3. 系统解决方案
3.1 系统设计原则
3.1.1 功能实用性
能源管理系统的目的就是建立一个安全可靠、技术先进、实用性强，能适应钢铁企业实际情况的能源信息管理系统。
京唐实时数据库系统是基于冶金企业实时数据平台系统建设中积累了大量的冶金行业专业知识、基础数据和项目实施经验，融合了一系列国内外冶金企业管理思想和方法。系统的实用性将主要体现在以下几个方面：
l改进管理方式、提高管理水平、提高工作效率、提高工作质量；
l用户界面友好，操作简单、方便；
l系统运行稳定、安全、可靠；
l软件功能符合业务需求，采用了成熟的、具有发展前途的主流技术。
3.1.2 数据原始性
实时数据的采集从一级取原始的数据，即需要采集没有经过修改过的，实时的数据作为原则，要保证数据的及时性和真实性。
3.1.3 统一规划、分步实施
京唐实时数据库系统在需求分析、功能设计和系统测试安装阶段采用统一规划的方式，系统的操作平台和数据库平台完全统一；但各个子系统的具体编码实现可以根据工程进度和实际情况分步实施，使软件系统可以顺利实施。
3.4 系统功能描述
3.4.1 数据采集平台
由于能源计量网络涉及到整个企业的不同生产环节，并且水电气风等能量在管网中的流动具有实时性，因此数据量比较大，采用实时数据库能够很好地解决实时性与长期的历史数据存储问题。因此，对于数字化仪表或者已经进入PLC或者DCS的能源计量数据将通过实时数据库系统进行自动采集，各能源使用节点通过系统提供的接口驱动，自动采集计量数据及生产数据通过网络传递到应用服务器上。
另外，企业不可避免地具有一些不能自动采集的仪表，必须通过手工抄数或估算。对不能自动采集的数据，系统提供手工录入界面。对于估算数据，系统提供根据过去走势自动估算功能。
通过实时数据库系统的设备接口层驱动，面向系统中的不同物理设备、PLC、DCS和不同控制总线上所挂接的设备，通过数据采集接口站将不同设备连入系统，接口驱动安装在数据采集接口站，负责读取物理设备信息和实时数据，并通过预定义的通信协议与实时数据库服务器上的通信子系统进行连接和通信。实时数据库平台通过接口站和底层设备进行通信，屏蔽了具体设备的连接细节。
设备驱动程序在控制系统上取数时，不会影响控制系统的正常运行，因为系统提供只读、只写和读写三种权限，通过适当的设置可保证系统运行的安全性。并且，系统具备自诊断和自恢复功能，当数据采集异常时，工作站提供警报和处理方法，当服务器和数据采集工作站出现通讯故障时，软件会自动存储从控制系统中采集的数据，当故障消除时，会自动将缓冲数据传送到服务器，保证Agilor实时数据库平台数据的完整和连续性。
根据首钢京唐的实际情况，数据采集有以下三种情况：
l情况一：
通过以太网从上位机上采集数据，Siemens系列PLC及AB系列的上位软件等提供OPC接口或DDE接口的均属于这种情况。如图3-3所示。
图3-3 数据采集工作站连接上位机配置图
l情况二：
通过屏蔽双绞线连接智能仪表，各种未进机的智能仪表的数据采集均属于这种情况。由于RS485通讯总线的最远传输距离为1200米，而为了增加传输可靠性，减少误码率，必须采用较低的传输率如9600波特率。实际应用中如果距离超过600米则最好使用中继器，而如果采用中继器则需要解决中继器的供电问题，中继器一般采用直流24V供电，如需要多个中继器，一般需要架设一根与信号线平行的电缆线。因此，最好将智能仪表连接到附近的数采工作站或者采集器。连接方式采用RS485集线器集将同一位置的智能仪表连接，通过屏蔽双绞线将信号传输到数采工作站上（参见下图）。这样，一个数据采集工作站能够采集一定区域内的若干个智能仪表，从而减少投资，提高收益。
如图3-4所示。
图3-4 数据采集工作站连接智能仪表配置图
l情况三：
无法采集的数据采用手工录入的方式进行。京唐实时数据库系统将提供手工录入界面。
3.4.2 数据管理平台
3.4.2.1 实时数据库系统
