基于SystemPlatform架构的煤层气能源管理信息系统开发和应用

1、基于SystemPlatform架构的煤层气能源管理信息系统开发和应用摘要：Wonderware系统平台提供了一个单一的平台，可满足工业自动化与信息人员的所有SCADA、管理HMI和MES_EMI软件解决方案要求。该平台实际上是一个凌驾于几乎所有现有系统的一个公共战略性应用服务平台,并且构建在基于工业标准的ArchestrA实时SOA技术之上。解决了能源管理信息系统开发过程中因煤层气排采井地点分散、网络结构复杂、采集数据点数多、数据库存储规模大等而引起的问题。随着环境污染的日益严重，常规能源的日益短缺，新能源的需求不断的提上日程，为此，华北油田在山西沁水盆地开始了探索煤层气开发之路。因煤层气排

2、采井井数多，而且分布于崇山峻岭之间，地形复杂，人工巡井已经不能满足生产需要，因此，排采井实现自动化控制与管理就成为一项重要的工作。因现场网络结构复杂、排采井井数多、采集数据点多、数据库存储规模大。一般的组态软件已无法满足上述工程需求。通过多方调研，笔者选择了Wonderware公司的基于工业标准的ArchestrA实时SOA技术之上的系统平台的解决方案。1分布式系统应用程序远程部署目前，煤层气现场网络由两个网段组成，一个是10*.*.*，另外一个是192.168.*.*.*,这两个网络通过3层交换机实现互通。装有SystemPlatform的工程师站位于192.168.*.*.*的网段中，其他

3、的操作员站分布在192.168.*.*.*网段和10.*.*.*的网段中（如图1所示），因为10.*.*.*的操作员站的监控机和工程师站的开发系统分别处于不同网段甚至不同地域，通过修改每台监控机上的Host文件，可以实现SystemPlatform系统下的所有监控机跨网段通信，这样，工程师站就可以实现对不同区域的操作员站的远程部署和远程维护，这正是SystemPlatform系统的远程部署的优势所在，只要网络是物理连通的，就可以实现应用程序的远程异地部署，在分布式环境中显著减少手工安装软件所需的时间，以及在网络上分发应用程序的常规限制与复杂性。充分利用了网络的优势，降低了劳动强度，节省了劳动时

4、间，提高了工作效率。InSOl冈mi匸薜冊站择T切粛昭亍切站应懈肝靳脚站Lijy.lIhiTvuchInTnuch帖xwtFh-torv图1网络架构图2工程项目集中开发ArchestrAIDE是单独的一套开发工具，可用于开发、部署以及维护整个监控系统。它还是一个多用户的开发环境，允许多个开发人员同时开发一个应用程序和项目，而不会干扰彼此的工作。它与功能强大的基于组件对象的体系结构结合在一起，使得在开发与更改程序方面所需耗费的时间比与基于标记的传统型系统少得多。IDE是一套集成化的设计与开发工具，所有的自动化对象都在IDE中配置并部署到目标PC上。它用于维护与配置构成应用程序的对象以及支撑应用程

5、序的底层基础架构。通过使用IDE，可以将新类型的对象导入“GalaxyRepository”、配置新对象、将对象部署到网络中的PC上。Galaxy是指整个自动化的应用工程。完整的Gelaxy应用模型由单个逻辑域名空间（由“Galaxy数据库”定义）、“Platform”（平台）、“Engine”（引擎）以及一系列“Object”（对象）构成，是构成自动化系统的一台或多台联网PC的集合。它也被称为“Galaxy域名空间”。Galaxy这个单一的命名空间是由下列对象依据一定的层次结构来构成的：Platform。它构成Galaxy的物理计算机，一个Galaxy由多个Platform组成；Engine

6、。它运行应用对象的独立进程，控制运行时的逻辑；Area-AutomationObject。它的逻辑分组，代表工厂中的一个区域或单元，它用于将相关的AutomationObject分组，以利于报警、历史及安全等目的；ApplicationObjeets（应用对象）。它组成应用的模块；Attributes（属性）。应用对象是由若干个属性来表示的。SystemPlatform为可提供丰富的系统模板（如图2所示），如图2系统模板MYMAppEngine、MYMWinplatform、MYMArea等。双击MYMWinplatform的实例，可以弹出一个属性框（如图3所示），在General栏里，可以配

