基于紫金橋實時數(shù)據(jù)庫構建某化工集團能源管理信息系統(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到24.6億噸標準煤(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%，年增加量也達到1.23億噸標準煤。事實上，如果GDP增長為9%，以目前的經濟結構和增長方式，很難將能源需求增長降低到5%。
因此，節(jié)能是我國經濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針，也是當前一項極為緊迫的任務。能源緊缺已成為當今全球制約經濟發(fā)展的瓶頸，開源與節(jié)流是解決能源危機的兩大途徑，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，另一方面隨著科學技術的日新月異，各項節(jié)約能源的技術、工藝、產品及設備也層出不窮，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，從經濟手段上為能源的節(jié)約提供了有利條件。
化工集團雖屬國有大型企業(yè)，十分關心重視節(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備的節(jié)能和技術改造方面，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)進行全面的升級改造，將進一步提高企業(yè)的能源利用水平，降低企業(yè)成本，給企業(yè)帶來生機，使企業(yè)成為國內一流的節(jié)能減排的先進生產企業(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，以安全經濟運行和提高企業(yè)整體節(jié)能效益為目的，選用業(yè)界先進、性能穩(wěn)定、功能強大、安全可靠、操作方便、用途廣泛的紫金橋實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為基礎數(shù)據(jù)平臺，采用先進、適用、有效的專業(yè)計算方法，實現(xiàn)整個集團范圍內的生產能耗信息共享，廠級生產能耗的實時信息監(jiān)控和調度，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、準確的經濟性指標。從管理角度來看，它為控制企業(yè)成本、為提高生產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，能提出科學的、合理的節(jié)能決策方案，使企業(yè)管理層的經營決策更具科學性。
系統(tǒng)整體架構圖
系統(tǒng)整體采用集中式數(shù)據(jù)采集架構，整體分為兩個部分，分別是下屬各化工企業(yè)和集團本部。
（1） 下屬生產企業(yè)
架構底層為下屬生產企業(yè)層，包括6家分公司。在各個分公司分別放置一臺接口機，接口機可根據(jù)集團需要監(jiān)視的指標和采集頻率從DCS等控制系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)。接口機上運行采集DCS等系統(tǒng)的接口程序和過單向物理隔離網閘的接口程序。在接口機與DCS等系統(tǒng)之間加裝防火墻，保障生產系統(tǒng)的安全性。為保證系統(tǒng)安全性，在下屬企業(yè)接口機與集團接口機之間通過單向物理隔離網閘進行隔離，只允許下屬企業(yè)接口機單向向集團接口機傳遞數(shù)據(jù)，不允許數(shù)據(jù)的回傳。
（2） 公司本部
架構上層為公司本部層。該層用千兆交換機進行組網，連接的設備有紫金橋實時數(shù)據(jù)庫服務器、EMS（能源管理）應用服務器、關系型數(shù)據(jù)庫服務器、數(shù)據(jù)采集接口機。
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，通過運行過單向物理隔離網閘的接口程序將下屬各企業(yè)接口機的實時數(shù)據(jù)采集到公司本部紫金橋實時數(shù)據(jù)庫服務器中。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；可以節(jié)約成本；
紫金橋實時數(shù)據(jù)庫服務器用于接收、處理、存儲來自各生產企業(yè)DCS等系統(tǒng)的實時生產能耗數(shù)據(jù)；實時數(shù)據(jù)庫服務器可兼職數(shù)據(jù)發(fā)布服務器，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)布服務器，可以配置、管理和發(fā)布網頁，普通用戶經授權后在任何位置都可以通過IE瀏覽器來訪問網頁，查看網頁發(fā)布信息。
EMS（能源管理）應用服務器提供系統(tǒng)需要的能源管理信息統(tǒng)計，指標計算等業(yè)務應用；
關系型數(shù)據(jù)庫服務器為接收來自實時數(shù)據(jù)庫服務器的實時能耗數(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)務應用的后臺數(shù)據(jù)支撐。
1. 采集方式
目前下屬6家生產企業(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) 對于提供標準OPC方式的DCS等系統(tǒng)，可采用紫金橋 OPC接口軟件進行采集。紫金橋OPC接口軟件是紫金橋實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標準軟件，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) 對于不提供標準OPC方式的DCS等系統(tǒng)，可直接選用紫金橋公司開發(fā)的標準接口，紫金橋系統(tǒng)有國內外知名自動化系統(tǒng)的標準接口軟件包，支持1000多種標準接口。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)約進行開發(fā)。
下屬生產企業(yè)將DCS等控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集到各自的接口機后將數(shù)據(jù)直接上傳至公司本部，在公司側和下屬企業(yè)側接口機中運行過單向隔離網閘的接口程序，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)進行設置。
