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    張思銳(19710-)，1994年畢業(yè)于重慶大學自動化系，獲得學士學位，高級工程師，工程碩士，注冊自動化系統(tǒng)工程師,主要從事工業(yè)過程自動化檢測和控制系統(tǒng)的研究和工程設計工作。
 
    摘要：GE iFIX是全球領先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，對工業(yè)生產過程中的重要參數(shù)做記錄和調出趨勢圖和歷史數(shù)據(jù)是它的一項重要和實用的功能，文中對過程參數(shù)的采樣、記錄、歷史曲線的參數(shù)設置進行分析，以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)記錄的高效和優(yōu)化。

    關鍵詞：iFIX；HMI；參數(shù)設置；歷史數(shù)據(jù)記錄

Abstract：GE iFIX is one of the leading HMI/SCADA software in the world. It is used in industrial process control widely. One of the most important functions of iFIX is to record important parameters and display its historical trend chart. This article analyzed the set parameters for historical recording, to get a high efficiency and optimized historical data storage.

    Keywords：iFIX; HMI; set parameters; historical data storage

    iFIX是全球領先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過300，000套以上的軟件在全球運行[1]。世界上許多制造商采用 GE Fanuc的iFIX軟件來全面監(jiān)控和分布管理全廠范圍的生產數(shù)據(jù)，包括冶金、電力、石油化工、制藥、生物技術、包裝、食品飲料、石油天然氣等各種工業(yè)應用。iFIX 功能強大、安全、通用性好，成為各種生產環(huán)境下全面的HMI/SCADA解決方案。

    1 iFIX的C/S網絡結構

    iFIX是開放性好、應用廣泛的SCADA軟件，可以和多種PLC控制器如SIEMENS、GE、Modicon 等連接，實現(xiàn)人機界面和數(shù)據(jù)庫功能，并組成完整的控制系統(tǒng)。iFIX提供真正的分布式、客戶/服務器結構，為系統(tǒng)提供最大的可擴展性。iFIX分布式、客戶/服務器結構包括了可靈活構造的服務器 (SCADA Server) 和客戶端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer)[2]。包括：

    1.1 HMI/SCADA服務器 (SCADA Server)

    iFIX server直接連接到物理I/O點，并維護過程數(shù)據(jù)庫。過程數(shù)據(jù)庫中有多種功能塊可供選擇，包括：模擬量、數(shù)字量輸入輸出塊、計算塊、報警塊、累計塊、計時器塊、連續(xù)控制塊、統(tǒng)計塊及SQL功能塊等。

    1.2 iClient客戶端

    iClient是GE Fanuc 標準的客戶端軟件，它作為傳統(tǒng)的客戶端安裝在iFIX客戶節(jié)點上。通過在View節(jié)點設置適當?shù)目蛻舳藱嘞蓿脩艨梢栽L問到網絡中任意SCADA Server中的數(shù)據(jù)。實時動態(tài)畫面、趨勢顯示、報表等應用都運行在iClient上。而且在網絡中各個View節(jié)點上都能進行開發(fā)工作，包括開發(fā)畫面、構造SCADA Server中的數(shù)據(jù)庫。

    iFIX是一個集成的系統(tǒng)，每臺計算機有自己的節(jié)點名，每個數(shù)據(jù)項都有自己的點名。iFIX網絡中數(shù)據(jù)的讀取通過標識SCADA Server節(jié)點名、數(shù)據(jù)點名及數(shù)據(jù)域來識別。 采用C/S結構，整個控制系統(tǒng)有完整和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，即歷史數(shù)據(jù)的調取只從服務器iFIX server中讀取。

    C/S結構網絡圖如圖1所示：
                           
                                    圖1 C/S結構網絡圖
Fig.1 C/S configuration chart

    2 iFIX的歷史數(shù)據(jù)記錄

    iFIX歷史趨勢記錄提供了生產過程數(shù)據(jù)的采集、存儲和顯示功能。數(shù)據(jù)從SCADA服務器（或者SCADA節(jié)點）采集到歷史數(shù)據(jù)文件中，用戶能使用面向對象的圖表在Proficy iFIX工作臺中查詢、顯示歷史數(shù)據(jù),進行過程趨勢分析、過程數(shù)據(jù)存檔、監(jiān)視生產的效率、設備維護分析、歷史過程數(shù)據(jù)分析。