7、置Networkaddress，点击右边的选择框，可以看到在整个网络上所有的机器，选择该Platform实例代表的机器名进行配置。在工程师站上使用IDE进行工程开发之后，依据实际的网络架构把对象部署到相应目标PC。MYMWinplatform实例依次包含MYMAppEngine实例、MYMArea实例等（如图4所示），对应于目标PC的引擎、区域等。当MYMWinplatform实例包含设备对象比较多的时候，可以多建立几个MYMAppEngine实例，不同的MYMAppEngine实例运行不同区域的对象，提高运行的性能。“CZ”这个Platform,包含了3个AppEngine，每个AppEng

8、ine可以运行多个设备对象（如图5所示）。一gr?i图2系统模板$WrnRiitfnrm(RpadOMy)詁屮甘|Enrjo!4*旳|PkfiEfQftft4t$twy|Mbrl*曲虫、|E存眸甘fCf-.jfprs图3Platform配置jDeploymentUn$igrgHa.C_2)DJ_0LAopEgMj丄.13I图4排采井对象NAKJEr.rcjCl少+生CZ.DJ.C2匚弓ApfiT.护j广?_03；位少少孑C2JUqU电-*w孚图5部署视图构建三级SCADA系统时，工区级的操作员站对应的每个MYMPlatform实例包含MYMAppEngine实例，MYMArea实例、MUMVi

9、ewEngine实例，MYMInTouch实例等，每个MYMArea实例包含从排采井模板派生出来的所有实例，所有的排采井实例都通过采集软件与现场设备相连接，实现采集数据或者过程控制。在厂级和公司级的操作员站对应的MYMPlafform只包含MYMViewEngine实例、MYMInTouch实例，分别部署到相应的操作员站，实现监视控制。这样就构成了三级SCADA系统。3面向对象的工程开发模式在ArchestrA架构下应用面向对象的技术，采用组件化、对象化的方式进行系统设计。体现在系统平台中，就是可以通过复用对象模板的方法来创建实例。通过使用模板，不再需要使用冗余信息来创建类似的对象，从而可以简

10、化配置工作。只需要使用对象模板来派生出相应实例，即可完成类似对象实例的创建。可以从现有的模板派生出新模板。使用标准对象模板库可以降低项目总体成本。SystemPlatform可提供丰富的自动化模板对象，包括系统对象、应用对象、设备集成对象。开发过程中可以利用这些模板设计所需要的模板。因为所有的实例都是由模板(Template)产生的，那么这些实例都具有共同的属性。在维护修改时只需要对模板进行改变，然后将这个改变“推”向已经存在的实例对象，而不需要在每一个实例里面修改。在应用程序中，对于所采集的相同量，只要编制一个对象模板程序，那么由该模板所派生的实例都有相同的属性。一个InTouch模板可以派

11、生多个InTouch实例，这些实例显示的内容是一致的，在构建三级SCADA系统时，操作方便。在模板对象中所编写的脚本，当该对象派生实例的时候，该对象实例也会有相同的脚本，执行相同的动作。3.1应用对象模板化在ArchestrA环境中核心的一个概念就是“应用对象”(ApplicationObject)。一个ApplicationObject代表了工厂里的某种设备，例如：泵、阀门、马达等，或是它们的组合。Wonderware提供了一些原始的、基本的Applicationobject模板，如MYMDisereteDevice,MYMAnalogDeviee等。开发者可以在IDE中，利用这些原型构筑自

12、己的ApplicationObject,进而在ApplicafionServer上部署这些对象(实例化)。每一个ApplieationObject都有自己的属性：输入/输出、报警、图形、安全、历史记录和脚本，甚至还可以包含其他的ApplieationObject(如图6所示)。图6模板应用程序通过基本模板可以开发复杂的设备对象，比如开发一个排采井的模板。因每口排采井采集的参数种类、数量都是一样的，所以用该模板派生成的每个实例就是一口排采井。在每个实例里面，通过在设备对象里面“Scripts”的设置，可以实现每口排采井所采参量数据源地址的自动加载（如图7所示）。图7对象设置在系统平台下的基于对象

