西门子Process Historian和Information Serve在船闸集控系统中的应用

王心沁 谭惠尹 王余旺 佘立子 何军

摘 要：船闸运行过程中会产生大量的过程数据，这些过程数据对船闸长期运行稳定性和运行工艺合理性的分析具有重要作用，因此运行数据完整便捷的存储和查询是船闸集中控制系统必须考虑的重要组成部分。三峡船闸采用西门子Process Historian存储数据，结合Information Server提供数据查询及分析服务，本文根据三峡船闸集控系统数据库使用现状，对该数据库系统在实际应用中的功能实现和存在的问题进行了阐述。

关键词：Process Historian;Information Server;数据存储;三峡船闸

SIMATIC Process Historian是用于存储过程值和消息等过程数据的中央归档系统。Process Historian使用Microsoft SQL Server 2008 R2 SP1（64 位），并会归档来自PCS 7 操作员站（OS）和SIMATIC BATCH的历史数据。归档数据可属于不同的 PCS 7 项目，访问历史数据对于 OS 客户端是透明的。

SIMATIC Information Serve是使用Microsoft Reporting Services并可访问过程控制系统历史数据的报表系统。其数据源为Process Historian，信息服务器和Process Historian之间必须存在已组态连接才能创建报表，该报表系统访问Process Historian数据库后，可通过报表评估和显示收集的数据。

1 船闸集中监控系统

三峡双线五级船闸集中监控系统由计算机监控系统、通航信号及广播指挥系统、工业电视监视系统三个子系统组成。其中，计算机监控系统由集中控制单元（集控PLC站）、操作员站1、操作员站2、工程师站、数据及通信服务器、培训管理站、网络交换机、打印机和其他外围设备组成。集中监控系统和现地控制系统之间采用双100M光纤工业以太环网连接，实现数据交换。集中监控系统内部计算机监控系统、通航信号及广播指挥系统、工业电视监视系统间采用百兆快速以太网，通过对运行数据的交换共同实现整个船闸系统的操作、控制功能。

集控系统原有的数据服务器硬件设备老化，软件功能不能保证船闸运行数据的完整存储和便捷查询，西门子Process Historian和Information Server在船閘数据服务实现的功能完整，现有集控系统的数据存储和分析查询便捷。

2 数据库系统功能实现

2.1 应用软件

Process Historian 和Information Server均为2013版，数据库以SQL SERVER 2008 R2 为内核，存储数据来源于Wincc服务器。Process Historian 2013运行稳定，实时性高，且其对数据服务器的CPU、内存和IO负荷有着极强的优化功能。信息服务器主要提供数据查询分析以及数据报表制作等服务。Information Server可以向IE浏览器、Wincc和Excel等多种客户端展现数据。其依托于微软Repoort Bulider报表设计器，具有灵活的数据分析和展示功能。

2.2 Process Historian实现的功能

Process Historian 主要完成来自于两台互为冗余的操作员站数据归档和存储。PH存储的数据主要包括船闸现场传感设备采集的模拟量，集控及现地系统发出的命令、动作及报警等数据信息。下图为正常运行条件下PH控制台的运行状况，其显示了PH所连接的数据源状况、服务器CPU和磁盘IO等特性，同时可以观察到实时推进的数据存储状态。如图1所示：

船闸单线集控系统有两台装有WINCC互为冗余的操作员站，因此正常情况下PH数据源为2个，且显示互为冗余。当主机掉线时，辅机会自动上线实现数据归档的衔接。若两台操作员站同时掉线，数据源个数显示为0，此时需要排查系统故障。船闸现地监控点数约为3000个，上图可见正常运行情况下，每秒存入数据库系统约400-500个左右。长时间运行的服务器内存一般会达到90%以上，而CPU的占用率通常都比较低。

为了保证数据服务器在长期运行后的稳定以及磁盘空间的充裕，数据库系统必须具备一定的自我清理功能。PH为实现这一功能提供了数据备份和恢复功能模块。如图2所示。

存储的数据文件分为在线和归档两种状态。在线数据是可通过信息服务器直接查询的，而归档的数据文件已经转移至其他存储介质，如果需要查询，PH提供了相应的数据恢复策略。恢复为在线状态后即可正常查询。

2.3 Information Server实现的功能

Information Server作为数据查询工具，可以查询故障报警信息、运行命令和动作指令以及传感设备采集的现场水位、闸阀门行程、液压系统油压油位等数据信息，作为对船闸运行过程的规律及运行异常情况进行统计分析的参考依据。

数据查询有三种展现方式，即IE浏览器、Excel、Wincc客户端。正常运行状态下，打开IE浏览器，通过数据服务器IP访问，便可进入数据查询界面，可选择关键字及查询时段对所查询数据进行筛选，查询结果界面如图3。

从Information Server Web应用程序的主页下载Office加载项的安装文件，在Office加载项与Information Server之间建立关联，利用Excel创建和导出一系列以IS为基础的运行数据报表查询，查询结果界面如图4所示。

Process Historian完成对船闸运行过程数据的归档存储和备份恢复功能，Information Server实现数据的查询筛选分析等功能，当前集控数据库系统报表主要以上述两种方式进行数据查询。

3 小结

数据库系统运行以来，能够保证其运行稳定，数据存储完整，数据查询系统友好便捷。但由于该数据库系统在工业控制领域并未有过长期使用的案例，因此实际使用过程中也暴露出一些问题。由于对软硬件版本匹配的要求较严格，一旦数据库软件系统升级后，其运行存在偶发性停止和归档数据延迟等情况，同时由于操作员站的冗余配置，Process Historian的冗余环境要求较高，一旦操作员站冗余状态发生异常，PH就会运行异常，且IS的数据查询也会出现异常。针对船闸集控系统的运行需求及现场需要，查询报表的开发还有待进一步丰富。

参考文献：

[1] Wincc V7.2 Help Contents

[2] SIMATIC Process Historian管理系统手册

[3] SIMATIC Information Server信息服务器管理系统手册