3. 數(shù)據(jù)格式
所采集到的數(shù)據(jù)按照設計好的數(shù)據(jù)分類規(guī)則進行分類存貯；對采集到的數(shù)據(jù)要標定數(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)接口機可以緩存全部采集到的數(shù)據(jù)。
5. 數(shù)據(jù)維護
數(shù)據(jù)接口機具有自動和人工進行數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復、數(shù)據(jù)清理的能力。對數(shù)據(jù)的維護設定特定權限，防止誤操作，保證安全性。
紫金橋實時數(shù)據(jù)庫采用目前世界上效率最高，使用最簡單，應用最廣泛的旋轉門壓縮算法和獨到的二次過濾技術及二次壓縮技術，使進入到紫金橋實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)經過了最有效的壓縮，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)。
紫金橋實時數(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是紫金橋實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的圖形顯示界面，用于在服務器端或客戶端計算機建立系統(tǒng)運行環(huán)境，以C/S結構體系展示用戶開發(fā)的實時交互界面，實時顯示生產過程數(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)服務器的實時數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)、畫面，以及各服務器的系統(tǒng)運行情況等。
(3)RealDB-FreeReport自由報表
內嵌報表系統(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)庫的相關操作，包括系統(tǒng)啟動信息、網絡連接信息、設備故障信息等。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前設備的運行狀況，整個車間當前的生產情況。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行比較。在趨勢圖中，你可以用鼠標選擇任何區(qū)域，對其進行放大。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)計值進行計算，幫助工藝技術員和工程師進行統(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)庫中進行了事故追憶點的必要設置，那么當事故發(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行細致分析，并且這種分析可以達到毫秒級。
實時信息監(jiān)視功能以采集生產過程實時能耗原始數(shù)據(jù)為基礎，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。
為了方便生產能源管理人員，系統(tǒng)提供全廠一覽圖，主要包括當前控制系統(tǒng)的主要經濟性參數(shù)指標的目標值、實際值與偏差值等。系統(tǒng)所提供的生產過程畫面同控制系統(tǒng)運行監(jiān)視畫面保持一致，能夠正確顯示生產過程數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)、報警狀態(tài)、經濟指標、運行指導等信息。系統(tǒng)提供操作指導畫面，直觀、清晰地能顯示相關的實時工況和操作指導信息，并對易引起安全問題和操作指導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維修人員，以縮短故障維修時間，增加機組的在線運行時間，同時將告警信息進行長期保存，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)進行手工導入，包括生產數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)數(shù)據(jù)等，以及需要人為設置的數(shù)據(jù)如運行基準值、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，對各下屬單位進行公正的能源消耗績效考評，開展各單位節(jié)能業(yè)務技能競賽，不斷促進各單位的節(jié)能運行管理水平。
為更加充分的利用和共享生產能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產過程能耗信息和生產能源管控系統(tǒng)的集成，需要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)整合。把實時數(shù)據(jù)庫中經過運算、匯總數(shù)據(jù)輸出到關系數(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。除了實時生產能耗數(shù)據(jù)，轉儲數(shù)據(jù)還可包括：組態(tài)內容，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)送往關系庫外，紫金橋實時數(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)，為今后生產管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、生產指揮中心等提供基礎數(shù)據(jù)。
2) 良好安全性：所有的設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)庫服務器可使管理與控制網相互隔離，避免網內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(受硬盤空間和內存大小的影響)。
4) 運行穩(wěn)定：實時數(shù)據(jù)平臺經過嚴格的測試和長期的運行考查具有良好的穩(wěn)定性。
5) 擴展性強：開放IO接口規(guī)范，增強系統(tǒng)擴展性。
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