13、的组态软件将拥有一个统一的命名空间,不受传统组态软件中点数的约束。现在传统的组态软件在工程应用中都有点数的限制，这是因为传统的组态软件都是基于标记名（Tag）的。而ArchestrA架构下的ApplicationServer没有点数的限制，唯一的限制就是硬件平台：CPU的处理能力，内存的大小等。当一个ApplicationServer不能接受更多的负载时，只需增加一台ApplicationServer，然后在IDE中把部分负载部署到新的Server上就可以了。那些转移过去的点仍然都在同一个命名空间中，仍然是原来应用中的一部分，在客户端不需额外的工作。3.2InTouch程序模板化每个InTou

14、ch程序的模板可以派生多个实例，每个InTouch实例可以部署到不同的操作员站，这些操作员站就会显示一样的InTouch内容，可以执行同样的操作。如果对InTouch程序模板进行了改动，由该模板派生的实例都会自动改动，不用逐个修改InTouch程序。这样解决了在大型系统中维护和修改InTouch程序中所遇到的问题。在该系统中，工区有4个操作员站，相应的在厂级和公司级各有4个操作员站。这12台操作员站只用了4个InTouch程序模板，只要把工区的这4个操作员站的InTouch模板做好了，每个模板生成3个实例，分别部署到工区级、厂级和公司级三个操作员站就可以了，提高了工作效率。在每个InTouch

15、程序模板里面，在开发InTouch工艺界面的时候,不需要通过在InTouch里面画图或者用特等来显示IDE中定义的对象，可以通过在工具栏中的嵌入ArchestrA图形的图标，插入在IDE中开发的设备对象包含的ArchestrA符号中，开发过程方便快捷。3.3脚本编程模板化SystemPlafform支持使用QuickScript.NET扩展Wonderware的QuickSeript。SystemPlatform扩展了这个易于使用的脚本编制语言，使其支持几乎所有的数据类型，并为工程师提供了无限制的能力，以解决最复杂的应用问题。QuickScfipt.NET的新脚本函数库可以在其他的.NET开发

16、环境中产生，例如微软公司的VisualBasic.NET或者VisualC.NET，提高了灵活性与效率。QuickScript.NET还为关键的自动化环境提供了确定性的执行次序和数据跟踪能力。由于与标准lnTouehQuickScript兼容，所以可以通过重用现有的应用脚本保护工程投资。对于一个完整的程序来说，可以通过脚本增强设备的自动化控制能力SystemPlatform提供了脚本模板。打开某个对象的模板，就会显示该对象的所有属性，在Scripts里面，提供了很多脚本触发条件，有“0nScan”、“0ffScan”等，可以根据实际情况进行选择。只要在该模板咀面完成某脚本，那么由该模板派生的所

17、有实例都会有该脚本，当触发条件成立时，所有实例就会执行相应动作。4数据存储集中化WonderwareINSQL是Wonderware系统平台的重要组成部分，它提供了整个系统的历史数据管理。较之以前版本的InTouch，SystemPlatform架构的数据存储效率有了很大的提高，以前版本的InTouch，每个需要存储的量都需要选中操作。而且，在选择的同时，还要把该InTouch目录下面的文件夹的标记名人工导人到INSQL数据库中。目前.本系统中已有700多口排采井实现了自动化，每口排采井有很多需要存储的量，如果逐个选择的话，很烦琐。而且，每新增一口排采井，就要重新把标记名人工导入到INSQL数

18、据库中，不能满足现场需求。在SystemPlatform架构下，只要在模板程序里直接把要存库的对象在History属性打对勾（如图8所示），那么，由该模板派生的所有实例的该对象都可以自动存库。|I/OIAiaffnF(7FVFa冲却匕Ueh泄宀心北|t-图8对象存储设置5设备集成通信快捷化在SystemPlatform架构里面，有DeviceIntegration应用对象，在模板里只需把相应的DeviceIntegration用脚本配置好，然后再派生与现场设备相连接的实例就可以。目前，在煤层气现场用到的是MYMDDESuitclink模板，因本系统中700多口实现自动化的排采井采集的参量地址都一样，所以，只需做好一口排采井的地址映射表，导入到该MYMDDEsuitelink实例里面的每个Topic里面,就可以实现所定义的对象与MYMDDESuitelink的自动链接，并自动分配I/O。6结论通过组态软件模板式开发、模板复用、模块式集成、数据的集中化存储，实现了自动化系统的快速组态，远程调试和修改；减少