数据平台主要使用Agilor的服务器版本，用于管理企业底层的实时过程数据；作为一个大型分布式实时数据库系统，主要用于实时采集、存储并管理来自各种控制系统和现场总线的设备状态与过程数据，为大型的实时应用提供统一和有效的数据支持。Agilor系统具有多项独有的先进专利技术，包括实时事务调度算法、并发控制协议、自适应的历史数据压缩算法、多服务器动态冗余技术以及主动规则推理技术等。单PC服务器Agilor系统支持超过二十万点的数据采集与长达数年的历史数据存储。
Agilor系统提供基本的数据采集、存储与管理功能之外，还提供一系列的辅助工具满足用户的不同管理需求，主要包括：数据备份与恢复工具、数据增量备份工具、实时数据同步工具等。
lAgilor数据备份与恢复工具
Agilor数据备份与恢复工具提供数据库配置与历史数据的定期备份、故障后或者迁移中的数据导入导出、数据备份的管理等功能。
lAgilor数据增量备份工具
Agilor增量备份工具提供自动的增量数据备份，支持FTP远程备份功能。
lAgilor实时数据同步工具
Agilor实时数据同步工具提供两个实时数据库之间的数据同步，尤其适合分级的实时数据管理与具有不同安全级别的场合；工具基于UDP协议实现，能穿过网闸等单向通信设备。
lAgilor系统二次开发包
Agilor提供实时数据采集开发接口、标准API接口、COM接口，方便用户与集成商进行二次开发。
3.4.2.2 实时数据整合工具
Agilor DI是基于ECA规则推理引擎，面向企业实时数据整合与发布、智能报警、二次计算等应用需求的开发与运行工具。系统支持ECA规则的并行推理，提供自定义脚本、VBscript定义业务逻辑。系统功能特点如下：
l数据整合与发布：支持常用的函数与实时数据库、关系数据库操作，能够把实时数据库中的数据基于事件自动处理后写入关系数据库或者回写到实时数据库中；
l智能报警：通过订阅相关的数据点并实时监测这些数据的变化，结合应用中的业务逻辑与经验，能够实现组合报警与智能报警；
l二次计算：支持数据的单位转换、数据进制转换、按系数运算、数据分拆或者合并等功能；
l主动控制：根据实时数据库中的数据状态，定期或者基于事件对物理设备进行控制操作，包括对单一对象运行状态的控制或者一系列控制指令的组合。
此外，提供面向Oracle与SQL Server数据库的实时数据发布工具，
能够把实时数据库中的数据经过简单运算之后输出到关系数据库中，包括最大值、最小值、累积值、平均值等各种运算，从而更加容易实现与管理数据库的集成，为企业信息系统提供可靠的数据基础。
3.4.2.3 统一数据访问接口
面向企业异构的数据源，提供统一的数据访问接口，支持常见的实时数据库、关系数据库。目前，提供实时数据库的统一数据访问接口，支持数据的订阅/发布机制，实现对Agilor、PI、Infoplus.21的统一数据访问（Agilor DI中使用此接口从实时数据库中获取数据）；统一的关系数据库访问接口封装对关系数据库的访问，支持Oracle、SQL Server、Access等数据源，能够通过配置生成XML文件实现访问接口的定制。
3.4.3 数据集成平台
3.4.3.1 实时监测
在首钢京唐厂区平面图上绘制各种能源管网图，来展示全厂各种能源量的当前压力、温度、实时流量和累计流量等四个关键性数据。管网平面图相对于首钢京唐现有能源系统中的逻辑管网图来说，更具有直观性、更方便问题定位。
实时监测系统利用gis技术和web发布技术，将首钢京唐管网图发布到浏览器上，并在管网仪表的相应位置实时显示关键计量指标。
实时监测系统具有以下功能：
l有一张全公司能源动态图（包括所有厂际、厂内能源网络点），由面到点，可分画面显示。
l显示内容包括：
n显示各压力计量点的实时数值及单位；
n显示各温度计量点的实时数值及单位；
n显示各流量计量点的实时数值及单位；
n显示各流量计量点的累计数值及单位；
n对于气体补正的数据，显示补正前的原始数据。
如图3-5所示。
3.4.3.2 趋势分析
使用趋势曲线来直观地展示当前及过去8小时内的单种类能源量的产出和消耗，并可以在趋势图上进行趋势放大、趋势缩小、关键值标定、历史数据查询等多种操作。如下图所示。
趋势曲线具有如下功能：
l历史数据查询：用户能够通过浏览器查询过去某段时间内的计量数据，并且支持用户对这些数据进行统计运算，包括最大值、最小值、平均值、累积值等；
