远程XX管理系统技术方案.doc

1. 项目概述本项目为XX公司对其实施的各个中心项目实现远程能源管理。通过对各个项目的运行工况进行实时监测、分析，运行能耗数据进行统计、对比，以提高各个中心项目的运行水平，降低运行费用，减少人工成本，延长设备使用寿命。各个能源中心站分布于全国各地，每个能源中心站都配置了管理系统（或自控系统）进行数据采集、集中监控。所以本项目所涉及的内容主要是通过互联网技术、数据库技术等将分布于全国各地的中心采集的数据集成到XX公司的远程监控管理中心。2. 远程管理系统网络结构规划2.1 远程管理系统网络结构规划2.2 关键技术路线-数据传输将数据从现场管理系统或自控系统通过互联网远传到XX公司集中监控的远程管理中心，其关键技术就在于数据传输。目前常规的有OPC访问和数据库访问两种技术可实现。这两种技术都依赖于网络的可靠性，当网络故障时将不可避免的出现数据丢失，这对能源管理系统来说是一个重要的缺陷。就本项目而言，能源数据的完整性是至关重要的，实时监控主要有现场监控计算机完成。本方案综合了OPC技术、数据库技术、数据压缩、缓存等技术，完全避免了网络故障导致的数据丢失的隐患，同时提高了数据传输速度和效率。如网络结构图所示，在每个现场监控站安装一台计算机（现场实时数据库服务器，简称KDC服务器），配置本方案所选用的KDC软件包，KDC服务器读数据进程将现场监控站数据读取到KDC服务器，并将数据压缩存放在缓存区（缓存区大小可由用户设置），同时数据发送进程将缓存区的数据发送至远程能源中心站数据采集服务器。当互联网故障中断时，只要缓存区设置的足够大，实时数据可存放在缓存区，带网络恢复后可继续上传至远程能源中心，确保数据的完整性。为节约投资，简化硬件结构，也可将现场监控计算机和KDC服务器合二为一，即直接将KDC软件包安装于监控计算机上。 逻辑结构如上图所示，上图中SCADA和I/O Sever层不在本方案设计范围内。但要求SCADA层即现场监控计算机监控软件具备OPC接口在整个数据采集和存储的过程中，KingDataCollector(KDC)作为客户端，实现底层设备的数据采集并向KingDataServer（KDS）传输数据；KingDataServer则作为服务器与数据库或亚控工业库KingHistorian链接，用来接收来自多个KingDataCollector的数据并按照预期的规则将接收到的数据保存至数据库（关系数据库（如：SQL Server）或者亚控工业库KingHistorian）。KingDataServer、KingDataCollector系统结构图KingDataCollector是一个部署到现场监控系统中的数据采集器程序，可将现场监控系统的数据以最小流量、间歇性发给数据中心的KingDataServer，数据经由KingDataServer被存储到位于数据中心的工业库或关系库中。 KingDataCollector （现场监控站） 安全采集,支持多种系统的数据采集操作，对系统安全绝无任何影响； 准确传输,将历史数据透过低速网络准确、安全无丢失传输到数据中心； 压缩传输,传输前的无损压缩，可以有效降低GPRS网络流量； 安全采集,支持周期采集、订阅采集,绝无回写，保证系统安全； 准确传输,具备本地数据缓存,网络恢复后优先传输缓存的历史数据,数据传输提供必要的应答操作,传输失败后具备重发机制,保证数据唯一性，不会因网络原因导致数据重复传输； 压缩传输,支持GPRS、ADSL、VPN等以太网接入方式,可选对采集的数据进行数据压缩，如变化压缩、死区压缩等。可以对数据传输前进行打包压缩，减小GPRS网络流量；可选间歇式数据传输数据如周期传输，在特定时间点传输； 系统远程维护 ,可以在数据中心完成对现场KingDataCollector的远程配置；可以监视各种运行状态和流量信息；可以对采集服务进行远程控制； 支持系统运行日志,对系统运行进行记录，详细记录各种操作；如记录各种异常情况，记录关键操作步骤，提供日志查询。辅助项目工程师对软件系统后期维护。 支持连接测试,可以通过图标显示服务是否启动、与数据源和数据中心是否连接成功 支持软件操作系统,Windows所有操作系统、WinCE操作系统、Linux和Unix操作系统； 具有高效的性能，最大支持3万点数据采集（周期采集和订阅各1.5万点），传输前可压缩为原数据大小的20%。