數(shù)據(jù)采集頻率根據(jù)采集數(shù)據(jù)的不同種類，可以通過參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
3. 數(shù)據(jù)格式
所采集到的數(shù)據(jù)按照設(shè)計好的數(shù)據(jù)分類規(guī)則進(jìn)行分類存貯；對采集到的數(shù)據(jù)要標(biāo)定數(shù)據(jù)的采集時間、參數(shù)類別代碼等；對不同的參數(shù)可以根據(jù)兗礦集團(tuán)公司規(guī)定的規(guī)則執(zhí)行編碼。
4. 數(shù)據(jù)緩存
數(shù)據(jù)接口機(jī)可以緩存全部采集到的數(shù)據(jù)。
5. 數(shù)據(jù)維護(hù)
數(shù)據(jù)接口機(jī)具有自動和人工進(jìn)行數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)清理的能力。對數(shù)據(jù)的維護(hù)設(shè)定特定權(quán)限，防止誤操作，保證安全性。
紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫采用目前世界上效率最高，使用最簡單，應(yīng)用最廣泛的旋轉(zhuǎn)門壓縮算法和獨到的二次過濾技術(shù)及二次壓縮技術(shù)，使進(jìn)入到紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)經(jīng)過了最有效的壓縮，極大地節(jié)省了硬盤空間。例如，每秒1萬點數(shù)據(jù)存儲一年，僅需要不到15G的硬盤空間，即一只普通硬盤也可存貯五到十年的數(shù)據(jù)。
紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫提供了多種豐富的可視化工具，其中最常用的有RealDB-View 、RealDB-Explore 、RealDB-FreeReport、RealDB-EventLog、RealDB-HisCurve、RealDB-AnalySecurve 、RealDB-Accident 、RealDB-STable 等。
(1)RealDB-View流程界面運行
RealDB-View是紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的圖形顯示界面，用于在服務(wù)器端或客戶端計算機(jī)建立系統(tǒng)運行環(huán)境，以C/S結(jié)構(gòu)體系展示用戶開發(fā)的實時交互界面，實時顯示生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)值，實時趨勢圖、歷史趨勢圖、過程數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報、餅圖、棒圖等，監(jiān)控對象狀態(tài)等信息。
(2)RealDB-Explore數(shù)據(jù)瀏覽器
RealDB-Explore用于集中查看各數(shù)據(jù)服務(wù)器的實時數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、畫面，以及各服務(wù)器的系統(tǒng)運行情況等。
(3)RealDB-FreeReport自由報表
內(nèi)嵌報表系統(tǒng)支持單元格合并、拆分，運行時可以動態(tài)增刪行列。單元格支持多種數(shù)據(jù)、圖形、按鈕等多種數(shù)據(jù)格式，并可以通過腳本動態(tài)改變屬性。支持從關(guān)系數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)并自動形成報表。既可以制作日報、班報、月報等生產(chǎn)型報表，還可以制作班組考核、物料平衡分析、員工管理等管理型報表。
(4)RealDB-EventLog事件瀏覽
記錄了實時數(shù)據(jù)庫的相關(guān)操作，包括系統(tǒng)啟動信息、網(wǎng)絡(luò)連接信息、設(shè)備故障信息等。通過這些信息可以了解系統(tǒng)的運行日志，對系統(tǒng)的維護(hù)提供了有力的支持。
(5)RealDB-HisCurve實時歷史曲線
使用實時趨勢可以察看某一個數(shù)據(jù)庫點或中間點在當(dāng)前時刻的狀態(tài)，而且實時趨勢也可以保存一小段時間的數(shù)據(jù)趨勢，這樣使用它就可以了解當(dāng)前設(shè)備的運行狀況，整個車間當(dāng)前的生產(chǎn)情況。使用歷史趨勢可以方便的觀察數(shù)據(jù)庫中的歷史點在任意一個時刻的狀態(tài)。
(6)RealDB-AnalySecurve趨勢分析
每個窗口同時可以顯示8支趨勢筆，每支筆的起始時間、時間范圍可以隨意指定，因此用戶可以對同一位號在不同時刻進(jìn)行比較。在趨勢圖中，你可以用鼠標(biāo)選擇任何區(qū)域，對其進(jìn)行放大。過程趨勢同時提供統(tǒng)計分析功能，可以對任何一段趨勢曲線的統(tǒng)計值進(jìn)行計算，幫助工藝技術(shù)員和工程師進(jìn)行統(tǒng)計分析。窗口中的趨勢筆可以隨意指定，并且可以保存到文件中，以便下次調(diào)用。
(7)RealDB-STable 裝置平穩(wěn)率分析
用于裝置運行狀態(tài)分析，可按班次、指定的時間段進(jìn)行分析，可自動剔除裝置停工時段。
(8)RealDB-Accident 事故追憶
使用事故追憶組件可以捕捉任何一個微小的變化所造成的事故，只要您在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行了事故追憶點的必要設(shè)置，那么當(dāng)事故發(fā)生后，您可以察看任何一個事故的曲線圖，并且可以放大顯示曲線的任何一部分。通過它您可以對事故進(jìn)行細(xì)致分析，并且這種分析可以達(dá)到毫秒級。
