江南造船集团VOCs设备管控平台

一、案例背景

　　江南造船（集团）有限责任公司是中国船舶工业集团公司所属,我国历史最悠久的造船企业。此项目中，上海数全为江南造船集团打造了VOCs设备管控平台，显著提升了工人的工作效率、设备的使用寿命，并大幅降低人力成本。

       挥发性有机物（VOCs）是形成细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）等二次污染物的重要前体物，进而引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题，而在船舶涂装过程中，不可避免会产生大量的VOCs，为此江南造船引进了数十套RTO用以处理。

　　原先，工厂内的VOC设备分布在生产现场各处，地理位置分散。各套RTO设备由设备对应的PLC站点控制，各个PLC站点分别与上位机进行通信，各自的控制系统独立，互不影响。各套设备均依靠人工操作、人工维护，为保证VOC处理系统的安全运行，需要在现场控制室安排24小时的人员值守，维护工作量大。

　　为提高生产效率、简化工作流程，保证各VOC处理装置的安全可靠运行，上海数全帮助江南造船集团建立了厂级VOC处理装置的集中监控中心，即工控平台系统。

二、案例目标

　　只要一个人就能看到所有设备信息；有危险立即出现告警；有需要可以远程操作设备的启停；设备数据的长期存储及随时查询。

三、案例架构

　　本系统架构主要包括：业务层、数据层、应用层、展示层。可实现在大屏上看到现场生产数据，并予以操控的目的。

　　系统网络架构图：

　　在此项目中，连接的PLC有西门子的s7-300、s7-1200、s7-1500和s7-200 smart，由plc来控制各套的RTO设备。

四、实现功能

　　工控平台的主要功能包括实时生产数据的采集、存贮、管理、查询、分析、组态和控制。可提供超过百万数据点的规模，提供多个标准接口，包括：数据采集与监控系统（SCADA）、过程控制系统（PLC）、RTU、智能设备等，以及关系性数据库或主要业务应用系统等。工控平台要求可以每秒采集50万点以上的实时数据，数据管理上限大于1000万点、大于1万个设备，配合的历史数据压缩算法，保存10年以上的历史数据，提供服务器端数据压缩机制。

1）体系结构

　　支持Windows、Linux操作系统。

　　提供标准的C/S和B/S结构；B/S结构支持多种浏览器访问形式，各类浏览器版本升级不影响系统正常访问。提供规范的ODBC/JDBC等数据接口；提供组件对象模型技术 (包括微软的DCOM、 COM 、COM+)、提供以API或者SDK的方式调用函数接口；内嵌c、c++、js、python、java、C#等主流开发工具，支持SQL SELECT子集和json接口。

　　能支持基于角色的用户权限管理，具有运行管理、审计功能和日志功能；防止由于操作失误等人为因素造成的破坏数据库系统的容错能力。

　　总体设计、合理；接口安全，稳定，快速。

　　升级。

2）数据采集与控制功能

　　具有数据采集功能，数据采集具有周期方式和事件触发方式，采集周期可以进行相应的配置，周期方式达到秒级和毫秒级能力，事件触发方式应能实时响应。

　　在前端系统性能满足的条件下，支持用户指定的时间分辨率，支持毫秒、秒级数据采集。

　　提供通过相应功能或者开发接口实现对手工输入数据、手持设备或者其他信息系统的数据采集。

　　提供数据采集接口的远程配置、启停。

　　提供数据下发到PLC和仪器仪表功能。

　　提供数据断点续传功能，能够在网络中断或者其他无法进行正常数据发送的情况下，将过程数据暂存于本地，待恢复正常后将数据存入数据库，数据缓存区的大小可按需配置。

　　数据采集功能具备如下拓展能力，以应对未来业务发展的需要：

　　提供通过OPC、DDE、 Modbus、ODBC、JDBC等标准通讯协议采集生产系统数据。

　　提供OPC标准接口，同时具备将自身数据以OPC SERVER方式向外提供数据的能力。

　　支持与 浪潮GSP MES（Manufacturing Execution System）、用友ERP（Enterprise Resource Planning），企业资产管理系统之间的双向网关, 可以将SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition，监控和数据采集）或设备监控的实时操作数据转换为 MES或ERP系统的相关数据或事件，或转换为 MES或ERP系统中相应事务的触发事件,也可以与对企业中管理计划、生产、维修、质量或成本的功能模块相连接。

3）存储功能

　　时间存储支持毫秒精度。

　　针对每一标签点可定义值类型，值的数据类型支持双精度浮点数、单精度浮点数、整型、短整型、单字节、定长字符串、二进制块等类型。

　　实时数据库数据标签能反映过程数据的全部特性，能定义所具有的所有数据类型；其数据精度、采样频率及安全等级能各自定义或者批量定义；压缩数据的数据精度和压缩比支持按照应用要求进行不同的设置。