可以处理每秒20万条的突发数据记录，持续1小时；KingDataServer是一个数据接收和转发程序。一般位于数据中心，用来接收多个远程KingDataCollecter发送的数据，并能够完成向工业库或关系库完成数据存储。 KingDataServer（远程能源管理中心） 远程管理，提供对远端KingDataCollector管理功能； 数据接收，接收并汇总现场KingDataCollector发送的数据；可以对数据进行野点剔除（小波变换、最小二乘法）；处理重复传输数据，保证数据存储的唯一性和准确性； 数据存储，支持各种数据源和工业库TAG映射规则；工业库Tag属性可以继承数据源Tag属性；可以存储到指定的工业库中；可以存储到指定的关系库中（宽表和窄表）；支持数据缓存功能； 远程管理，可以对远程的KingDataCollector进行采集控制；可以修改远程的KingDataCollector采集参数；可以下发升级程序；可以完成远程自动升级； 在线配置，用户可以在数据中心对远程KingDataCollector进行配置维护； 支持系统运行日志，对系统运行进行记录，详细记录各种操作； 支持系统冗余（集群冗余） 状态监视和通讯流量数据信息的统计； 具有高效的性能，最大支持100万点数据汇总（达实测试50万/分）；最高支持5万点每秒的数据向工业库存储；2.3数据管理系统KingHistorian（远程能源中心）本次系统集成统一监控考虑到集成的数据量比较大,如果采用常规的历史数据库或关系性数据库很难满足大量历史数据的存储、计算、管理和查询工作,如果有工作站系统扩展就更难满足需求,所以本次系统在充分考虑系统扩容的前提下强烈推荐使用工业级的数据库。指标关系数据库工业数据库数据类型时间数据类型仅是以时间格式存储数据，数据库系统不按时间序列方式管理数据。作为时序数据库，系统根据数据的时间戳顺序组织数据的存储。数据结构由多个可定制记录结构的表组成，每个表可定制索引，表和表之间可定制关系。所有的表具有相同的数据记录结构，且总是以测点ID和时间作为索引。数据I/O数据输入与输出频繁度相似，且多以单个记录或数量有限的记录集为单位进行操作。数据输入是经常性的，数据的输出按需要响应。在常规应用中，输入的数据量多达数千或数万条记录。数据精度以记账型数据为主，例如货币的多少，库存数量等。数据精度以测量设备的精度为基准，以百分比或千分比在一定正负区间内变化。数据备份以完整的数据集方式，离线备份。在线/实时备份。对于数据的存储、数据库规模、数据的查询这些关系数据库难以解决的问题，工业数据库的解决方案：指标关系数据库工业数据库数据的存储数据的存储速度不够快，I/O操作是瓶颈。根据数据结构、数据I/O特性进行优化，提高了I/O性能。数据库规模数据存储空间要求过大，实际工程中难以满足。根据数据精度特性，对数据进行过滤和压缩，减少了存储空间。数据的查询随着数据库规模的扩大，查询的性能衰减严重。根据时序数据特性进行优化，提高了查询性能。总结通用数据库。面向工业领域的专用数据库。综上所述，对于规模庞大的生产数据只有面向工业领域专用的工业数据库才能满足企业应用的需要。数据管理中心主要完成现场数据的存储、计算、管理工作.主要选用亚控公司的工业实时/历史数据库产品Kinghistorian作为过程数据存储服务器。（1）、采集性能本方案的采集系统产品稳定支持5万点、10万点数据采集。本方案选用的KingHistorian工业实时/历史数据库在数据的采集方面,性能如下：l 毫秒级的数据采集KingHistorian的数据采集时间分辨率为毫秒l 广泛的数据采集KingHistorian支持OPC数据采集器，文件采集器等多种采集器l 单个数据采集器每秒采集超过10，000点次（2）、存储频率对于关系数据库，无法应对频繁的数据存储，很难逾越3000条记录/秒，根本无法达到可靠的数据存储速度，而在石油公司监控信息系统中，实时数据的采集、记录、分析都要超过这个极限。而工业数据库，10万点的容量和每秒高达30万点存储速度，完全可以满足空调行业频繁的数据存储需求。工业数据库稳定测试性能：l 单台服务器可稳定容纳多达1,000,000个数据点l 单台服务器存储速度每秒300，000点次KingHistorian每秒存储量实测（3）、数据库规模例如：本系统1万测点，每秒存储一次，每个事件占8个字节，使用160G/硬盘进行存储。