西門子Process Historian和Information Serve在船閘集控系統中的應用

王心沁 譚惠尹 王余旺 佘立子 何軍

摘 要：船閘運行過程中會產生大量的過程數據，這些過程數據對船閘長期運行穩定性和運行工藝合理性的分析具有重要作用，因此運行數據完整便捷的存儲和查詢是船閘集中控制系統必須考慮的重要組成部分。三峽船閘采用西門子Process Historian存儲數據，結合Information Server提供數據查詢及分析服務，本文根據三峽船閘集控系統數據庫使用現狀，對該數據庫系統在實際應用中的功能實現和存在的問題進行了闡述。

關鍵詞：Process Historian;Information Server;數據存儲;三峽船閘

SIMATIC Process Historian是用于存儲過程值和消息等過程數據的中央歸檔系統。Process Historian使用Microsoft SQL Server 2008 R2 SP1（64 位），并會歸檔來自PCS 7 操作員站（OS）和SIMATIC BATCH的歷史數據。歸檔數據可屬于不同的 PCS 7 項目，訪問歷史數據對于 OS 客戶端是透明的。

SIMATIC Information Serve是使用Microsoft Reporting Services并可訪問過程控制系統歷史數據的報表系統。其數據源為Process Historian，信息服務器和Process Historian之間必須存在已組態連接才能創建報表，該報表系統訪問Process Historian數據庫后，可通過報表評估和顯示收集的數據。

1 船閘集中監控系統

三峽雙線五級船閘集中監控系統由計算機監控系統、通航信號及廣播指揮系統、工業電視監視系統三個子系統組成。其中，計算機監控系統由集中控制單元（集控PLC站）、操作員站1、操作員站2、工程師站、數據及通信服務器、培訓管理站、網絡交換機、打印機和其他外圍設備組成。集中監控系統和現地控制系統之間采用雙100M光纖工業以太環網連接，實現數據交換。集中監控系統內部計算機監控系統、通航信號及廣播指揮系統、工業電視監視系統間采用百兆快速以太網，通過對運行數據的交換共同實現整個船閘系統的操作、控制功能。

集控系統原有的數據服務器硬件設備老化，軟件功能不能保證船閘運行數據的完整存儲和便捷查詢，西門子Process Historian和Information Server在船閘數據服務實現的功能完整，現有集控系統的數據存儲和分析查詢便捷。

2 數據庫系統功能實現

2.1 應用軟件

Process Historian 和Information Server均為2013版，數據庫以SQL SERVER 2008 R2 為內核，存儲數據來源于Wincc服務器。Process Historian 2013運行穩定，實時性高，且其對數據服務器的CPU、內存和IO負荷有著極強的優化功能。信息服務器主要提供數據查詢分析以及數據報表制作等服務。Information Server可以向IE瀏覽器、Wincc和Excel等多種客戶端展現數據。其依托于微軟Repoort Bulider報表設計器，具有靈活的數據分析和展示功能。

2.2 Process Historian實現的功能

Process Historian 主要完成來自于兩臺互為冗余的操作員站數據歸檔和存儲。PH存儲的數據主要包括船閘現場傳感設備采集的模擬量，集控及現地系統發出的命令、動作及報警等數據信息。下圖為正常運行條件下PH控制臺的運行狀況，其顯示了PH所連接的數據源狀況、服務器CPU和磁盤IO等特性，同時可以觀察到實時推進的數據存儲狀態。如圖1所示：

船閘單線集控系統有兩臺裝有WINCC互為冗余的操作員站，因此正常情況下PH數據源為2個，且顯示互為冗余。當主機掉線時，輔機會自動上線實現數據歸檔的銜接。若兩臺操作員站同時掉線，數據源個數顯示為0，此時需要排查系統故障。船閘現地監控點數約為3000個，上圖可見正常運行情況下，每秒存入數據庫系統約400-500個左右。長時間運行的服務器內存一般會達到90%以上，而CPU的占用率通常都比較低。

為了保證數據服務器在長期運行后的穩定以及磁盤空間的充裕，數據庫系統必須具備一定的自我清理功能。PH為實現這一功能提供了數據備份和恢復功能模塊。如圖2所示。

存儲的數據文件分為在線和歸檔兩種狀態。在線數據是可通過信息服務器直接查詢的，而歸檔的數據文件已經轉移至其他存儲介質，如果需要查詢，PH提供了相應的數據恢復策略?；謴蜑樵诰€狀態后即可正常查詢。

2.3 Information Server實現的功能

Information Server作為數據查詢工具，可以查詢故障報警信息、運行命令和動作指令以及傳感設備采集的現場水位、閘閥門行程、液壓系統油壓油位等數據信息，作為對船閘運行過程的規律及運行異常情況進行統計分析的參考依據。

數據查詢有三種展現方式，即IE瀏覽器、Excel、Wincc客戶端。正常運行狀態下，打開IE瀏覽器，通過數據服務器IP訪問，便可進入數據查詢界面，可選擇關鍵字及查詢時段對所查詢數據進行篩選，查詢結果界面如圖3。

從Information Server Web應用程序的主頁下載Office加載項的安裝文件，在Office加載項與Information Server之間建立關聯，利用Excel創建和導出一系列以IS為基礎的運行數據報表查詢，查詢結果界面如圖4所示。

Process Historian完成對船閘運行過程數據的歸檔存儲和備份恢復功能，Information Server實現數據的查詢篩選分析等功能，當前集控數據庫系統報表主要以上述兩種方式進行數據查詢。

3 小結

數據庫系統運行以來，能夠保證其運行穩定，數據存儲完整，數據查詢系統友好便捷。但由于該數據庫系統在工業控制領域并未有過長期使用的案例，因此實際使用過程中也暴露出一些問題。由于對軟硬件版本匹配的要求較嚴格，一旦數據庫軟件系統升級后，其運行存在偶發性停止和歸檔數據延遲等情況，同時由于操作員站的冗余配置，Process Historian的冗余環境要求較高，一旦操作員站冗余狀態發生異常，PH就會運行異常，且IS的數據查詢也會出現異常。針對船閘集控系統的運行需求及現場需要，查詢報表的開發還有待進一步豐富。

參考文獻：

[1] Wincc V7.2 Help Contents

[2] SIMATIC Process Historian管理系統手冊

[3] SIMATIC Information Server信息服務器管理系統手冊