l数据对比分析：系统支持用户对不同阶段的查询结果进行对比分析，以便确定产量提升与能源消耗的原因。
l趋势分析：支持用户对实时数据、历史数据以及统计数据以曲线的形式表现出来，比较生产的趋势、不同阶段的产量，以便更加直观地了解生产状况：
l可以查询任一时间段内任一测点的数值趋势图；
l历史查询时间跨度支持小到几分钟，长到几小时。
如图3-6所示。
3.4.3.3 报警监测
报警监测系统包括实时报警监测和报警信息管理两大部分功能。
实时报警监测是在实时监测系统的平面图上显示相应能源介质实时采集测点报警信息。报警信息分为以下2种：
l越限报警：
对于每个实时采集测点可以设置4个报警线：高报警线、高高报警线、低报警线、低低报警线。
该测点值≤低低报警线，触发低低报警；低低报警线＜该测点值≤低报警线，触发低报警；高报警线≤该测点值＜高高报警线，触发高报警；高高报警线≤该测点值，触发高高报警。如图3-7所示。
当触发报警动作时，在界面上表现为该测点的值发生闪烁，以不同颜色区分不同报警。如图3-8所示。
图3-8 报警监测系统越限报警
l平衡报警：
如果管道入口和出口表的流量值之差超过阀值，将触发平衡报警。发生平衡报警时，管线将闪烁，提示管线可能出现跑冒滴漏。如图3-9所示。
报警信息管理的作用是将报警监测系统中实时显示的报警信息，以及相关信息（如报警发生时间、报警处理人员、报警处理结束时间等）记录下来，方便事故追忆和管理分析。
l报警分为重故障、轻故障、一般信息三种。
n重故障报警是指严重的报警，会影响主设备的运行，需要马上做处理。如上上限报警，过流速断保护动作、煤气柜漏泄、泵故障等。
n轻故障报警是指一般性的故障，或需要对操作人员提醒的报警，如上限报警、下限报警、压力不平衡报警等。
n一般信息指不属于故障，但要让操作人员知道的信息，如开关的信号。为便于对事件的记录和查询，将设备的状态信号和操作信号也列入报警系统，作为一般信息处理。
l报警的通知方式分以下几类：
n实时报警：在实时报警监测图上，通过闪烁和声音的方式提醒。
n事故追忆：用户可以通过查询报警日志的方式来查看历史报警记录。
l报警日志将记录以下内容：
n报警时间
n报警内容
n报警处理人员信息
3.4.3.4 日志管理
京唐实时数据库系统中，日志管理系统是一个非常重要的功能组成部分。它可以记录下系统所产生的所有行为，并按照范式表达出来。系统管理人员可以查看日志管理系统所记录的信息，以获取某一时间段内哪些人员对哪部分系统进行了哪些操作。日志管理系统主要应用于事故追忆。
日志管理系统提供了一整套行之有效的日志查询功能，支持任意字段的关键字精确查询、组合查询、模糊查询、关联查询等，并自动建立索引机制，大大提高了查询的准确性和查询速度。
3.4.3.5 用户管理
用户管理是整个京唐实时数据库系统的安全基础与安全保障。用户管理具有以下功能与特点：
l一站式登录：每次使用能源系统时仅需登录一次，而不需要在访问不同功能模块的时候重复登录。
l多权限管理：针对任何一个系统功能模块，均有以下权限可以设定：
n不可访问：用户不能访问该功能模块，在用户界面上也不会出现该功能模块的链接。
n只读：用户只能使用该功能模块浏览数据。
n管理：用户可以修改该功能模块统计后的结果。
l组策略：将权限一致的用户归结为一个组，方便进行统一管理。
l个性化界面：用户登录后，系统菜单中只显示该用户有权访问的功能模块链接，而不显示其无权访问的功能模块链接。
l密码安全保护：使用MD5或SHA1加密算法，对用户密码进行保护。
3.4.3.6 动态报表工具
以微软Excel为载体，提供了一个可视化的报表生成工具，支持各种复杂表格的绘制，实现静态制表与动态生成功能。利用该构件能够方便地生成班报、日报、月报及其它各种统计报表，提供报表模板管理功能，支持常用的算术与统计函数；能够同时访问实时数据库与关系数据库中的数据，组态后的报表能够发布到Web服务器并在浏览器中远程浏览。Web服务器的报表能够按照目录组织，在客户端能够按照树状结构显示这些报表，并按照用户权限控制访问。
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