按照公式：字节*采集时间*数据点计算：8bytes * （60*60*24*365） * 10 000 = 2522.880G，即原始数据需要16块硬盘。一般如下表：数据规模硬盘数量(块)6.9G/天12522.880G/年1625228.80G/十年158空调行业数据量庞大，数据规模扩张迅速，一般的关系数据必须专门的进行数据压缩方面的二次开发，但是压缩是在数据存储之后，数据库服务器必须额外负担数据压缩的I/O处理，同时压缩比例难以达到理想状态；而对于我们提供的数据中心方案，在数据采集、存储过程就支持4种数据压缩算法，直接压缩后数据进入工业库，通常的数据压缩比率可达20%30%，对于相对稳定的工业数据，甚至达到3%5%。双层压缩数据趋势对（4）、查询与并发数据查询主要有：变量的实时查看，变量数据的历史查看，单个变量的日、月、年数据查询、报表，多个变量的报表数据查询，变量的对比数据图标，以及客户端的并发访问。所有的这些查询，如果是在一个关系数据库的管理系统， 随着系统规模、数据规模的扩张，系统性能将不断变差。工业数据库对任意变量一天数据（50，000100，000条记录）的查询不超过5秒，任意数据查询报表的生成不超过5秒，最大支持256客户端并发访问。并且，系统的所有查询并不会因为系统规模的扩张、数据量的增大而出现性能降低的问题。所有的图表查询将由专门的统计数据系统预先完成数据计算，从而避免图表查询过程进行批量的数据统计计算。（5）、在线的组态式数据管理l 简便的组态KingHistorian简化了数据词典的创建和组态，允许用户通过管理工具，在KingHistorian中自动创建数据标签。这样无需输入任何数据就可以组态大量的数据标签，避免发生输入错误，并可以在几小时内完成从应用程序的安装到成千上万数据采集配置。同时使得组态系统与数据系统具有相同的数据管理结构，形成统一的系统数据管理词典。l 完全的在线配置在整个的数据中心，所有的变量添加、编辑都是实时在线的。用户在系统运行时可以修改变量系统，添加新的变量，修改已有的变量属性，在配置完成后，只要提交修改后的设置，整个系统可以直接在运行状态过渡到性的配置运行，不会有任何的数据丢失。l 便捷、易用的管理工具KingHistorian本身具有功能强大的客户端工具，为数据管理工程师提供便捷的数据库管理接口。同时支持高级用户的SQL语句数据查询与管理。客户端管理工具 高级SQL语句支持（6）、稳健安全的系统结构l 用户角色系统良好的安全性，提供严格的用户认证、权限管理和审计手段，可满足系统对安全性的特殊要求。l 高可扩充架构KingHistorian 具有健壮的系统架构和高度灵活的可扩展性，使系统具有最大的灵活性。l 可靠性架构为确保准确、连续地记录企业数据，KingHistorian采用真正分布式高可靠性的架构，采用冗余、镜像的技术，确保iHistorian数据库中的生产数据是连续的、非中断的l 开放的数据接口使用OLE DB供应者或软件开发工具包(SDK)及多种客户端或客户自定义的应用程序来访问KingHistorian数据。2.4 数据展示查询系统KingGraphic（远程中心）企业实时信息系统在企业生产管理一体化建设中起着非常重要的作用，它连接全厂所有的控制系统，并将分散的控制信息集中上传到实时历史数据库和关系数据库中，企业管理者非常希望对这些联网信息加以充分利用，希望通过管理网不到现场就可以监测生产现场生产情况及报警信息，从而实现企业管理效益最大化。监控信息系统所要求的数据展示查询KingGraphic功能有：展示各类子系统实时、历史数据查看、实时曲线、历史曲线、趋势对比，统计报表，报警管理；不同的用户能够看到不同的信息。同时，我们提供功图OCX控件，帮助用户完成诊断分析。（1）、KingGraphic架构（2）、超强实时视图如何让海量的联网实时信息更容易被用户接受？如何让抽象的数据得到更好的应用效果？KingGraphic画面编辑器将数据图形化，利用图形直观的先天优势再配上各种形象的动画效果，让用户不再为数据头疼，提高实时生产数据分析的效率。KingGraphic画面编辑器操作简单、所见即所得、易于理解，提供有丰富齐全的图形组件，包括各种图素、曲线、数据表格、图表、工艺设备精灵图元、交互操作控件等，各类画面元素可以任意组合，经过简单配置即可与各类数据自由关联，不论是时间序列式的过程数据，还是关系型数据库的字段，不需要借助程序员编程，用户就能跨越构建复杂动态图形界面的技术障碍。