    iFIX的歷史數(shù)據(jù)記錄的工作程序如下：
(1) 定義所需采集數(shù)據(jù)的標簽名（或者數(shù)據(jù)源）， 并定義采集組存放這些標簽；
(2）定義每個采集組的參數(shù)(節(jié)點、采集速度、相位、控制標簽、狀態(tài)和標簽）；
采集速度越快，則數(shù)據(jù)越準確，數(shù)據(jù)容量越大。iFIX規(guī)定的有效數(shù)據(jù)采集周期為：1s、2s、10s、20s、30s、1m、2m、10m、20m、30m(s:秒，m:分鐘)。iFIX推薦的最小采集周期為10秒，默認值是30秒[3]。
(3）定義每個歷史數(shù)據(jù)文件存儲的時間長度（以小時為單位，如4小時、8小時、24 小時）。
(4）在SCU中啟動歷史采集程序htc.exe,指定文件存放位置。運行iFIX,開始采集數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)保存在歷史數(shù)據(jù)文件中。

    3 項目分析

    以某2×1000MW機組石灰石-石膏濕法脫硫工程為例，采用iFIX作為上位監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)采集和歷史記錄。

    該項目控制范圍包括兩臺脫硫裝置及其制漿、脫水、廢水處理等公用系統(tǒng)，需要做歷史記錄的模擬量和重要設備的跳閘信號按1000點計算。

    最初軟件工程師設置的是1秒的采樣周期，這樣數(shù)據(jù)量非常大：

     計算歷史數(shù)據(jù)需要占用的磁盤空間容量的公式如下：

     文件占用字節(jié)數(shù) = (3500×A) + ((8×B)×C) （1）[3]

    A – 采集組的個數(shù)；B – 每個采集組包含的平均采集點數(shù)；C – 所有采集組將數(shù)據(jù)寫入文件的次數(shù)

      本項目歷史定義為20個采集組，采集速度為1秒分鐘，使用24小時的文件格式。 一個采集組有50個數(shù)據(jù)點。在這種情況下，A、B和C的值如表1所示: 
               
                                       表1 
            
    則24小時的歷史數(shù)據(jù)文件大小為：(3500 x 20) + ((8 x 50) x1728000 ) = 691270X103 bytes，此配置所生成的24小時歷史數(shù)據(jù)文件大約為659M。

    分析工藝工程發(fā)現(xiàn)，脫硫裝置實際上是一個化學反應裝置，石灰石漿液吸收SO2生成石膏的過程，反應是連續(xù)的、變化過程相對來說是緩慢的。因此，過程參數(shù)的變化較緩慢，可以延長參數(shù)的采集時間：
1#機組的環(huán)保監(jiān)測參數(shù)、2#機組的環(huán)保監(jiān)測參數(shù)（CEMS參數(shù)、增壓風機電流、循環(huán)泵電流、鍋爐負荷、旁路擋板開度等）分別做成獨立的歷史采集組。這些參數(shù)的采集時間設置為1min，約80點，為1個采集組。
重要的電氣設備的跳閘狀態(tài)信號，由于變化快，設置其采樣時間為1s,這些參數(shù)約為60點(需轉化為浮點型數(shù)據(jù)域)，為1個采集組。

    其余的參數(shù)的采樣時間設置為2min，約860點，分為11個采集組。則24小時的歷史數(shù)據(jù)文件大小為：3500×13+80×60×24×8+60×3600×24×8+860×30×24×8=47392700bytes，此配置所生成的24小時歷史數(shù)據(jù)文件最大為約45M,約為全部采用1s的采樣時間的6.8%，提高了數(shù)據(jù)的有效性，節(jié)約了計算機的存儲空間，也能提高數(shù)據(jù)的調出速度。

    此外，在iFIX歷史采集組的節(jié)點定義界面中，有“限值”一項，需軟件設計人員填寫。所填寫的數(shù)據(jù)即為該參數(shù)的歷史記錄死區(qū)，當數(shù)據(jù)的變化范圍在死區(qū)內時不做記錄。建議非常重要的參數(shù)可設置死區(qū)為0，即每次采集都做記錄，對普通的參數(shù)可按量程的1~2%來設置。這樣也能進一步的減少數(shù)據(jù)文件的容量。由于實際生產中，重要的電氣設備的跳閘狀態(tài)信號很少發(fā)生，所以對這60個采樣時間為1s 的點設置死區(qū)為0.5后，只有在設備跳閘時才會做數(shù)據(jù)記錄，這樣實際生成的歷史數(shù)據(jù)文件能減小到最初全部設置采樣時間為1s的歷史記錄文件的1%。

