王心沁 譚惠尹 王余旺 佘立子 何軍

摘 要：船閘運行過程中會產生大量的過程數(shù)據(jù)，這些過程數(shù)據(jù)對船閘長期運行穩(wěn)定性和運行工藝合理性的分析具有重要作用，因此運行數(shù)據(jù)完整便捷的存儲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存儲數(shù)據(jù)，結合Information Server提供數(shù)據(jù)查詢及分析服務，本文根據(jù)三峽船閘集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用現(xiàn)狀，對該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在實際應用中的功能實現(xiàn)和存在的問題進行了闡述。

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

SIMATIC Process Historian是用于存儲過程值和消息等過程數(shù)據(jù)的中央歸檔系統(tǒng)。Process Historian使用Microsoft SQL Server 2008 R2 SP1（64 位），并會歸檔來自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 項目，訪問歷史數(shù)據(jù)對于 OS 客戶端是透明的。

SIMATIC Information Serve是使用Microsoft Reporting Services并可訪問過程控制系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的報表系統(tǒng)。其數(shù)據(jù)源為Process Historian，信息服務器和Process Historian之間必須存在已組態(tài)連接才能創(chuàng)建報表，該報表系統(tǒng)訪問Process Historian數(shù)據(jù)庫后，可通過報表評估和顯示收集的數(shù)據(jù)。

1 船閘集中監(jiān)控系統(tǒng)

三峽雙線五級船閘集中監(jiān)控系統(tǒng)由計算機監(jiān)控系統(tǒng)、通航信號及廣播指揮系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。其中，計算機監(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)及通信服務器、培訓管理站、網(wǎng)絡交換機、打印機和其他外圍設備組成。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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。集中監(jiān)控系統(tǒng)內部計算機監(jiān)控系統(tǒng)、通航信號及廣播指揮系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)間采用百兆快速以太網(wǎng)，通過對運行數(shù)據(jù)的交換共同實現(xiàn)整個船閘系統(tǒng)的操作、控制功能。

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

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.1 應用軟件

Process Historian 和Information Server均為2013版，數(shù)據(jù)庫以SQL SERVER 2008 R2 為內核，存儲數(shù)據(jù)來源于Wincc服務器。Process Historian 2013運行穩(wěn)定，實時性高，且其對數(shù)據(jù)服務器的CPU、內存和IO負荷有著極強的優(yōu)化功能。信息服務器主要提供數(shù)據(jù)查詢分析以及數(shù)據(jù)報表制作等服務。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報表設計器，具有靈活的數(shù)據(jù)分析和展示功能。

2.2 Process Historian實現(xiàn)的功能

Process Historian 主要完成來自于兩臺互為冗余的操作員站數(shù)據(jù)歸檔和存儲。PH存儲的數(shù)據(jù)主要包括船閘現(xiàn)場傳感設備采集的模擬量，集控及現(xiàn)地系統(tǒng)發(fā)出的命令、動作及報警等數(shù)據(jù)信息。下圖為正常運行條件下PH控制臺的運行狀況，其顯示了PH所連接的數(shù)據(jù)源狀況、服務器CPU和磁盤IO等特性，同時可以觀察到實時推進的數(shù)據(jù)存儲狀態(tài)。如圖1所示：

船閘單線集控系統(tǒng)有兩臺裝有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，且顯示互為冗余。當主機掉線時，輔機會自動上線實現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔的銜接。若兩臺操作員站同時掉線，數(shù)據(jù)源個數(shù)顯示為0，此時需要排查系統(tǒng)故障。船閘現(xiàn)地監(jiān)控點數(shù)約為3000個，上圖可見正常運行情況下，每秒存入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)約400-500個左右。長時間運行的服務器內存一般會達到90%以上，而CPU的占用率通常都比較低。

為了保證數(shù)據(jù)服務器在長期運行后的穩(wěn)定以及磁盤空間的充裕，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須具備一定的自我清理功能。PH為實現(xiàn)這一功能提供了數(shù)據(jù)備份和恢復功能模塊。如圖2所示。

存儲的數(shù)據(jù)文件分為在線和歸檔兩種狀態(tài)。在線數(shù)據(jù)是可通過信息服務器直接查詢的，而歸檔的數(shù)據(jù)文件已經(jīng)轉移至其他存儲介質，如果需要查詢，PH提供了相應的數(shù)據(jù)恢復策略。恢復為在線狀態(tài)后即可正常查詢。

2.3 Information Server實現(xiàn)的功能

Information Server作為數(shù)據(jù)查詢工具，可以查詢故障報警信息、運行命令和動作指令以及傳感設備采集的現(xiàn)場水位、閘閥門行程、液壓系統(tǒng)油壓油位等數(shù)據(jù)信息，作為對船閘運行過程的規(guī)律及運行異常情況進行統(tǒng)計分析的參考依據(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。正常運行狀態(tài)下，打開IE瀏覽器，通過數(shù)據(jù)服務器IP訪問，便可進入數(shù)據(jù)查詢界面，可選擇關鍵字及查詢時段對所查詢數(shù)據(jù)進行篩選，查詢結果界面如圖3。

從Information Server Web應用程序的主頁下載Office加載項的安裝文件，在Office加載項與Information Server之間建立關聯(lián)，利用Excel創(chuàng)建和導出一系列以IS為基礎的運行數(shù)據(jù)報表查詢，查詢結果界面如圖4所示。

Process Historian完成對船閘運行過程數(shù)據(jù)的歸檔存儲和備份恢復功能，Information Server實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢篩選分析等功能，當前集控數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)報表主要以上述兩種方式進行數(shù)據(jù)查詢。

3 小結

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行以來，能夠保證其運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)存儲完整，數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)友好便捷。但由于該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在工業(yè)控制領域并未有過長期使用的案例，因此實際使用過程中也暴露出一些問題。由于對軟硬件版本匹配的要求較嚴格，一旦數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)升級后，其運行存在偶發(fā)性停止和歸檔數(shù)據(jù)延遲等情況，同時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就會運行異常，且IS的數(shù)據(jù)查詢也會出現(xiàn)異常。針對船閘集控系統(tǒng)的運行需求及現(xiàn)場需要，查詢報表的開發(fā)還有待進一步豐富。

參考文獻：

[1] Wincc V7.2 Help Contents

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

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