作为亚控企业级监控信息平台百科全书的专用画面系统，KingGraphic一方面提供一个能帮助用户构建展示联网实时信息的“大的、完整的企业实时视图”的画面编辑器，一方面其画面浏览器还能以ActiveX插件的形式和其他软件（如：IE网页浏览器、门户系统、Web应用程序等等）进行集成，为企业管理人员和技术专家提供一个能通过Web页面随时随地了解企业生产运营状况的技术手段，提高企业决策的效率和敏捷性。（3）、面向全厂设备视图作为企业实时信息系统的视图组态工具，KingGraphic画面编辑器面对的是企业多个控制系统的数据，信息量非常大，可能会达到百万点的规模，采用过去控制系统中常用的关联变量配置动画连接的方式非常不方便，组态工作量也非常庞大，而且难以维护。为此，KingGraphic画面编辑器提供一个全新的面向设备对象的组态配置模式，变量不再零散杂乱，而是作为设备属性被很好地组织在各个实际的工厂设备对象中。用户不需要强记变量名，不需要在成千上万个变量中游走，而是通过他们熟悉的设备路径，快速找到相应的设备对象，像关联变量那样关联设备对象的属性。KingGraphic这种面向设备对象的组态方式完全符合用户实际的设备管理方式，具有很高的可读性和规范性。这种方式给用户带来的最大好处是：只要完成一个机组或设备的画面组态，就可以通过自动替换功能完成其他类似机组的画面，大大减少用户的重复工作。另外用户也可以组态一类设备模板画面，利用KingGraphic提供的设备切换函数，根据用户选择的具体设备对象，设备模板画面动态切换显示所选设备信息画面。KingGraphic面向设备对象的组态方式大大节省了大型设备密集型企业实时信息系统项目的开发时间，提高了项目实施效率。（4）、全局企业数据视图 企业的数据、信息系统来源广泛、种类繁多，KingGraphic具有完善的数据库接口，能对各种实时历史数据库、关系数据库进行全面访问，其内嵌ocx技术还能对视频监控、GIS等系统进行有效整合，为用户在一个集成融合的视图系统里就能查看到所有相关信息创造可能。KingGraphic可以连接实时数据库采集的全厂控制系统数据和关系数据库保存的报警数据，帮助用户实现对全厂控制系统的综合监测与分析。（5）、企业生命周期视图不论工厂控制系统在哪里，型号结构如何，不论它们现在还是过去的运行情况，它们的数据都被集中保存在一个统一的存储地点-实时历史数据库中，而KingGraphic画面是实时与历史数据无缝结合的画面，可以监视现场当前的发生情况，也可以方便地使用这些按时间顺序记录的数据，按时间卷回，查看它们的历史趋势。KingGraphic画面编辑器提供有强大的历史数据趋势显示和统计分析控件，通过对企业范围内从过去到现在的基于时间的过程数据分析，帮助用户进行生产统计、成本核算、物料平衡、绩效考核等应用。KingGraphic不仅能基于时间进行历史查询，还能根据批次号查询和显示历史数据。还能按照事件条件查询和显示历史事件趋势。KingGraphic画面编辑器的历史回放控件提供方便、无缝的历史数据回溯方法，可以调出故障时刻前后的历史数据并重新在画面中连续回放出来，给用户带来直观和身临其境的感觉，为用户进行事故追忆提供方便。（6）、企业内外上下一致视图KingGraphic将企业方方面面，不同部门、不同车间、不同岗位的数据信息整合到统一的应用平台上，是一个面向企业所有人员的可视化操作平台，上至企业最高管理层，下至基层操作员都能在KingGraphic这个统一一致、上下覆盖的平台上进行工作，因此能更好地将企业目标和员工实际行动统一起来，保证企业级操作和营运的最优化。同时，实时、一致的视图和内容能使更多的人发现和看到问题，并能共同处理这些问题。相同的分析工具还可以使所有的员工都可以通过“专家的眼睛”来看待和发现问题，从而在全企业范围内构建强壮的故障排除和相互沟通的能力。 作为一个面向企业内外众多用户开放共享的平台，KingGraphic画面上所有的数据和信息的安全性至关重要，为严格避免不当或越权的信息访问，KingGraphic引入了安全区的概念，对画面和图形对象设置安全区，并且通过角色将安全区权限授权给相应的用户，不同用户有访问不同画面和不同图形对象的权限。KingGraphic严谨精细的权限策略不仅完全符合现代化企业对岗位分工明确的要求，而且还确保了企业信息的安全性、严谨性和保密性。