實時信息監(jiān)視功能以采集生產(chǎn)過程實時能耗原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對各控制系統(tǒng)實時運行工況的能耗在線監(jiān)測。通過系統(tǒng)組態(tài)圖、趨勢曲線、棒圖、表格等形式實時顯示全廠各DCS、車間、系統(tǒng)、設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)，為能源管理人員提供直觀的實時生產(chǎn)過程能耗信息，同時還具有實時數(shù)據(jù)越限報警功能。
為了方便生產(chǎn)能源管理人員，系統(tǒng)提供全廠一覽圖，主要包括當(dāng)前控制系統(tǒng)的主要經(jīng)濟(jì)性參數(shù)指標(biāo)的目標(biāo)值、實際值與偏差值等。系統(tǒng)所提供的生產(chǎn)過程畫面同控制系統(tǒng)運行監(jiān)視畫面保持一致，能夠正確顯示生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、報警狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、運行指導(dǎo)等信息。系統(tǒng)提供操作指導(dǎo)畫面，直觀、清晰地能顯示相關(guān)的實時工況和操作指導(dǎo)信息，并對易引起安全問題和操作指導(dǎo)信息給出醒目的提示。
系統(tǒng)的統(tǒng)計報表及綜合分析功能主要實現(xiàn)對各類生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)的綜合處理和統(tǒng)計分析，自動生成企業(yè)生產(chǎn)能源管理所需的各類能耗信息報表，如：值報表、日報表、周報表、月報表、季報表、年報表等，并可按日、月、年等方式進(jìn)行查詢和打印。用戶可根據(jù)自身需要定制報表，并可定期對報表進(jìn)行歸檔處理。
報警管理功能是在故障發(fā)生第一時刻將詳實的故障信息及時告知相關(guān)維修人員，以縮短故障維修時間，增加機(jī)組的在線運行時間，同時將告警信息進(jìn)行長期保存，以便日后查詢、分析。
該功能主要實現(xiàn)對無法實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行手工導(dǎo)入，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等，以及需要人為設(shè)置的數(shù)據(jù)如運行基準(zhǔn)值、報警值。
通過綜合分析對比各企業(yè)的運行數(shù)據(jù)，客觀評比各單位的運行水平，對各下屬單位進(jìn)行公正的能源消耗績效考評，開展各單位節(jié)能業(yè)務(wù)技能競賽，不斷促進(jìn)各單位的節(jié)能運行管理水平。
為更加充分的利用和共享生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程能耗信息和生產(chǎn)能源管控系統(tǒng)的集成，需要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)整合。把實時數(shù)據(jù)庫中經(jīng)過運算、匯總數(shù)據(jù)輸出到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，從而實現(xiàn)與管理數(shù)據(jù)庫的集成，為企業(yè)的上層管理提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。除了實時生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)還可包括：組態(tài)內(nèi)容，實時能耗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，報警，事件，操作等信息。除了主動將數(shù)據(jù)送往關(guān)系庫外，紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫還提供了各種開放接口，通過這些接口第三方程序可以訪問數(shù)據(jù)平臺中的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。
1) 開放性好：實時數(shù)據(jù)庫提供了開放數(shù)據(jù)訪問接口，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的二次開發(fā)，為今后生產(chǎn)管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、生產(chǎn)指揮中心等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2) 良好安全性：所有的設(shè)計方案都充分考慮了系統(tǒng)的安全性，使用采集系統(tǒng)對監(jiān)控系統(tǒng)的影響達(dá)到最小。為各分公司安裝實時數(shù)據(jù)庫，這樣可以緩存各分公司的數(shù)據(jù)，同時分公司實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可使管理與控制網(wǎng)相互隔離，避免網(wǎng)內(nèi)人為因素或計算病毒對監(jiān)控系統(tǒng)的影響。
3) 數(shù)據(jù)容量大：理論上數(shù)據(jù)點數(shù)是無限制的(受硬盤空間和內(nèi)存大小的影響)。
4) 運行穩(wěn)定：實時數(shù)據(jù)平臺經(jīng)過嚴(yán)格的測試和長期的運行考查具有良好的穩(wěn)定性。
5) 擴(kuò)展性強(qiáng)：開放IO接口規(guī)范，增強(qiáng)系統(tǒng)擴(kuò)展性。
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