　　存储到历史库中的数据，经过多次存取，不发生任何数据精度损失。

　　标签点的定义支持中文描述。

　　提供标签点在线新增、删除和标签点属性修改。

　　提供计算引擎或者计算接口，提供数据的二次计算与存储能力，即可以存储中间计算结果。二次计算值可自由选择存入关系数据库或实时数据库。

　　标签点属性包括以下内容：名称、描述、计量单位、数据类型、数据偏差、量程范围等。

　　历史数据提供有效的压缩手段，保证实时信息和计算、分析结果数据的保存时间至少达到10年。

　　系统采用分布式体系结构，支持多个服务器站点，五百个以上客户端同时并发访问的规模。客户端可以与任何位置、任意数量的实时数据库服务器通信，实现客户端对分布式数据的访问。

4）二次开发

　　提供二次开发软件包，提供API和SDK等工具包供用户进行二次开发。

　　以API或者SDK的方式提供函数调用接口，提供函数包括：服务器连接和信息维护函数、标签点配置函数、实时历史数据提交函数、实时数据查询函数、时序历史数据查询函数、历史断面数据查询函数、统计计算函数等。用API或SDK提供的函数一次性提取50000个实时数据不超过1秒钟。

　　二次开发软件包可以在C、C++、VC++、C#、JAVA、js、python等开发环境下使用。

　　提供基本的数据计算和统计(如：四则运算，求和、平均值、值、最小值、加权平均、积分等函数运算)。提供求取任意时间段均值作为变量存入数据库的函数或表达式。并能根据需方提供的数学模型进行设备运行、性能和经济指标的计算。   

5）系统管理

　　提供以客户端图形界面方式的远程维护，系统管理员可以在客户端在线监视实时数据库产品的整体运行状况、监视实时数据库产品服务器和接口机之间通信运行状况，能根据系统运行状况在线进行参数设置和调整。

　　提供基于角色的用户权限管理，可以对每个用户指定具体的操作权限，确保其只能在范围内操作。

　　提供单一与批量在线配置标签点，包括创建、更新、删除、查询标签点及其相关属性。

　　能够在Excel中批量建标签点，提供标签点信息的导入/导出（Excel格式）。

　　提供数据库中和组态画面（包括编辑状态和运行状态）标签点的模糊查询和精确查询。

　　提供系统日志功能，能够记录系统运行中的登陆信息、操作信息、警告信息、错误信息等。

　　提供系统的在线备份与恢复，包括配置信息与归档数据，备份期间不影响软件的正常运行。

6）数据展示、发布功能

　　提供一系列具有组件技术的、易学易用的基本客户端软件，主要包括组态图绘图功能软件、Excel报表插件、Web发布、SCADA应用、手机端数据展示等。

　　组态图绘图功能软件提供流程图、棒状图、参数表、趋势图；页面绘制组态方便快捷；支持显示画面单屏显示多个画面；运行状态下可选任意多点显示在同一趋势画面中；趋势图显示时间长度不限，查询方便快捷；提供矢量图编辑功能，并能够维护矢量图库。

　　提供显示画面能自动适应显示器分辨率(如800*600、1024*768、1440*900、1920*1080、1920*1200、2560*1440等)以及其他移动终端画面自适应功能；提供在用户端设置查询条件进行查询(如标签点模糊查询、按描述查询等)。

　　Excel报表插件可以方便地在Excel中提取给定标签点和时间区间的当前值、历史值、值、最小值、平均值、积分值等统计值。同时必须提供VBA、Java开发的API或SDK软件包，以方便用户在EXCEL环境中基于VBA、Java对数据库产品进行二次开发。

　　提供动态图形的Web访问。

　　提供手机端的数据展示。

　　客户端显示画面提供进行打印或发布到门户(或WEB)页面。

7）时钟同步

　　系统支持时钟同步，当采集端的时间与服务器的时间不一致时，可以选择使用数采端时间或服务器时间，支持集中授时，保证时间的一致性，同时也可以让数采机与服务器或集中授时的时钟进行同步来保证时间的一致。

8）双机热备

　　源服务器系统支持双机热备功能，两台服务器同时运行，当一台服务器出现故障时，数据库资源自动转移到另一台服务器继续运行，提供几乎不间断的服务，不会因为服务器故障造成数据丢失，在很大程度上可以保证数据的可靠性和系统的稳定性。

　　应用服务器系统支持双机热备功能。

9）数据镜像

　　数据库镜像支持实时数据库服务器在源端与应用端之间连接网闸，网闸具备单向传输功能，使得上层应用无法直接操作源端数据，从而有效的保证源端服务器数据的可靠性和系统稳定性。满足实时数据库冗余备份。

五、性能指标

　　单一服务器节点具备支持300万标签点的能力。

　　单一服务器具备每秒采集100万点以上的实时数据能力。

　　并发用户数：≥500

　　采集器数：≥200

　　单节点数据处理能力达到每秒10万事件。

　　单节点实际归档能力达到每秒10万事件。

　　采用实际数据模拟测试的压缩比达到30：1。

　　历史数据存储时间：以数据原型在线保存10年以上。

六、组态样例