2.5门户系统IE VIEW（远程能源中心）随着Internet科技日益渗透到生活、生产的各个领域，传统自动化软件的趋势已发展成为整合IT与工业自动化的关键。KingGraphic提供了For Internet应用版本WEB版，支持Internet/Intranet访问。KingGraphicWeb功能采用B/S结构，客户可以随时随地通过Internet/Intranet实现远程监控。客户端有着强大的自主功能，通过浏览器实时浏览画面，监控各种工业数据，而与之相连的任何一台PC机亦可实现相同的功能。KingGraphic的For Internet应用，实现了对客户信息服务的动态性、实时性和交互性。KingGraphic Web客户端部分的名称为WebView，作为一种KingGraphic的表现方式运行在客户端浏览器（如IE）上，主要展示KingGraphic的曲线、报表、动画等，数据来源是KingGraphic以及其他应用程序。2.6 现场能源子站配置序号项目名称规格型号品牌数量备注1工控机IPC-810BIBM1为节约投资，也可不要计算机，将KingDataCollector软件直接安装于现场监控计算机2数据远传软件包KingDataCollector亚控科技1IPC-810B工控机配置：CPU奔腾双核-E5300/2.6G/800MHz/2M/LGA775FSC-1814V2NA主板 两条DDR2内存插槽,支持双通道DDR2 667/800,最大支持2GB Intel 945GC+ICH7/ICH7R芯片组标准接口:四个USB2.0、两个RS232、一个并口、两个千兆网口、四个SATA接口、一个IDE接口、一个软驱接口,一个PS/2键盘鼠标接口和一个外接键盘接口/2G内存/250G硬盘N270B270W工业电源/DVD光驱IPC-611LP4底板 PICMG1.0总线标准全长底板 1个系统槽 4个PCI扩展槽。2.7 远程能源管理中心配置序号项目名称规格型号品牌数量备注1数据采集服务器x3500 M3IBM12应用服务器IPC-810B研祥13工作站IPC-810B研祥若干根据客户需要确定4工业历史数据库KingHistorian亚控科技15000点，可根据需要逐步升级，最高可达10万点5数据采集软件包KingDataServer亚控科技16应用开发软件包KingGraphics亚控科技17能源管理软件LTEMS蓝韬科技18设备管理软件LTFMS蓝韬科技1数据采集服务器可采用双机热备，但考虑本方案所采用的创新技术，不会出现数据丢失，所以本方案为考虑节约投资成本，只需配置一台。数据采集服务器x3500 M3配置： 多达 2 个六核英特尔至强 X5690 3.46 GHz 处理器或四核英特尔至强 X5687 3.60 GHz 处理器，每个处理器插槽的缓存为 12 MB。 带寄存器的 1333 MHz DDR-3 DIMM 内存。 标配多达 7 个高性能 PCIe I/0 插槽，仅按订单配置时可使用额外 2 个 PCI-X 插槽（需移除 1 个标配 PCIe I/O 插槽）。 支持多达 8 个或 16 个小外形（2.5 英寸）热插拔串行连接 SCSI （SAS） 或串行 ATA （SATA） 标配硬盘驱动器 （HDD）；可用额外的选件支持最多 24 个 SFF 2.5 英寸 SAS/SATA 硬盘驱动器；多达 4 个 3.5 英寸易插拔 SATA 硬盘驱动器或多达 8 个 3.5 英寸热插拔 SAS 或 SATA 硬盘驱动器（仅按订单配置时可用）。 标配 6 Gbps RAID 和 3 Gbps 适配器。2.8 远程能源管理系统对现场子站的要求 现场子站必须具有自控系统，采用的组态软件必须能提供OPC接口。且子站自控系统集成商必须提供OPC变量表。 现场子站KDC服务器应连接互联网，以便于子站KDC服务器能通过互连网将数据发送至远程能源管理中心。3. 远程能源管理系统功能规划3.1 实时监视根据各子站上传的数据，实现各个能源子站的远程实时监视。监视内容取决于各个能源子站本地监控功能。3.2 能源管理各子站各空调区域冷冻水量消耗统计及运行成本统计（日/月/年报表）；各子站各空调区域冷冻水量消耗及运行成本对比分析（饼图）；各子站各末端空调机组风机耗电量及运行成本统计（日/月/年报表）；各子站各空调区域蒸汽耗量及运行成本统计（日/月/年报表）；各子站各冷水机组冷冻水量及运行成本统计（日/月/年报表