    4 調用歷史趨勢記錄曲線

    一般情況下，被組態(tài)軟件設置為歷史數(shù)據(jù)存儲的標簽點是監(jiān)控系統(tǒng)中重要數(shù)據(jù)點，所以可以直接從iFIX歷史數(shù)據(jù)庫中提取保存的標簽點作為歷史和實時曲線的標簽點[4]。

    在iFIX中，選擇“圖表配置”—“圖表”—“時間”，可定義一幅歷史記錄曲線的時間軸的長度，最大為99天。為了顯示數(shù)據(jù)的精確，可定義合適時間長度的歷史曲線，通過時間軸按鈕，可前后翻頁。

    5 歷史數(shù)據(jù)格式

    iFIX存放歷史數(shù)據(jù)文件的缺省路徑為：C:\Program Files\GE Fanuc\Proficy iFIX\HTRDATA\nodename\YYMMDDHH.H24，可在配置文件中更改。YY表示年，MM表示月，DD表示天，HH表示小時（這個例子是24小時文件）[3]。這個數(shù)據(jù)文件內的數(shù)據(jù)不能做編輯和修改，確保了數(shù)據(jù)的安全和可靠。

    以某2×1000MW機組石灰石-石膏濕法脫硫工程為例，在現(xiàn)場調試中最初軟件工程師設置的采樣時間全為1s，死區(qū)為0，這樣文件很大。環(huán)保檢查時要求調出一個月的相關歷史數(shù)據(jù)，在歷史站調出1個月的趨勢圖的時間很長，甚至長達幾個小時，讓核查人員無法忍受。經過優(yōu)化以后，采用本文前面的辦法，歷史數(shù)據(jù)文件容量減小為原來的1%以下，調出同樣時間段的數(shù)據(jù)的時間減少到1~2分鐘，這個時間應能接受。

    在調試現(xiàn)場要檢驗參數(shù)設置優(yōu)化后的效果，是否只有等待1個月的時間，等一個月的歷史數(shù)據(jù)形成后才能驗證調出時間？答案是否定的，采用好的辦法，可以在半個小時內檢驗調出1個月歷史趨勢記錄的時間：
(1) iFix的歷史記錄參數(shù)優(yōu)化后，重新啟動軟件，24小時后得到1天的數(shù)據(jù)文件
(2) 拷貝并復制30個這樣的文件
(3) 逐個修改文件名，即修改文件的生成時間

    這樣快速地得到了1個月歷史記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是重復的，每天相同。用于來測試參數(shù)優(yōu)化后歷史數(shù)據(jù)的調出時間是合適和可行的，可以調出重復的30天或更多天的數(shù)據(jù)。我們在做文件復制前，應將已經生成的歷史數(shù)據(jù)做好備份，以便事后恢復。這個方法只能用于試驗，生產運行中不能對歷史數(shù)據(jù)做修改和拷貝，如果有操作也將被記錄。對脫硫裝置這樣的環(huán)保設施，如果數(shù)據(jù)作假，查實后將會受到環(huán)保部門的嚴厲懲罰。

    6 結束語

    GE iFIX作為優(yōu)秀的SCADA軟件，適合于多數(shù)的工業(yè)自動化生產過程控制。對項目中具體參數(shù)的歷史記錄應按工藝過程的條件和要求，設置采取合理的參數(shù)，實現(xiàn)歷史記錄數(shù)據(jù)的有效和優(yōu)化。如果企業(yè)對歷史數(shù)據(jù)記錄的要求更高，如毫秒級采樣，數(shù)據(jù)量大（全廠級，幾萬點），則應采用Proficy Historian（iHistorian作為企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫平臺，可以極高的速度采集、歸檔并發(fā)布海量實時的現(xiàn)場過程信息[5]）或其它的專用數(shù)據(jù)庫軟件。

參考文獻:

[1]基于ADO技術的iFix歷史報表的設計與實現(xiàn)[J]. 自動化信息, 2010.8.

[2]iFIX監(jiān)控軟件在煙草制絲線的集成應用(二)[EB/OL]. http://www.zgznh.com/article_show.asp?articleid=580810 ,2010-06-09 .

[3]Proficy HMI SCADA-iFix4.0 電子書.

[4]曲曉俊,馬彩. iFIX組態(tài)軟件中通用趨勢曲線的設計與實現(xiàn)[J]. 工業(yè)控制計算機,2009(22) 3.

  [5]iHistorian在電廠廠級實時監(jiān)視系統(tǒng)中的解決方案[EB/OL]. http://sbgl.jdzj.com/Article/200809/20080924172940_12514.html,2008-09-24.   

 摘自《自動化博覽》2010年第十二期